Ультразвуковые датчики

При распространении УЗ в воздухе происходит затухание, вызываемое поглощением и рассеянием на неоднородностях (каплях жидкости), приводящее к убыванию амплитуды по экспоненциальному закону. Величина затухания амплитуды зависит от частоты УЗ, давления И влажности воздуха. С ростом частоты затухание увеличивается примерно по квадратичной зависимости, что ограничивает дальность распространения верхней части среднего и высокого диапазона УЗ частот в воздушной среде.

Под ультразвуковой локацией понимают обнаружение и определение параметров объектов с помощью УЗ колебаний. Различают пассивную и активную УЗ локацию. При пассивной локации обнаружение и определение направления на объект осуществляется по излученному им звуковому полю, что не позволяет определять дальность. При активной локации обнаружение, определение направления и дальности происходит при помощи излученного УЗ сигнала, отраженного от объекта.

Принцип измерения параметров УЗ датчиками (УЗД) и РЛД аналогичен. Для измерения дальности могут использоваться как непрерывные, так и импульсные методы. Наибольшее применение получил импульсный метод.

Генератор импульсов формирует видеоимпульсы, поступающие в ультразвуковой генератор, генерирующий при этом электрические колебания УЗ частот. Эти колебания воздействуют на электроакустический излучатель, возбуждающий УЗ колебания в среде.

В качестве излучателя в воздушной среде используют пьезоэлектрические, магнитострикционные, электродинамические и другие преобразователи. В них электрическая энергия преобразуется в энергию колебаний твердого тела, излучаемых в окружающую среду. Данные преобразователи являются обратимыми, т. е. могут работать и как приемные.

Наиболее широкое применение в УЗ датчиках получили пьезоэлектрические преобразователи, работающие на частотах от единиц килогерц до десятков Гц. Их КПД достигает 40—70%, а удельная мощность Руд=10 Вт см2. Магнитострикционные преобразователи работают в диапазоне 10—100 кГц, имеют КПД до 50%, Руд= = 20 Вт см2 и требуют значительных токов.

Электродинамические преобразователи работают на частотах до 30—40 кГц и обладают мощностью, не превышающей десятков ватт.

Для создания необходимой направленности луча используют фокусирующую систему в виде акустических линз или рефлекторов. Акустическая линза путем изменения длины акустического пути и преломления звука на границе раздела между материалом линзы и окружающей средой осуществляет фокусировку звука.

Используют плоско выпуклые, плосковогнутые, двояковыпуклые и другие линзы. Их изготавливают из твердых веществ, жидкостей или газов. В последних двух случаях жидкость (газ) заключается в тонкую оболочку.