Ультразвуковые линии задержки. Звукопровод, страница 3

Основными параметрами, характеризующими УЛЗ, являются, как и у всех других типов ЛЗ:

1.  Время задержки.

2.  Рабочие частоты.

3.  Затухание сигнала.

4.  Температурный коэффициент задержки.

Время задержки в УЛЗ определяется как и в МСЛЗ временем прохождения УЗ волны по звукопроводу. Скорость распространения УЗ волны в проводящих твердых средах составляет . И, следовательно, две задержки по 100 мкс  - на пути 30-70см. поэтому для получения больших задержек используют свернутые звукопроводы, в которых используется многократное отражение УЗ волны.

Рабочая частота УЛЗ  может быть в зависимости от материала звукопровода - 10¸20; 30¸40; 100МГц. Работа УЛЗ в более низкочастотном диапазоне неэффективно. В связи с этим, в отличие от МСЛЗ, УЛЗ работают при подаче на них радиоимпульсов, частота заполнения которых должна быть близка или равна резонансной частоте преобразователя.

Уменьшение частоты заполнения приводит к расширению звукового шума и искажению формы сигналов.

Значительное увеличение рабочей частоты приводит к увеличению затухания УЗ волны в звукопроводе.

Работа с радиоимпульсами целесообразна также и потому, что коэффициент преобразования преобразователей резко зависит от частоты и максимален при рабочей частоте, равной собственной резонансной частоте преобразователя.

Полоса пропускания УЛЗ определяется, в основном, полосой пропускания преобразователя и его согласованием с волновым сопротивлением материала звукопровода.

Полоса пропускания преобразователя определяется добротностью кварца, если среда с обеих сторон кварца одинакова.

 , где n – номер гармоники, R_кв. – акустическое сопротивление кварца,  R_ср– акустическое сопротивление среды.

Лучшим вариантом выполнения является , так как в этом случае уменьшаются потери при переходе УЗ волны в звукопровод.

Затухание в ЛЗ и температурный коэффициент задержки определяются материалом звукопровода.

В качестве материалов звукопроводов применяются жидкие и твердые среды.

К достоинствам жидких относятся:

1.  Меньшая скорость распространения звука.

2.  Легкость согласования с возбудителем (преобразователем).

К достоинствам твердых сред является удобство конструктивного выполнения и эксплуатации; к недостаткам – более высокая скорость звука в твердой среде.

Материалы звукопроводов

Жидких – вода, ртуть.

Твердых – магниевые сплавы, кварц, соль.

Поглощение УЗ волны обуславливается поглощающими способностями самой среды и элементов конструкции ЛЗ. Поглощение в среде обусловлено наличием неоднородностей в материале (пузырьки воздуха, инородные включения и пустоты в твердом теле) на которых происходит рассеяние акустических волн.

Время задержки УЛЗ зависит от температуры звукопровода, так как при изменении температуры изменяются номинальные размеры звукопровода и скорость распространения УЗ волны в нем.

Например, зависимость времени задержки от температуры Т °С для ртутных звукопроводов имеет вид:

При необходимости обеспечения высокой стабильности времени задержки УЛЗ помещают в термостат.

Выше отмечалось, что функциональная схема ЛЗ включает два формирователя, два преобразователя и звукопровод. С учетом рассмотренного ранее, эта общая схема для УЛЗ принимает вид

Вывод: сигнал, поступающий на вход УЛЗ, модулирует ВЧ колебания ГВЧ и поступает на кварцевый преобразователь. Под действием этого сигнала происходят колебания пластины преобразователя (с частотой ТВЧ), которые передаются в звукопровод и принимаются пластиной второго преобразователя, и с выхода этого преобразователя снимается задержанный радиоимпульс. Далее он усиливается в УВЧ, а затем детектируется.

Основными узлами УЛЗ являются преобразователи и звукопровод.

Схематически реальную УЛЗ можно изобразить в виде участка звукопровода с акустическим сопротивлением (), к концам которого через переходный слой (клея) укреплены преобразовательные кварцевые пластины, тыльные стороны этих пластин либо нагружены на поглощающие конусы (), либо свободны.

Преобразователи являются резонансными системами

Где С₀ – статическая емкость пластины на ВЧ.