2.2.1Излучатель и приёмник.

В низкочастотном УЗ-вом диапазоне применяются электродинамические излучатели и излучающие магнитострикционные преобразователи и пьезоэлектрические преобразователи. Наиболее широкое распространение получили излучатели магнитострикционного и пьезоэлектрического типов.

В качестве приемников ультразвука на низких и средних частотах чаще всего применяют электроакустические преобразователи пьезоэлектрического типа. Такие приемники позволяют воспроизводить форму акустического сигнала, то есть временную зависимость звукового давления. В зависимости от условий применения приемники делают либо резонансными, либо широкополосными. Для получения усредненных по времени характеристик звукового поля используют термическими приемниками звука в виде покрытых звукопоглощающим веществом термопар или термисторов. Интенсивность и звуковое давление можно оценивать и оптическими методами, например по дифракции света на УЗ.

Технические характеристики системы определяются главным образом характеристиками использованных ультразвуковых пьезопреобразователей пьезоизлучатель MuRata MA40S8S и приёмник MA40S8R приведены в табл. 1.1.

Таблица 2 – Технические характеристики пьезоизлучателя MA40S8S и приёмника MA40S8R

Наименование	MA40S8S	MA40S8R
Номинальная рабочая частота	40 кГц	40 кГц
Уровень звукового давления в максимуме диаграммы направленности	120 дБ	–
Чувствительность	–	63 дБ
Диапазон измеряемых расстояний	0,2 – 4 м	0,2 – 4 м
Ширина диаграммы направленности	60°	60°

Излучённый ультразвуковой сигнал отражается от объекта и возвращается назад. Принятый импульс у, а также формирует сигнал окончания цикла измерения. При поступлении этого сигнала генератор задающих импульсов формирует пачки импульсов и ключём регулирует их выход. Делитель частоты формирует сигналы требуемых частот для схемы. Таким образом, можно найти расстояние до объекта как:

[м],(2.1)

где Т – число, накопленное в счётчике. Теоретическое минимальное измеряемое расстояние составляет:

[м] = 6,8 [мм].(2.2)

На практике из-за конструктивных особенностей излучателя и приёмника минимальное измеряемое расстояние больше и составляет около 200 мм.

Исходя из принципа действия системы ультразвукового зрения, максимальное разрешение, с которым производится измерение расстояния, составляет:

[м] = 0,17 [мм].(2.3)

Максимальное расстояние ограничивается, в основном, мощностью излучателя и составляет около 2 м. В схеме нет специального сигнала для случая, когда сигнал не достигнет приёмника. При этом, когда счётчик отсчитает 216 импульсов, он останавливается, и формируется сигнал окончания счёта. Таким образом, максимальное время измерения расстояния составляет примерно:

65536 · 106 -= 0,07 [с].(2.4)

В случаях, когда в работе устройств появляются сбои или возникают существенные ошибки в измерениях, необходимо произвести более тщательную оценку факторов влияния, таких как:

• Изменения скорости звука в зависимости от температуры и свойств окружающей среды (в основном, воздуха), - как данные изменения влияют на точность измерений и разрешающую способность датчиков;

• Изменения длины звуковой волны в зависимости от скорости и частоты звука, - как данные изменения влияют на точность измерений, разрешающую способность, минимальный размер объекта, минимальное и максимальное расстояние до объекта;

• Изменения величины затухания в зависимости от частоты звука и влажности, - как данные изменения влияют на максимальное расстояние чувствительности датчиков в воздухе;

• Изменения уровня внешних шумов в зависимости от частоты, - как данные изменения влияют на максимальное расстояние чувствительности и размеры объекта обнаружения;

• Изменения амплитуды отраженного эха в зависимости от расстояния до объекта, размеров и геометрии поверхности, - как данные изменения влияют на расстояние чувствительности.

2.2.2 Усилитель

Принцип пьезоэлектрического эффекта используется при изготовлении излучателей УЗ-вых колебаний, которые преобразуют электрические колебания в механические. В качестве пьезоэлектрических материалов применяют кварц, титанит бария, фосфат аммония.КПД пьезоэлектрических преобразователей достигает 90%, интенсивность излучения – несколько десятков Вт/см2. Для увеличения интенсивности и амплитуды колебаний используют операционные усилители. В диапазоне средних ультразвуковых частот усилитель операционный усилитель (ОУ) К140УД26 АМ .

Этот вид усилителей является улучшенным аналогом широкополосного прецизионного операционного усилителя типа 140УД26, который характеризуется малыми входными токами, низким значением напряжения смещения, сверхнизким значением входного напряжения шума и высоким коэффициентом усиления напряжения. Конструкция выходного каскада ОУ обеспечивает размах выходного напряжения ±13 В при работе на нагрузку 2 кОм.

Благодаря встроенной частотной коррекции, обеспечивается устойчивая работа усилителя во всей полосе частот и хорошие динамические характеристики ОУ.Операционный усилитель типа К140УД26 АМ предназначен для применения в аппаратуре с низким уровнем шумов, скоростных системах сбора и обработки данных, а также широкополосных измерительных системах. Благодаря конструктивно- технологическим особенностям ОУ К140УД26 АМ имеет улучшенные электрические параметры.

Таблица 1 Основные характеристики операционного усидлителя ОУ К140УД26 АМ

Ток потребления	не более 4 мА
Напряжение смещения	не более 30 мкВ
Диапазон выходных напряжений	не менее ±13 В
Kоэффициент усиления по напряжению	не менее 126 дБ
Частота единичного усиления	не менее 25 МГц
Скорость нарастания выходного напряжения	не менее 12 В/мкс
Вид конструкции	8-выводной корпус ТО-5 типа 3108.8-1
Технология	Биполярная