При необходимости задержки более 10 мкс или необходимости уменьшения габаритов и веса ЛЗ с большой задержкой используют акустические (ультразвуковые) ЛЗ.
Время задержки может быть от 1 мкс до 20 мс, а полоса пропускания от единиц кГц до сотен МГц.
Принцип работы акустических ЛЗ основан на преобразовании электрических импульсов в импульсы ультразвуковых колебаний на входном конце АЛЗ, распространении возбуждаемой при образовании акустической волны в замкнутом объеме (звукопроводе), и обратном преобразовании акустических волн в электрические импульсы на выходном конце АЛЗ.
Благодаря малой скорости распространения акустических волн в сложной среде (примерно в 10-100 тысяч раз меньше, чем скорость света в вакууме) удается осуществить задержку импульсов на большее время при небольших размерах звукопровода.
Преобразование электрических импульсов в ультразвуковые и обратно осуществляется с помощью электромеханических преобразований.
Принцип их работы основан на использовании электрострикционного (пьезоэлектрического) или магнитострикционного эффекта.
 |
АЛЗ с преобразователями на основе магнитострикционного эффекта называют обычно МСЛЗ.
ЛЗ с преобразователями на основе электрострикционного (пьезо-) эффекта – УЛЗ. Хотя, конечно, и те и другие – УЛЗ.
На низких частотах (до 5-6 МГц) используются МСЛЗ. Рассмотрим структуру и работу таких линий. Схематически МСЛЗ можно изобразить следующим образом
 |
Сигнал поступает на вход формирователя импульсов (1) и подается в катушку преобразователя (3) – в виде импульса тока. При этом в звукопроводе образуется ультразвуковая волна механической продольной деформации, которая распространяется по звукопроводу (5) в обе стороны.
При похождении акустической волны под (над?) катушкой (6) приемного преобразователя, в ней возбуждается ЭДС пропорциональная величине механической деформации. Наведенная в катушке преобразователя ЭДС – представляет импульс задержанного сигнала.
Катушки преобразователей располагаются в поле постоянных магнитов, обеспечивающих постоянное магнитное смещение (то есть начальную индукцию).
Так как акустическая волна распространяется в обе стороны от преобразователя (3), то возможны наводки паразитного сигнала. Возможно также отражение от правого конца звукопровода. Для устранения этих отражений на концах линий размещают поглотители (например, капли свинца).
При подаче на вход МСЛЗ единичной функции тока, на выходе ее появляется сдвоенный импульс напряжения. Отношение максимальной амплитуды сдвоенного выходного импульса к наибольшей амплитуде ложного сигнала определяется величиной отношения сигнал/шум и должно быть 20:1.
Минимальное время между последовательными
сигналами на входе должно быть больше или равна 
.
Величина называется разрешающей способностью МСЛЗ.
Приемный и передающий преобразователи можно представить в виде ЧП. Часто используются следующие эквивалентные схемы входных (рис.4) и выходных (рис.5) преобразователей.
R1
выбирается равным сопротивлению, вносимому формирователем в цепь входного
преобразователя.
L1 и С1 определяются выражениями:
Ширина полосы пропускания выходного ЧП должна обеспечить прохождение сдвоенного импульса без искажения. Для этого необходимо
Так как в МСЛЗ коэффициент преобразования энергии мал, можно считать, что преобразования носят индуктивный характер. Поэтому МСЛЗ имеют низкое входное и высокое выходное сопротивление.
Если преобразователи линии могут быть представлены эквивалентными схемами рис. 4 и 5, то:
Затухание в МСЛЗ можно определить как
по этому выражению можно определить необходимую
амплитуду входного тока по заданным затуханию и , и
заданным L1 и L2.
При шунтировании индуктивности входного преобразователя сопротивлением используются приведенные формулы.
Предложенные соотношения характеризуют широкополосные МСЛЗ, выполняемые, как правило, в виде прямых линий. Их время задержки до 200мкс.
В общем случае необходимо учитывать и другие факторы.
Во всех случаях время задержки однозначно определяет длину звукопровода и, следовательно, затухание в линии. Поэтому при увеличении длительности задержки необходимо увеличивать амплитуду входного тока. Чем больше полоса пропускания, тем короче нужно делать катушку и, следовательно, увеличивать амплитуду тока.
Рассмотрим отдельные элементы МСЛЗ.
Требования:
1. Эффективные электромеханические преобразования.
2. Высокое удельное сопротивление.
3. Низкий температурный коэффициент tз.
4. Низкий коэффициент ослабления колебаний.
Эти требования противоречивы.
В настоящее время в качестве материала для
звукопровода широко используется никель (неизменный температурный коэффициент 
).
Термостабильные МСЛЗ на большое время задержки из сплавов: 42НХТЮ, 44НХТЮ.
Наилучшие МС свойства у сплава, содержащего по 49% Co и Fe, 2% Ni.
Максимальная задержка ограничивается не затуханием (1,3 дБ/м), а неоднородностью волнового сопротивления.
Длина звукопровода
где l – действующая длина звукопровода
Е – модуль Юнга (упругости) (дин/см2).
r - удельная плотность материала (г/см3).
На высоких частотах необходимо учитывать дисперсию скорости. Если 2 МГц < f, то
l - длина продольной ультразвуковой волны, для которой определяется скорость.
R – радиус звукопровода.
Из вышеприведенной формулы следует, что максимально допустимый диаметр звукопровода определяется предельно допустимым изменением времени задержки в заданном диапазоне частот.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.