Воротников С.А. - Информационные устройства робототехнических систем (960722), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Глубина локации современ:- 'ных систем достигает 7...10 м. :!:;:''".. В основу работы георадара положен принцип, классической локации— "-'=';::::::;::.:::обнаружение и регистрация вторичных радиоволн, отраженных или расее".:-:,:.'.;:::янпых объектами, находящимися в слое грунта. Однако в отличие от тради"::„ционного радара георадар работает в существенно анизотропной среде 193 1грунте), что значительно затрудняет расчет его конструкции. 1 еорадар, как правило, содержит две а~~енны — излучающую и приемную, Сигнал У в приемной антенне на расстоянии 1 от излучающей определяется приближенным выражением Р„ЯК„„ У= 16п 1 где Рн — излучаемая мощность,' я — эффективная площадь отражаемой поверхности. Коэффициент направленного действия Квл зависит от материала обнаруженного объекта, его формы, размера и положения, удельного электросопротивления и диэлектрической проницаемости средьь Наиболее часто применяют импульсные гсорадары, предназначенныс для обнаружения объектов на глубине до 5 м и обладающие разрешающей способностью менее 0,15 м.
В системе используют согласованные по характеристикам приемную и излучающую антенны, причем параметры излучения подбирают и зависимости от диапазона исследуемых глубин. Так, несущая частота излучения для обнаружения объектов на глубине 0...1,5 м должна составлять 400...1000 МГц, а на глубине от 1,5 до 5 м — 150 М1 ц, Работа ЗЛС сводится к определению распределения диэлектрической проницаемости по глубине. С этой целью излучающую и приемную антенны перемещают вдоль поверхности. На основе полученных сигналов формируют временной профиль грунта„на котором ось глубин калибрована в единицах времени.
Различные значения коэффициента отражения соответствуют определенным уровням яркости па индикаторе. С учетом диэлектрической проницаемости рассчитывают шкалу для определения глубины каждой огражающей границы. На рис. 5.17 показан пр~фил~ грунта, полученный с использован~ем георадара. В нижней части рисунка можно идентифицировать два объекта окрутлой формы (две трубы). Рис. 5.17.
Профиль группа, полученный с использованием георадара 5,3. Акустические локггг!ионные системы 5.3. Акустические локационные системы Акустггческие лакиггианные системы (АЛС) классифицируют по пяти основным признакам: 1) по назначению — дальномеры, охранные устройства и системы безопасности, дефсктоскопы и томографы; 2) по типу первичного преобразователя — пьезоэлектрические, магнитострикционные и электростатические; 3) по характеру частотного спектра сигнала — широкополосные и резонансные; 4) по типу модулирующего воздействия — непрерывные и импульсные; 5) по избирательности — интерферепционные и с широкой диаграммой направленности.
5.3.1. Обшие сведении АЛС имеют чрезвычайно широкую область практического применения. Условно выделяют три основных направления применения АЛС: получение информации об объекте, прием и передача сигналов и актвщное воздействие на вещество. В рамках первого .направления разрабатывают различные дефектоскопы, уровне- и толщиномсры, системы медицинской диагностики и звуковидения, гидролокационныс приборы (эхолоты и гидролокаторы), работающие в диапазонс 10 ...10 Гц.
Второе направление в основном связано с !! созданием средств связи, а также ультразвуковых процессоров. Устройства этой группы функционируют на частотах 105...10!О Гц. Наконец, в акустических системах, активно воздействующих на вещество (например, хирургические инструменты, устройства механической обработки материалов 5 2 и сварки), применяются колебания с высокой интенсивностью 1...!0 Вт/м с 4 7 частотой 10 ...10 Гц.
Напомним, что ультразвуком называются упругис колебания и волны, '!„:::::-:: частота которых превышает !5 кГц. Таким образом, АЛС в основном :;;;,::::,:: работают в ультразвуковом диапазоне. До недавнего времени считалось, что ультразвук редко всгречается в природе, однако исследования последних лет показали, что. наш мир — это :;,.:::::=,::.: мир звуков высокой частоты. Его источниками являются как живые существа, так и природные источники: леса, горы, молнии, ветер, Интенсивность излучателей ультразвука варьируется в широких пределах.
Например, 1„--:::;.::: сверчки на расстоянии 30 см создают ультразвуковое излучение интсн- ~'-;:-..' сивностью 90 дБ'. Моп1ными генераторами ультразвука являются джунгли и моря; интенсивность фона на частоте 20 кГц здесь достигает 55 дБ. ия интенсивности сигналов в ул нвности звука широко применя с логарифмической единицей ике обычно употребляют его 1ЛО Поскольку диапазон изменен .;~:, весьма велик„ для оценки интенс Финиггу децибел. В общем случа мощностей является бел, но на практ ьтразвуковой технике ют логарифмическую измерсння отношений долю, нли децибел. 5,3, Ак>ттггческгге лакаггггояяг ге сиетеггг г где и — амплитуда волны, или смещение частиц среды; г, с — — соответственно дальность распросгранения и скорость волны; р, у — — давление и плопюсть среды.
Частотное уравнение для звука имеет тот же вид, что и для других волновых процессов. Оно определяет длину волны Х гармонического колебания гтона), распространяющегося со скоростью с.' х ='ст Чистые звуки — тона встречаются крайне редко. Обычно звук представляет собой сложное колебание в виде линейчатого спектра с основной частотой 7 и кратными частотами ~обертонами) 2/; 3 г'и т. д. У гармонического колебания (тона) спектр состоит из одной частоты, Для непериодических колебаний (гпумов) характерны сплошпыс спектры.
Нггжггяя граничная час- тотаД ультразвука, отделяющая ее от области слышимого звука, определяется субъективными свойствами человеческого слуха и является условной гобычно принимаю г7гг = 20 кГц). Верхнян граоичнсш частотами ультразвука обусловлена физической природой упругих волн, которые могуг распространяться лишь при условии Х >> И, „, где Иэк„— длина свободного пробега молекул в газах или межатомное расстояние в жидкосгях и твердых телах, Следовательно, ~", =1Я „. Для газов при нормальном давлении 78 =10 Гц, а для жидкостей и твердых тел достигает 10~~...10' Гц. В зависимости от длины волны ультразвук обладает специфическими особенностями передачи и распространения, поэтому область ультразвуко- 4 5 вых частот удобно разделить на три диапазона, ! ц: 1,5.10 ...10 — низкие, 5 7 7 9 9 10 ...10 — средние и 10 ...10 — - высокие частоты.
Частоты от 10 до 13 И Гц называют гипсрзвуковыми. Для ЛЛС по сравнению с ЗЛС характерна значительно меньшая (на несколько порядков) скорость распространения сигггалов, Для газов она составляет 0,2...1,5 кмис, для жидкостей — 0,5...2 кмис, для твердых сред— 2...8 км/с. Такие малые скорости, а следовательно, малые длины волн намного повышают разрешающую способность ультразвуковых методов по -':::::.::.- отношснию к электромагнитным при равных частотах. Длина звуковой волны зависит от частоты и среды распространения.
Так, для воздуха в самой низкочастотной области значения Х не превышают нескольких сантиметров. В случае высоких частот значения Х в воздухе составляют 0,34...34 мкм, в воде 1,5...150 мкм и в стали 5...500 мкм. Особенностью волн высокочастотного и гиперзвукового частотных диапазонов является возможность применения к ним методов квантовой меха",;:, пики, поскольку длины волн и частоты при этом становятся одного порядка ",„' а: параметрами, характеризующими структуру вещества.
Упругой волне ''::: ..данных частотных диапазонов сопоставляется квазичастица — фонон или ;:::;.":-',,:квант звуковой энергии. Квантово-механические прсдставлешгя применяют '":;,:'.:::;,-при изучении физических свойств кристаллической решетки. 197 5. Локационные информационные системы Для оценки звуковой волны используют следующие параметры: упругое смещение и и колебательную скорость д=г/и/сй частиц среды, акустическое давление Р. Колебательную скорость следует отличать от скорости распространения волны е (скорости звука). Так, для плоской звуковой волны ~= Р/(1с), а следовательно, и<<с.
В свою очередь, характеристикой акустического давления в среде является интенсивность, или сила звука, определяемая через энсргию звуковой волны. Интенсивностью ./ называется величина, которая равна средней по времени энергии, переносимой звуковой волной через перпендикулярную направлению ее распространения единичную площадку в единицу времени. Для плоской синусоидальной бегущей волны Ри Р У = — = —.
2 2Х Параметр 7 = уо получил название характеристического импеданса среды. Наряду с 7 также используют акустический импеданс 7.„= р/и, зависящий не только от свойств среды. но и от условий отражения, углов падения и других факторов. В стоячей волне / = О, так как она не переносит энергию. Интенсивность звука изменяется от 10 ~2(нижнее пороговое значение) до 1О Вт/м (значение в фокусе ультразвукового концентратора). В част- !О 2 ности, в задачах акустического контроля применяют АЛС звукового и ультразвукового диапазонов с частотами 50 Гц ... 50 МГц и интенсивностью до 3 2 10 Вт/м .
В логарифмических единицах интенсивность /~ определяется выражением ./ ./„=101в —, ° /о где /Π—— 10 Вт/м . — 12, 2 Интенсивность звука обратно пропорциональна квадрату расстояния г от источника, зависит от характеристического импеданса У, возрастасг пропорционально квадрату акустического давления р и квадрату частоты/' сигнала. Следовательно, на высоких ульгразвуковых частотах могут быль получены сигналы очень большой интенсивности. Зависимость интенсивности от акустического импсданса приводит к тому, что в более плотпых средах меньшие звуковые давления вызывают большую интенсивность звука. В частности, при излучении в воду можно получить ту же интенсивность при давлении в 60 раз меньшем, чем при излучении в воздух. Громкость Х слышимых звуков одинаковой интенсивности зависит от их часто'г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
