Электромагнитные локационные системы специального назначения
В последнее время все чаще ЭЛС применяют для решения специальных задач экстремальной робототехники, а также задач, связанных с обеспечением безопасности, контролем доступа и т. П
В зависимости от области применения ЭЛС специального назначения можно разделить на две группы: детекторы металлов и электромагнитные антенны.
Часто эти системы называют металлоискателями, понимая под этим активные или пассивные ЭЛС, предназначенные для обнаружения металлических предметов из черных и цветных металлов в непроводящих и слабо проводящих средах (дерево, одежда, пластмасса). Дальность обнаружения металлических объектов в таких системах составляет 20...200 мм.
Основным элементом металлонекателя является антенна, регистрирующая пассивные метаплосодержащие объекты в зоне обнаружения или определяющая наличие электромагнитных полей в этой зоне. В наиболее распространенных схемах метаплоискателей антенна содержит две катушки — излучающую и приемную (сигнальную)
РЛС
Акустические локационные системы (АЛС)
АЛС - совокупность акустических датчиков и средств первичной обработки информации, предназначенных для определения геометрических и физических характеристик объектов в зоне контроля, а также их ориентации относительно выбранной системы координат.
Классифиция АЛС:
· по назначению — дальномеры, охранные устройства и системы безопасности, дефектоскопы и томографы;
|
|
|
· по типу первичного преобразователя — пьезоэлектрические, магнитострикционныс и электростатические;
· по характеру частотного спектра сигнала — широкополосные и резонансные;
· по типу модулирующего воздействия — непрерывные и импульсные;
· по избирательности — интерференционные и с широкой диаграммой направленности.
АЛС имеют чрезвычайно широкую область практического применения.
Условно выделяют три основных направления применения АЛС:
1) получение информации об объекте;
2) прием и передача сигналов;
3) активное воздействие на вещество.
АЛС имеют чрезвычайно широкую область практического применения. Условно выделяют три основных направления применения АЛС: получение информации об объекте, прием и передача сигналов и активное воздействие на вещество. В рамках первого направления разрабатывают различные дефектоскопы, уровне- и толщиномеры, системы медицинской диагностики и звуковидения, гидролокациошшс приборы (эхолоты и гидролокаторы), работающие в диапазоне 10 ...10 Гц.
Второе направление в основном связано с
созданием средств связи, а также ультразвуковых процессоров. Устройства
этой группы функционируют на частотах Ю5...Ю10 Гц.
|
|
|
Наконец, в акустических системах, активно воздействующих на вещество (например, хирургические инструменты, устройства механической обработки материалов и сварки), применяются колебания с высокой интенсивностью 1...105Вт/м2 с ультразвуковой частотой (выше 15кГц).
В робототехнике и мехатроникс нод АЛС понимают совокупность акустических датчиков и средств первичной обработки информации, предназначенных для определения геометрических и физических характеристик объектов в зоне контроля, а также их ориентации относительно выбранной системы координат.
В робототехнике локационные системы очувствления обычно реализуют в соответствии с концепцией «очувствленная рука», при этом АЛС включают в контур управления роботом, а акустические датчики монтируют па каждом звене кинематической цепи,
Звук и его основные характеристики
Распространение звука в некоторой среде описывается волновыми уравнениями
где u — амплитуда волны, или смещение частиц среды; г, с — соответственно дальность распространения и скорость волны; р,у — давление и плотность среды
Частотное уравнение для звука 
.
Звук представляет собой сложное колебание в виде линейчатого спектра с основной частотой /и кратными частотами (обертонами) 2f, 3f и т. д. У гармонического колебания (тона) спектр состоит из одной частоты. Для непериодических колебаний (шумов) характерны сплошные спектры.
|
|
|
Для АЛС по сравнению с ЭЛС характерна значительно меньшая (на несколько порядков) скорость распространения сигналов. Для газов она составляет 0,2... 1,5 км/с, для жидкостей — 0,5 . 2 км/с, для твердых сред — 2...8 км/с. Такие малые скорости, а следовательно, малые длины воли намного повышают разрешающую способность ультразвуковых методов по отношению к электромагнитным при равных частотах.
Длина звуковой волны зависит от частоты и среды распространения.
Характеристикой акустического давления в среде является интенсивность, или сила звука, определяемая через энергию звуковой волны.
Интенсивностью У 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
Параметр z = ус получил название характеристического импеданса среды.
Громкость £ слышимых звуков одинаковой интенсивности зависит от их частот. За единицу громкости принят сои — громкость тона (чистого звука) частотой 1 кГц при интенсивности 40 дБ. Громкость звука в децибелах вычисляют по формуле
|
|
|
где 
— минимальное давление, которое способно воспринять человеческое ухо, т. е. порог чувствительности.
К основным законам распространения звука относят: законы отражения и преломления звука на границах сред, законы дифракции и рассеяния звука при наличии препятствий и неоднородностей на границах и закон волноводного распространения в ограниченных участках среды
В большинстве случаев построения АЛС ограничиваются моделью геометрической, или линейной, акустики. Эта модель соответствует зоне упругих деформаций среды распространения звука.
Границы применения линейной акустической модели определяются двумя основными факторами: интенсивностью звуковых волн и их частотой.
Критерием применимости аппарата линейной акустики служит неравенство
где М — число Маха.
Данное неравенство означает, что колебательная скорость частиц среды V должна быть много меньше скорости распространения звука в этой среде (на практике это выражение выполняется довольно часто).
Степень отклонения от геометрической картины распространения и необходимость учета дифракционных явлений определяется параметром
где r - расстояние от точки наблюдения до объекта, вызывающего дифракцию.
Затухание звукового сигнала представляет собой уменьшение амплитуды u и, следовательно, интенсивности J звуковой волны по мере ее распространения: 
где 
— в дБ/м; х — расстояние от точки излучения до некоторой точки волны в направлении ее распространения.
Затухание вызывают следующие основные факторы: расхождение фронта волны по мере удаления от источника, рассеяние и поглощение звука.
В звуковой локации также используют представление о коэффициенте ослабления 
— соответственно мощности сигнала приемника и излучателя). С увеличением расстояния между объектами связи 
уменьшается, а его значение зависит от размеров излучателя и частоты сигнала.
В задачах дефектоскопии, когда дальность распространения ультразвука мала, затухание оценивают одним коэффициентом 
— коэффициент рассеяния.
Коэффициент поглощения пропорционален квадрату частоты, следовательно, затухание ультразвуковых волн существенно выше, чем звуковых.
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 351; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!