Ультразвук – це не чутні людиною пружні акустичні хвилі, частота яких перевищує 20 кГц Прийнято розрізняти низькочастотні (20 .. 100 кГц), середньочастотні (01 .. 10 МГц) і високочастотні (більше 10 МГц) ультразвукові коливання Незважаючи на кил мегагерци, ультразвукові хвилі не слід плутати з радіохвилями та радіочастотами Це абсолютно різні речі

По своїй фізичній природі ультразвук нічим не відрізняється від звичайного чутного звуку Частотна межа між звуковими і ультразвуковими хвилями умовна, вона визначається субєктивними властивостями людського слуху Для довідки, коливання високої частоти добре відчувають тварини (в тому числі і домашні), а для кажанів і дельфінів вони є життєво важливими

Ультразвук, завдяки малій довжині хвилі, добре поширюється в рідинах і твердих тілах Наприклад, ультразвукові хвилі у воді затухають приблизно в 1000 разів менше, ніж у повітрі Звідси випливають основні сфери їх застосування: гідролокація, неруйнівний контроль виробів, «звукобачення», молекулярна і квантова акустика

Для генерації ультразвукових коливань використовують такі види випромінювачів (англ «ultrasonic transducer»):

• пьезокерамічні (piezo)

• електростатичні (electrostatic)

• електромагнітні (electromagnetic)

Для останнього варіанту годяться навіть звичайні високочастотні звукові гучномовці (на сленгу «пищалки»), які мають достатній ККД для генерації сигналів в ближньому ультразвуковому діапазоні 20 .. 40 кГц

Пєзокерамічні ультразвукові випромінювачі (Табл 210) випускаються, як правило, в парі з узгодженими за частотою пєзо приймачами Типові параметри «ультразвукового тандему»: частота резонансу 37 .. 45 кГц, рівень звукового тиску на відстані 30 см – 95 .. 105 дБ (А), робоча напруга 12 .. 60 В, ємність 1000 .. 3000 пФ, вихідний імпеданс передавача 200 .. 500 Ом, вхідний імпеданс приймача 10 .. 30 кОм

Таблиця 210 Параметри ультразвукових випромінювачів

На обкладки ультразвукових пьезоізлучателей рекомендується подавати не однополярні, а різнополярні імпульси, тобто в паузах формувати напругу зворотної полярності Це сприяє прискореному розряду еквівалентної ємності випромінювача і підвищенню швидкодії

На Рис 253, а .. л наведені схеми підключення ультразвукових випромінювачів до MK Для формування різнополярних імпульсів широко використовуються транзисторні мости і розділові трансформатори Якщо знизити частоту генерації, то наведені схеми підійдуть «один до одного» і для чутного діапазону, тобто для розглянутих раніше звукових пьезокерамических випромінювачів

Рис 253 Схеми підключення ультразвукових випромінювачів до MK (початок):

а) згладжування форми сигналу, що подається на ультразвуковий випромінювач BQ1, за допомогою котушки індуктивності L1 Резистором R1 регулюється амплітуда

б) транзистори VT1, VT2 поперемінно відкриваються короткими імпульсами від MK Для надійності слід вибирати транзистори з великим допустимим колекторним струмом, щоб вони не вийшли з ладу при низькому омічному опорі котушки індуктивності L1 \

в) конденсатор C1 диференціює сигнал і усуває постійну складову, що дозволяє підключити ультразвукової пьезоізлучатель BQ1 до двополярного джерела живлення

г) малопотужний ультразвукової приймач Дільник R1, R2 визначає робочу точку АЦП MK при прийомі сигналу і амплітуду вихідних імпульсів при передачі сигналу

д) приймач ультразвукового далекоміра Частота імпульсів 36 .. 465 кГц, напруга на випромінювачі BQ1 50 .. 100 В (максимум підбирається конденсатором C3) Діоди VD1, VD2 обмежують сигнал для приймача Трансформатор 77 містить в обмотках I, II по 15 витків дроту ПЕВ-03, в обмотці III – 100 .. 200 витків ПЕВ-008 (кільце M2000HM K10x6x5) Про

Про Рис 253 Схеми підключення ультразвукових випромінювачів до MK (продовження):

е) застосування логічної мікросхеми DD1 апаратно усуває одночасне відкривання транзисторів одного плеча Імпульсні перешкоди, що виникають в ланцюзі харчування через неодновременного перемикання інверторів DD1l . DD13 і розкиду ВАХ транзисторів, усуваються фільтром L /, C1 Діоди VD1 .. VD4ставятся у разі заміни звукового ВЧ-динаміка BA1 (10ГД-35, 6ГД-13, 6ГДВ-4) більш потужним ультразвуковим пьезоізлучателем

ж) збільшення потужності випромінювача BQ1 за допомогою удвоителя напруги на мікросхемі DD1 і підвищеного харчування +9 .. + 12 В Транзистор VT1 узгодить логічні рівні

з) збільшення амплітуди напруги на випромінювачі BQJ відбувається зважаючи підвищеної напруги живлення +9 В і накопичення енергії в дроселі L1 \

і) польові транзистори K77, VT2 (заміна IRF7831) знижують втрати енергії при комутації Резистори R1, R2 не дають відкриватися транзисторам при рестарт MK Про

Про Рис 253 Схеми підключення ультразвукових випромінювачів до MK (закінчення):

к) ультразвукової ехолокатор працює на частоті 40 кГц і генерує імпульси тривалістю 04 мс Амплітуда сигналу на пьезоізлучателе BQ1 (фірма Murata) досягає 160 В Індуктивність вторинної обмотки трансформатора T1 спільно з ємністю пьезоізлучателя BQ1 утворює коливальний контур, настроєний на частоту, близьку до 40 кГц Індуктивність первинної обмотки трансформатора T1 – 71 МК Гн, вторинної – 146 МК Гн, добротність Q> 80

л) ультразвукової гідроіонізатор працює на частоті 18 .. 2 МГц Трансформатор T1 намотується на трьох сердечниках 50BH K20x 10×5 Обмотки I і II містять по 4 витка складеного втричі дроту ПЕВ-03, обмотка III – 12 витків дроту ПЕВ-03 Котушка L1 містить 5 витків дроту ПЕВ-08 на оправці діаметром 8 мм з кроком 1 мм Випромінювач BQ1 має діаметр 30 мм (пєзокераміка ЦТС) Резистором R1 знижуються викиди напруги на стоці VT1

Джерело: Рюмік, С М, 1000 і одна мікроконтролерна схема Вип 2 / С М Рюмік – М: ЛР Додека-ХХ1, 2011 – 400 с: Ил + CD – (Серія «Програмовані системи»)