|
Эквивалентные шумы пьезоприемниковОдним из важнейших параметров, характеризующих любую усилительную систему, является величина шумов на входе. Представляет интерес оценка шумов (имеются в виду не акустические шумы, а тепловые колебания молекул, приводящие к появлению на входе усилителей соответствующих электрических сигналов, называемых в электронике шумами) усилительных устройств, к входу которых присоединены пьезопреобразователи. Оценим величину шумов теплового характера для сферического приемника. Шумовое напряжение определит пороговое давление, которое еще может воспринимать приемник, если предположить, что он находится в условиях, когда ультразвуковые и звуковые шумы внешнего происхождения отсутствуют (например, приемник размещен в звукозаглушенной камере). Шумовое напряжение Uш, В, на входе усилительного устройства определяется при нормальных условиях по формуле Uш =125∙10-12 (Rа ∆f)1/2, (6.1) где ∆f — ширина полосы пропускания устройства; Ra — активная часть входного сопротивления устройства. В области частот ниже резонанса эквивалентная электрическая схема пьезокерамической сферической оболочки имеет вид, показанный на рис. 6.12, где использованы те же обозначения, что и ранее. Активная часть входного сопротивления пьезоприемника , (6.2) где RД – электрическое сопротивление; RИ.Э – сопротивление излучения; СМ.Э – механическая упругость эквивалентная; СФ – емкость между обкладками преобразователя; Рисунок 6.12 Эквивалентная электрическая схема пьезокерамической оболочки в области частот ниже резонанса.
При оценке шумов, принимаемых в широком диапазоне частот, необходимо брать интеграл от выражения (6.2) в пределах ширины полосы пропускания. Давление рш.э, эквивалентное указанным шумам, при kR ≤ 1 и при kр ≤ 0,3, величина СФ » См.э можно определить по формуле
, где kр – коэффициент электромеханической связи;
Например, эквивалентное давление шумов при приеме в воде в 1/3-октавной полосе (∆f /f ср = 0,23) на частоте fср = 103 Гц (k =4) сферой из пьезокерамики ЦТС-19 радиусом R = 20 мм и толщиной d = 2 мм, при RД =105 Ом равно рш.э ≈ 5∙10 –5 Па. Пороговое значение шумов пьезокерамической сферы таким образом равно примерно 8 дБ относительно 2∙10 –5 Па. Практически такой приемник может принимать сигналы, уровни которых составляют не менее 18 дБ. Аналогичные формулы для эквивалентного шумового давления могут быть получены для приемников других типов.
37) Параметрические излучатели и приемники. Принцип работы. Особенности параметрического режима.
Параметрические излучатели и приемники ультразвуковых колебаний За последние годы много внимания уделяется созданию остронаправленных излучателей, основанных на использовании нелинейных свойств среды. Главным достоинством излучателей этого рода является возможность получения узкой практически однолепестковой характеристики направленности с неизменными параметрами в широкой полосе частот при небольших габаритах излучателей (в традиционных антеннах направленность существенно изменяется с частотой, что усложняет проведение измерений). Создаваемое этими излучателями давление ультразвука невелико (на два-три порядка меньше давления от обычных преобразователей), но оказывается достаточным для измерительных целей. В.И.Тимошенко, М.С.Рыбачек, В.А.Воронин и др. разработали комплекс измерительных параметрических излучателей и приемников звука в широком диапазоне частот. Рассмотрим вкратце принцип работы параметрического излучателя в воде (рис. 6.13). Излучающая антенна представляет собой высокочастотный преобразователь—излучатель накачки, который возбуждается с частотами fl и f2 (пределах рабочих частот излучателя). На участке в зоне формирования характеристики направленности («прожекторной» зоне и начальной части сформировавшегося поля), называемой зоной взаимодействия, в результате нелинейных колебаний среды образуется вторичное излучение с комбинационными суммарными и разностными частотами. Волны исходных и суммарных частот быстро затухают при распространении (их поглощение может быть усилено акустическими фильтрами), тогда как разностная частота (рабочая частота преобразователя) распространяется на большие расстояния, причем ее характеристика направленности близка к произведениям характеристик направленности излучателя на частотах возбуждения.
Рисунок 6.13 Функциональная схема параметрического излучателя звука.
Хотя использование нелинейных эффектов более действенно при значительных мощностях ультразвука, оптимальное возбуждение параметрических преобразователей определяется приемлемыми значениями напряжений на пьезоэлементе (в пределах 50—300 В). Дальнейшее увеличение мощности возбуждения приводит к увеличению высокочастотных гармонических составляющих и не улучшает заметно работу излучателя. Достоинствами параметрических излучателей с позиции количественных измерений являются следующие: — повышение направленности существенно снижает влияние помех; — отсутствие боковых лепестков уменьшает воздействие на эксперименты деталей креплений, отражающих элементов помещения; — независимость характеристик направленности от частоты позволяет автоматизировать измерения; — малые поперечные размеры и масса излучателей, в качестве которых могут быть использованы описанные ранее дисковые преобразователи. Заметим, что описанные параметрические излучатели звука не являются обратимыми, т. е. не могут использоваться для приема колебаний, а это можно считать их недостатком.
Параметрические приемники звука основаны на другом нелинейном эффекте — изменении фазы (т. е. изменении скорости распространения) высокочастотной звуковой волны при прохождении через зону, озвучиваемую измеряемым сигналом. При этом антенной служит объем среды, расположенной между излучателем и приемником, т.е. антенна является «бестелесной», что позволяет избежать влияние корпуса и элементов крепления на измеряемое звуковое поле. Сущность метода параметрического приема показана на рис.6.14. При воздействии колебаний низкой частоты f на пучок высокочастотных колебаний с частотой fВ вследствие нелинейного упругого взаимодействия в среде происходит изменение параметров высокочастотного сигнала, выражающееся в изменении его фазы, которое оказывается пропорциональным амплитуде давления сигнала более низкой (ультразвуковой и звуковой) частоты. Рис. 6.14 Функциональная схема параметрического приемника звука.
Характеристика направленности параметрического приемника зависит от частоты ВЧ-колебаний (частоты накачки), длины базы антенны L и не зависит от размеров (и характеристики направленности высокочастотных преобразователей. Характеристика подчиняется известному закону sin x/x, где х=φ(f, L). Одна из особенностей этого типа приема – практическое отсутствие лепестков направленности с тыльной стороны, что объясняется чрезвычайно слабым нелинейным взаимодействием при встречных пучках. Параметрический приемник звука после его градуировки может быть использован для определения параметров излучателей звука и характеристик ультразвуковых полей, а также градуировки приемников звука методом сравнения. К недостаткам метода следует отнести зависимость показаний приемника от характеристик среды. Неоднородности и изменение температуры среды могут вызвать тем более заметные изменения чувствительности, чем значительнее используемая длина базы между излучателем и приемником. Для учета этих изменений следует применять дополнительные калибровочные процедуры. Параметрический приемник может работать, начиная с некоторого порогового давления, определяемого чувствительностью фазоизмерительных схем, характером среды. Это пороговое давление по сравнению с шумовым эквивалентным давлением для ультразвуковых приемников других типов несколько выше, чем у приемников пьезокерамического типа, что при лабораторных измерениях не играет роли.
Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)... Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все... Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем... Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|