Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия) (1040516), страница 133
Текст из файла (страница 133)
Мээокэ, пер. с англ., т. 1, ч. А, М., 1966, гл. 1, 2, 6; г. Ь, ч. А, 1969, гл. 1; В Реха э сикх Л. М., коэны е слоэстыз средах, М., 1957, гл. 1, В к к т о р о э И. А., Физические занозы пакыеиеика ульгрээвукоэых волн Рэлея и Дамбе е технике, М., 1966, И. А. Вияэтрэв. УРОВЕНЬ ЗВУКОВОГО ДАВЛЕНИЯ вЂ” выраженное по шкале децибел значение отношения величины данного вадкавова давления к исходному, условно пороговому звуковому давлению ре — — 2 (О ' Па. Число децибел У. з. д. )у †-- 20)|(р(рэ), где р — среднеквадратичное значение данного звукового давления. УРОВЕНЬ ИНТЕНСИВНОСТИ ЗВУКА — то:кс, что дроввиь звукового давления. УРОВНЕМЕР ультразвуков о й — прибор, преднавначенный для измерения высоты уровня жидкостей н сыпучих тел с помощью УЗ.
Действие большинства УЗ-вых У. основано на измерении времени распространения УЗ-вых волн от преобразозатоля до контролируемой поверхности жидкости и обратно при известной (пли нзьгеряемой) скорости звука в среде. Измереняя могут проводиться либо в ре1ккые непрерывного излучении с . использованием фазового метода определения расстояния, либо в режиме излучения модулированных сигналов. Наибольшее распространение получили У. с импульсной модуляцией.
Длительность зондирующих импульсов пе дольнна превышать удвоенного времени распространения УЗ от преобразователя до контролируемого уровня прн ыннимальном расстоянии до этого уровня. В У. с импульсными сагналамн используется УЗ-вая лакачия уровня, основанная на отраяввкии задка от границы сред с различным валковь1м голротивлеииелп прн этом сигнал может приходить к границе раздела через газ или снизу (через жидкость). Для сыпучих тел и жидкостей с большим затуханием УЗ применяется зондирование через газ (рис. 1) в диапазоне частот (Π†2 кГц; при этом максимальное расстояние до контролируемого уровня жидкости может достигать десятков м. В таком У. излучающий 2 и приемный д преобразователи (нли один преобрааователь, выполняющий функцию излучателя и приемника), образующие так нааываемый датчик, располагаются в верхней части емкости с контролируемым продуктом л.
Вторичный блок У. включает в себя генератор аонднрующих импульсов 4, усилн- УРОННЕМКР тель 5 принятых сигналов п схему измерения времени 6. Основной источник погрепгностей при таком способе измерений заклгочается в нестабильности скорости распространения УЗ в газовой среде. Включение в схему прибора опорного (реперного)канала длп компенсации изменения скорости частично исключает зту погрешпостзы при этои остается погрешность, обусловленная налнчием градиентов скорости УЗ по высоте емкости. Иск-рос затруднение представляет соадание аффективных излучогпелей ультразеука для газовой среды.
В электростатических или пьезозлектричегиих преобразозащеллх с использованием изгибных мод колебаний иалучающего элемента удается достичь удонлетво- Рис. Ы Нлак-схема ультразвукового урозкемере с зондированием череа газ: 7 — коптролируемал жидкость; 2 — излучающий преобразователь; з — приемный преобрааозателеи з — генератор зондирующих импульсов; 5 — усилитель; з — схема измерени» времени; 7 — индикаторное устройство. рительного согласования с илпедазсол акустическим среды.
Приемники, как правило, применяигг пьезоэлектрические. Дли измерения уровни жидкости с небольшим коэфф. затухания УЗ зондирование осуществляется через жидкость в диапазоне частот от сотен кГц до нескольких МГц. 11реимущество зондирования через жидкость заключается в лучшем согласовании преобразоиателей (магнитострикционных или пьезоэлектрических) со средой, чго позволяет использовать маломощные генераторы и усилители со сравнительно небольшим коэфф.
усиления. Зто обстоятельство особенно важно при измерении уровня взрывоопасных сред и при необходимости обеспечения высокой надежности аппаратуры. Блок-схема аппаратуры с зондированием через жидкость аналогична схеме У. с зондированием через газ, а основная погрешность измерений здесь также определяется вариацией скорости УЗ, связанной с иаменением темп-ры и состава жидкости. УЗ-вые У. с зондированием уровня жидкости по твердотельным волноводам (рис. З) практически свободны от дополнительиоп погрешности, обусловленной изменением свойств среды. В них УЗ-вые волны возбуждаготся иалучатолеы 5 в верхней части волновода 5 в виде узкой металлич.
полосы Рнс. 3. Блок-схема ультразвуковаго золиовойнаго урезнемера: 7 — контролируе- ма и жидкость; 2 — излучающий преобразавателек з — излучающий ЗО7ШОВОД; З вЂ” ПРИЕМПЫй ВОЛНаВОД; 5— приемный преобрааователек з генератор зондируюио|х импульсов; 7 — усилитель; 2 — СЗЕМЗ ИЗИСРЕПИИ ВРЕМЕНИ; 2 — ИППИ- катсрное устройство. или стержня и распространяются вниз к гюверхности жидкости 1, излучаются в нее и попадают на такой же волиовод 4. распространяясь по нему, УЗ достигает приемного преобразователя 5 и превращается в электрич. сигналы, посту~шющие далее на вход приемного усилителя У. Для эффективного иалученкя УЗ испольауются симметричные или антисииметричные изгибные нормальные волны [см.
Лорлалькые волны в пластинках и стержнях), к-рые имоют большую компоненту смещения, перпендикулярную к поверхности волновода. Рис. 3. Блок-схема ультразвукового базочузстзительиого уроеиемера: 7— контролируемая людность, 2 — излучающий преобразовательн 3 — волнозод; з — прием-, ный преобразовательн 5 — генератор непрерывных высокочастотных колебаний; з— уоилитель; 7 — Фазомстр; 2 — индикаторное устройство. сразовая скорость этих нормальных волн больше скорости распространения УЗ в жидкости. УЗ-вые вовноводные У.
могут работать и без излучения УЗ в жидкость (рис. 3). В этом случае металлич. нолновод 8 выполняется в виде аамкнутой петли. Излучающим преобра- усиление ультРАзвукА зователем в производится возбуждение такой нзгибвой нормальной волны, фазоная скорость к-рой менщпе, чем скорость УЗ в жидкости. При этом условии жидкость представляет собой не активную, а реактивную нагрузку н фазовая скорость в контактирующем с жидкостью участке волновала ваметно уменьшается нз-за присоединенной массы зкидкости. В конце волновода преобразователем э осуществляется прием УЗ-вых волн, время распространения к-рых по волноводу в этих условиях оказывается зависящим от длины погруженного в жидкость участка волновода, т.
е. от высоты уровня жидкости. Основным преимуществом УЗ-вых У. является возможность нх непользования для контроля как электропроводньтх, тян и неэлектропроводных жидкостей, в т. ч. криогенных, варывоопасных, агрессивных и токсичных. Отсутствие гальваннч. связи элементов датчиков с контролируемой средой и возможность работы при малых акустич. и злектрич. мощностях позволяют применять УЗ-вые У. во взрывоопасных условиях, а отсутствие подвижных механич. деталей датчиков У. приводит к увеличению надежности аппаратуры. Точность измерений составляет от 2 до Для измерения уровня жидкостей применяются также дискретные У., представляющие собой набор УЗ-вых сизкавизаторов у ровня. зуит.з Б з б н к о з О.
И., Контроль уровня с помощью ульгрзззукз, Л., !971; Фз!знческнз осколы лроыыюленного йспользозэкня ультразвука, ч. 1 — 2, Л., 1910, и. и. Ыихо и'', А. С. Химркин. УСИЛЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКА в полупроводниках дрейфом носителей варяда— явление, состоящее в том, что проходящая по кристаллу полупроводника УЗ-вая волна усиливается, если скорость дрейфа носителей заряда в направлении распространения волны превышаот ее фазовую скорость. У. у.— одно ио проннленнй взаимодействия ультразвука с электронами кроводимосязи. Наиболее значитолен отот эффект у пьезоэлектрич. полупроводников (напр., у СЗЗ).
Вследствие пьезоэффекта (см. Пьвзоэлвктричвгтво) УЗ-вая волна, распространяющаяся по пьезополупроводниковому кристаллу со скоростью с, мо- жет сопровождаться продольной электрнч. волной, бегущей с той же скоростью и в том же направлении (к-рая, однако, возникает лишь при определенных, завнснщих от симметрии кристалла, направлениях распространения н поляризациях волн). Носители заряда (в частности, электроны проводимости] в кристалле взаимодействуют с злектрич. полем с с в о ввкз Рнс.
1. Схема, нллюстрнруюшзя взаимодействие волны электрическогО поля с электронами яроеоннмостн, лрейб!уюшкнн со скоростью, близкой к скорости звука: прн разлнчных соотношениях эв н с. волны, причем характер этого взанмодействнн зависит от относительного движения волны и электронов. Относительную скорость, а следовательно, и характер взаимодействия можно изменить путем изменении скорости злектроноз, приложив к кристаллу внешнее постоянное влектрич. пола напряженностью Ео, под действием к-рого начнется усредненное движение олектронов в определенном направлении — дрейф электронов со скоростью га = )х~в где р — подвижность электронов в кристалле. При о, = 0 электрическое поле, сопровождающее акустич.
волну, отдает энергиго электронам, приводя их в колебательное движение (рис. $,а), в результате возникнет дополнительное электронное коллон!вниз звука. При наличии поля Ео происходит перераспределение электронов и об. разуются области с повышенной их концентрацией — т.н. сгустки объемного варяда. Если оа =. с, положение сгустка совпадает с нулевой фазой УЗ-вой волны (рис.
(, б) и н среднеи УСИЛЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКА он почти не взаимодействует с электрич. полем волны, поэтому алектронное поглощение звука равно нулю. Если ик немного меньше с, то сгусток несколько отстает от волны (рис. 1, г), к-рая, ускоряя его, отдает ему свою энергию, что приводит к нек-рому росту электронного поглощения. При ей, несколько большей скорости звука с, сгусток опережает волну (рис. 1, а) и свою кинетич. энергию при торможении передает полю полны, увеличивая его амплитуду, а вследствие пьезоэффекта — и амплитуду самой звуковой волны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
