УЗ датчик системы сигнализации с модуляцией цифровым шумом и дискретным спектром излучения | Радио, электроника

Широко применяемые в настоящее время ультразвуковые (УЗ) датчики обладают крайне высокими избирательными свойствами (их добротность на частоте резонанса составляет 1000... 5000), что вынуждает в целях эффективного их использования подбирать пары излучатель-приемник с возможно более близкими частотами основного резонанса. И все же, естественно, реальные УЗ системы всегда имеют некоторый разброс параметров, что весьма неблагоприятно сказывается на их качественных показателях. Принудительное уменьшение добротности приемника нецелесообразно по причине неизбежного снижения помехозащищенности и устойчивости к самовозбуждению из-за необходимости соответствующего увеличения коэффициента усиления. В данной статье предлагается способ значительного повышения эффективности таких систем. Способ этот основан на общих акустических закономерностях.



Предположим, что частота F соответствует основному резонансу излучателя, а резонансная частота приемника отстоит от нее на некоторую величину dF в меньшую сторону. При этом мы зарегистрируем отклик приемника с условной амплитудой, соответствующей расстоянию от оси абсцисс до точки 1. Если промодулировать колебания основной частоты F по амплитуде сигналом с частотой dF, то образующаяся при этом нижняя боковая частота заставит приемник резонировать. Увеличение амплитуды отклика (длина отрезка 1-2 на графике) будет пропорционально глубине модуляции. На рис. 2 показана АЧХ реальной, далеко не совершенной системы, в которой УЗ-приемник имеет два почти одинаковых по величине и частоте резонанса (30.08 и 30.74 кГц).



Несмотря на высокую добротность, при частоте модуляции 1 кГц и ее глубине 100% наблюдаются еще девять ярко выраженных побочных резонансов, причем в области положительных приращений наблюдаются в основном производные резонанса приемника, а иные сильно маскируются ими. В реальных условиях величина dF заранее неизвестна, поэтому реализация данного способа сводится к ее экспериментальному определению, что повышает трудоемкость настройки систем, использующих прямое возбуждение излучателя, и вносит нестабильность по dF при изменении внешних условий в системы с включением излучателя в цепь ПОС. Впрочем, в силу малой величины dF (обычно несколько сотен Гц) абсолютное отклонение частоты крайне мало и им в большинстве случаев можно пренебречь. Практически полностью устранить зависимость чувствительности системы от параметров конкретных экземпляров однотипных датчиков можно было бы, применяя в качестве модулирующего сигнала белый шум. Действительно, в этом случае в спектре излучения всегда найдется частота, соответствующая резонансу приемника. Однако, возникающая при этом "размытость" интерференционной картины, а вернее, наложение множества таких картин, приведет к тому, что изменения, происходящие в них, будут нивелироваться, а в пределе (при малой добротности) акустическое давление в рабочей области приемника вообще останется постоянным, что делает неприемлемой модуляцию шумом, имеющим сплошной спектр. Здесь сам собой напрашивается вывод о возможности некоего компромисса между двумя противоречивыми требованиями в обеспечении большего количества боковых частот для уменьшения практической зависимости чувствительности от параметров датчиков и в ограничении этого же количества с целью сохранения определенной "четкости" интерференционной картины. Следует учесть также неодинаковую степень поглощения разных, но близлежащих частот в реальном пространстве, но это уже эффект второго порядка. Очевидно, должен существовать оптимум частотного распределения в пределах излучаемой полосы, при котором оба этих требования удовлетворяются в наибольшей мере, что соответствует максимальной эффективности системы. Существование такого оптимума было экспериментально подтверждено при апробировании УЗ системы с дискретным спектром модулирующего сигнала. В качестве источника такого сигнала был применен цифровой генератор шума [1] или, вернее, генератор М-последовательности. Основными характеристиками его можно назвать ширину спектра по определенному уровню (обычно это -3 или -6 дБ) и расстояние между соседними частотами в спектре ?f=fт/(2N-1), что является обратной величиной длины М-последовательности. Для УЗ-датчиков с частотой основного резонанса в диапазоне 28... 45 кГц и добротностью 1000... 5000, значения этих параметров должны составлять соответственно 1200... 2500 Гц (-3 дБ) и около 75 Гц. На основании этих расчетов была изготовлена система с дискретным спектром излучения, позволяющая повысить эффективность, оцениваемую по увеличению отклика приемника, на +15... 22 дБ (!) при прямом прохождении волн и не менее +10 дБ - при отраженном. Предварительный подбор по соответствию частот резонанса не производился. При изготовлении приемного устройства следует учесть, что сигнал датчика оказывается промодулирован по амплитуде с периодом, равным длине М-последовательности.



Страница 1 
Страница 2 

 9.0 - 1 vote