Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия), страница 16

авукопровода. а в в В нелинейных устроиствах могут ис- Рае. 6. Акустические ФильтРы иа пАВ: пользоваться различные механизмы а.б — паласовые; в — заграждающие. нелинейнзза взаимадействилз УПРУ- гое, пьезоэлектрическое, электрострикциоииое и особенно акустоэлектронное.

Нетииейиые злемеиты позволяют осуществлять операции перемкожекия акустич. сигналов и свяеаииые с этиы более сложные преобразоваиия сигналов. Устройства акустоэлек- Табл. 1.— Акустк чес к ке фильтры тропики. Перечисленные алемевты служат для соадания рааличкых устройств А. К линейным пассивным устройствам А. относят устройства частотной фильтрации (фильтры), акусти- ческие (УЗ-вые) линии аа- паласовые електрадержки, согласованные (оп- иехакаческве, .: о, ооб— тимальиые) фильтры, или дисперсиониые ликии задержки, кодирующие и декодирующие устройства, Наибольпзее распростраиекие получили акусткч. пеаасаеые ка пАВ 5-1000 0,05 в 6 — 60 20-60 фильтры (пьеаоэлектриче- 1ОО ские, электроыехаиические, фильтры иа объбмиых вол- загражзающке кз зо — зо 0,5 — 5 6 — зо зо-уо ПАВ иах и ПАВ).

Акусткч. АКРСТОЭ11ИКТРОПИКА Табл. 2.— Параметры усмлзтелев ультразвука ма ПАВ Рабо- чая часта- тэ, мгц Уровень шумов, дв дв ' Структура усилителя 1КЫЬО, -К длсмкэ З~ ва А1,0, РХЫЬО, + ллаэкэ гаЗЬ 140 600 ( 2ОО 20 ( 50 8 — 10 ШМЬО, + пленка 1пэз ЗОО 25 схеыы нек-рых типов акустич, фильтров.

Пьезоэлектрич. резонаторы высокой добротности, введенные в контур генератора, служат для стабилизации его частоты. Прециаиаппые кварцевые резонаторы поазоляют стабилизировать частоту генератора до 10 16 за месяц. Такие стабилизаторы применяют в эталонах времени и частоты. Акустич. линии аадержки изготавливаются на времена задерягки от нескольких нс до десятков мс и различаются конструкцией, назначением, рабочей частотой (от нескольких МГц до нескольких ГГц). Дисперсионные ливии задержки, или т. н. согласованные фильтры, оптиыизируют отношение сигнал)шум, Если фильтром обрабатывается сигнал 5 (1), то импульсная характе стика оптпь)ального фильтра должна впадать с обрап)энным во времени гналоы, т. е.

иметь вид: и (1) = ( — 1). Такие фильтры приыеняются в радиолокации. В случае линейно частотноыодулированных сигналов (ЛЧМ сигналов) такими фильтрами являются дисперсионные линии аадержкп ПАВ. Оптимальные фильтры иногда наа. фильтраып сжатии, поскольку они позволяют сжать широкий ЛЧМ импульс в узкий, при этом коэффициент сжатия определяется произведением времени задержки 1на полосу частот А) линии. А к т п в н ы е у с т р о й с т в а А. Включение активных элементов в акустич.

линии аадержки пааволяет усиливать акустич. сигналы (см. Усиление ультразвука) их в активные линейные устройства. Характеристики усилителей на ПАВ см. з табл. 2. Для управления направлением распространения ПАВ раарабатмваются активные отражатели, основанные иа включении отрицательного иыпеданса в огра)кающую решетку. Отрицательный индуктивный импеданс создают, включан транзистор с определенными параметрами и режимом работы в цепь отражающего встречио-п)тыревого преобразователя. Режим усиления УЗ дрейфом носителей при нек-рых условиях (топкий кристалл, хорошо отражающие поврехностп, дрейфовав напряжение выше критического) может быть переведбн в ре)ким генерации УЗ-вой волны. Этот эффект испольауется для создания акустоэлектронпых геператоров монохроматич. сигналов и сигналов со сложным спектром (рлс.

7). — уз, а Еэ Рма. У. Акустаэлеитранзыа генераторы (а) м асдмллятары об) нэ ПАВ: ) — вззстзяиа Сбв а электродами; З вЂ” ээукапразад; 3 — зрсабрзэаээтелм ПАВ; 1— трззэматарэыи усилитель. Однако наибольшее распространение получили генераторы сигналов (т.н. осцилляторы), в к-рмх резонатор на ПАВ включен в цепь обратной связи транзисторного усилителя.

Такие генераторм достаточно просты, мало- габаритны и работают в диапазоне частот от 20 МГц до 1,5 ГГц. Генераторы обладают достаточной долговременной стабильностью частоты (до 10 ") и устойчивой кратковременной стабильностью. В них возможна электронная перестройка частоты или час,тотная модуляция. Разрабатываются программируемые генераторы, в которых ле~ко осуществляется переход от одной частоты к другой, при этом стабильность частоты остаетсв высокой. Нелинейные устройст- в а А.

Статические нелинейные эффекты используются для управления характеристиками распространения волн. АкуотоэликтроиикА (Разовая скорость ПАВ в пьеаоэлектрич. кристаллах может в иек-рых пределах иамеияться при приложении к кристаллу постоянного электрич. напряжения или при иамеиелии проводимости полупроводниковой пленки, какесйллой ка поверхность пьезоэлектрина, Эти эффекты позволяют управлять фааой ПАВ (соответствующие устройства иаа.

фазовращателями), а также частотой осцилляторов. Дикамич. нелинейные аффекты позволяют перемножать акустич. сигкалы, производить акустич. детектирование, преобразование частоты и другие более сложные преобразовакия сигналов. Нелинейное вааиьюдеиствие двух акустич. волн с амплитудами З( и Зх и частотами в, и вх порождает третью (резулыирующую) волнУ с амплитудой $э — Газ (см. Неаинайиае аэаимадейатвае в твердых телах). Коэфф. пропорциональности à — нелинейный айуеэ~ч. параметр, определяется видом а устич. нелинейности.

В общем случае частота результирующей волны ма — — им(~ихш„и, т=(,2,3,... (1) Нелинейные вааимодействия возможкы как при попутном, так и при встречном распространении акустич. волк, а также если их направления распространения пересекаются под кек-рым углом в пространстве (иеколлинеаркые вааимодействия). Для создания акустоэлектрокиых устройств наиболее часто используется встречное взаимодействие акустич. волн, к-рое позволяет проиаводить иек-рые фуккциоиалькые преобразования сигкалов — операции свертки и корреляции.

Соответствующие устройства каз. конзолюторами, или кока о л ь в е р а м и. Матеыатич. преобразование свертки состоит в вычислении интеграла по вреыеки ( от произведения двух функций Е( и Ех (сигкалов), причем одна из функций задерживается ка переменное время аадержки т, т. е. функция свертки 7(() = ) Е,(х) Еа(( — т) ()х.

(2) При распространении акустич. сигкалов навстречу друг другу время задержки между ними автоматически меняется от Е2а (где с — скорость волны, ( — длина звукопровода) до нуля, когда сигналы встречаются в звукопроводе. Если при этом келинейные вааимодействия встречных волн позволяют получать произзедекие сигналов, а распределенная вдоль направления распространения волив системы съема -- его проиктегрироватги то такое акустпч. Устройство будет производить операцию свбртки. Для выполнения втой операции чаще всего используется встречное келииейкое вааимодействие ПАВ з слоистой структуре пьеаозлектрпк — полупроводник (рис. 8).

Преобразователи 6 Вхмад гав Г дгшм Вхад'( — — Вхад г Рнс. В. Устройства свертки на ПАВ в слои- стай струьтуре пьезаэлентрнн — лолунразадннн: (,э — входные преобразователи; д — льеааэлантрнчааннй зяунапрааад; а — полупроводниковая пластинка; э — параметрический элентрад; а — вы- ход. 1 и 2 иалучают сигналы ка частоте в навстречу друг другу.

При этом электрич. поля, сопровождающие ПАВ в пьезоэлектрич. авукопроводе В, создают в граничащей с ким полупроводкикозой (обычно кремниевой) пластинке 4 поперечкый ток: 1( — — ер (ияЕ + и Е.,), (3) где е — ааряд электрола, р — подвижкость носителей заряда, п и Еь — волны плоткости зарядов и капряжекиости электрич. поля, соэдаккые волной, бегущей вправо, а и и Š— волной, бегущей влево. и и Е пропорциональны амплитуде акустич.

волны. Длн акалнаа встречного вааимодействия акустич. волн польауются дисперсиоииой диаграммой (рис. 9), полученной з соответствии с правилами сложекия венторов, в координатах: в — частота, й — волновой вектор. Волкам, бегущим вправо, соответствует вектор (в„ й(), а залкам, бегущим влево,— вектор (в„я(], наклон векторов определяется фавовой скоростью волиы. Гасли частотм взаимодействующих воли одина коны, взаимодействие каз. вырождеккмм (рис. 9, а); в этом случае для вектора результирующего сигнала )( =- 0 и вэ =- 2в.

Это означает, что в прост- АКРСТОЭЛККТРОК ИКА Пря этом снг)гтни Снгннн гннрннн б ранстве взаимодействия имеется однородный ток с частотой 2щ. Этот ток интегрируется параметрич. электродом 6 (рис. 8), и сигнал с частотой 2щ поступает иа приемное устройство. а б Рке. э. Ласперсионные диаграммы встречного вваимоиействня акустических волн; о — вырожденное вваимояействне, б— яевырожхенное ювимояействне.

реаультирующий сигнал Уев(2т) = ~ Уг (с) )'в (21 — т) бт, (4) где У, (т) н у, (г) — огибающие взаимодействующих акустич. дола. В отличие от математич. определении операции свертки [2) прн акустич. свертке (4) образуется сигнал, сжатый в два раза ео времени вследствие встречного распространения акустич. волн. В случае прямоугольной формм огибающих взаивюдейстнуинцпх сигналов результирующий сигнал — треугольник (рис. 10, а), а при вааимо- Рис.

10. Форма выхонного сигнака при свертке; о — двух прямоугольных и б— двух пар прямоугольных импульсов. действии двух пар прямоугольных импульсов — трезубец (рис. 10, 6). Если частоты вваимодействующих волн различны (рис. 9, 6), то выходной сигнал можно получить па суммарной или разностной частоте, ио при атом параиетрич. электрод должен быть ие сплошным, а иыеть период л = л,),)(х, + ),,), где алак + берется для сигнала разиостиой частоты, а внак — для суммарной, Хг и яв — длины взаимодействующих волн. Такое устройство свертки наз. невырожденяыы.