Преобразователь эхолота
Преобразователь эхолота – это элемент эхолота, который определяет его характеристики, он преобразует энергию электрических импульсов высокой частоты в ультразвуковые колебания и осуществляет обратное преобразование отраженных импульсов в электрические сигналы.
Преобразователи, используемые на практике. классифицируются по следующим признакам:
- Состав данных. Главное назначение преобразователя эхолота - получение сигналов о глубине объектов. Но в некоторых преобразователях могут устанавливаться дополнительные датчики, которые предназначены для измерения скорости судна и температуры воды.
- Материал. Современные преобразователи изготавливаются из пластмассы или таких металлов, как бронза или латунь. Пластмассовые преобразователи, как правило, используются на судах с металлическим корпусом или из стеклопластика. Металлические преобразователи устанавливаются на суда с корпусами из стеклопластика или дерева. При установке бронзового преобразователя на металлический корпус может возникнуть электрохимическая реакция, разрушающая корпуса преобразователя и судна в месте их контакта. Дополнительно в металлические корпуса могут быть установлены датчики скорости и температуры воды.
- Количество лучей. Какое-то время назад все эхолоты были однолучевыми. Сейчас они вытесняются с рынка двухлучевым, причем цена данных моделей сопоставима с однолучевыми. Два луча получаются благодаря наличию двух частот - 50 и 200 герц. Некоторые производители выпускают модели с возможностью формирования трех и шести лучей. Данные модели обладают расширенной зоной просмотра и возможностью создания псевдотрехмерной картинки.
- Место установки. Преобразователи могут быть установлены на днище, транце или с внутренней стороны корпуса.
Разработка акустического преобразователя эхолота
Процесс разработки акустического преобразователя для эхолота, в зависимости от исходных данных, требований технического задания, будущих условий эксплуатации и назначения можно разделить на следующие основные этапы:
- Определение формы и размеров.
- Определение месторасположения в пространстве.
- Определение состава данных.
- Выбор активного материала.
- Расчет основных параметров.
Выбор основных параметров преобразователя эхолота осуществляется на протяжении всего процесса разработки. При расчете параметров решается ряд задач:
- Обеспечение максимальной чувствительности.
- Обеспечение высокой износостойкости составляющих преобразователя.
- Обеспечение необходимой ширины полосы частот.
- Оптимизация акустического поля.
- Обеспечение согласования импеданса преобразователя с усилителем и генератором.
- Обеспечение максимальной стабильности акустического контакта.
- Обеспечение максимального увеличения соотношения сигнал/шум.
Чувствительность акустического преобразователя описывается передаточной функцией Данная функция позволяет обнаружить акустический сигнал по известному электрическому сигналу или наоборот. Полосой пропускания обеспечивается достоверность получаемой информации. Широкополосность акустического преобразователя позволяет обеспечить излучение и прием акустических импульсов без искажения формы и улучшить параметры режима приема. В теории полоса пропускания определяется на основе амплитудно-частотной характеристики.
Соотношение сигнал/шум определяется при помощи реверберационно-шумовой характеристики. Данная характеристика представляет собой зависимость амплитуды шума от времени окончания импульса. Пример такой характеристики изображен на рисунке ниже.
Рисунок 1. Реверберационно-шумовая арактеристика. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
По представленной выше характеристике можно определить величину мертвой зоны или другими словами - толщину приповерхностного слоя готового изделия, дефекты в котором не могут быть выявлены эхо-методом:
$ h = (((tи-tш)*С)/2) * cosа$
где tи - длительность импульса; tш - длительность реверберации; а - угол ввода; С - скорость.
Основным источником шумов преобразователя являются многократные отражения в его структурных составляющих. Для того, чтобы улучшить характеристики необходимо обеспечивать максимальное снижение шума в элементах преобразователя. Один из способов - использование демпферов специальной формы, оборудованных акустическими ловушками, то есть тупиковыми направлениями распространения волн, которые делаются из специальных материалов с высоким коэффициентом затухания. Оптимизация акустического поля преобразователя может быть произведена посредством изменения его геометрических форм, размеров, частоты, диаграммы направленности.
Демпфер – это устройство, которое предназначено для гашения или предотвращения колебаний, возникающих в различных машинах, устройствах и т.п.
