Il trasduttore è basato su un disco piezoceramico bimorfo fissato lungo la circonferenza esterna ad un supporto elastico. Al centro del disco è incollato un risonatore a forma di cono in foglio di alluminio, che aumenta l'efficienza della conversione dell'energia, mentre la custodia metallica “messa a terra” protegge il convertitore dai disturbi elettrici.

Sulla fig. 2 mostra le dipendenze dalla frequenza del modulo della resistenza di ingresso |Zp| e sensibilità uxx del trasduttore con resistenza di carico Rн->oo. Il modulo di impedenza di ingresso ha due valori estremi: alla frequenza fmi - il minimo dell'impedenza di ingresso, alla frequenza fa (frequenza antirisonante) - il massimo dell'impedenza di ingresso. La sensibilità ha un massimo ad una frequenza prossima alla frequenza di antirisonanza fa.

Ris.2

L'intervallo tra le frequenze fmi e fv è in media di circa 2 kHz. Quando la resistenza di carico Rn diminuisce, la frequenza alla quale la sensibilità del convertitore è massima diminuisce, tendendo a fmi a Rn -> 0 nel limite.

A causa della non linearità delle proprietà della piezoceramica, la frequenza di risonanza fmi diminuisce leggermente all'aumentare della tensione di ingresso e allo stesso tempo aumenta anche la resistenza di ingresso. La figura 3 mostra le caratteristiche di ampiezza del convertitore in termini di frequenza di risonanza fmi e valore di risonanza del modulo di resistenza di ingresso |Zp|

Ris.3

Se la tensione fornita al convertitore supera i 5 V alla frequenza di risonanza, possono verificarsi cambiamenti irreversibili in esso.

Il pattern di direttività del trasduttore è monolobo, con una larghezza di circa 30° (a un livello di 0,7 dal massimo)

Quando uno dei convertitori è un emettitore e l'altro è un ricevitore, questa coppia deve essere selezionata in modo tale che fmi dell'emettitore e fmp del ricevitore siano vicini tra loro. I singoli valori di queste frequenze sono indicati nei passaporti dei convertitori.

Con una selezione sufficientemente accurata di una coppia di emettitore-ricevitore e un'elevata resistenza di carico del ricevitore (ad esempio 100 kOhm e oltre), è possibile aumentare significativamente la sensibilità del percorso di ricezione eliminando l'effetto di shunt della capacità del convertitore Svx. Per fare ciò, le bobine sono collegate in parallelo al convertitore, la cui induttanza LK è calcolata dalla formula

dove Co=0,8 St. La capacità Cm viene misurata a bassa frequenza, ad esempio 1000 Hz. Di solito è 1140 ± 40 pF. Il valore dell'induttanza LK, a seconda dei valori specifici di fa e Co, si trova nell'intervallo 15-20 mH.

In un ecoscandaglio, quando lo stesso trasduttore opera alternativamente nelle modalità di trasmissione e ricezione, è consigliabile utilizzare un percorso amplificatore diretto con ingresso a bassa resistenza (non superiore a 1 kOhm). In questo caso, le frequenze di risonanza fmn e fmp saranno vicine tra loro.

In fig. 1 e fig. 4 Il trasmettitore può essere realizzato su circuito integrato digitale (Fig. 5, a) o su transistor (Fig. 4, b).

Ris.4

Nella prima versione del trasmettitore, l'oscillatore principale è costituito dagli elementi D1.1 e D1.2 e lo stadio buffer è realizzato sull'elemento D1.3. Nella versione a transistor del trasmettitore, il generatore è assemblato secondo il circuito multivibratore (transistor V1, V2) e lo stadio di uscita si basa sul transistor V3. La frequenza operativa richiesta del trasmettitore viene impostata con un resistore di sintonia R1 (Fig. 4, a) o selezionando i resistori R2 e R3 (Fig. 4, b). Per poter regolare il generatore durante il funzionamento, è consigliabile sostituire una di queste resistenze con due collegate in serie con una costante con una resistenza di 3 5 kOhm e una resistenza variabile di 22 kOhm L'impostazione del trasmettitore consiste nell'impostare la frequenza del generatore uguale alla frequenza fmi, che è indicata nel convertitore passaporto

In assenza di un frequenzimetro, l'impostazione può essere effettuata in base alla potenza massima del convertitore. Per fare ciò, davanti al trasduttore-emettitore a una distanza di 15 ... 20 cm, è installato un trasduttore-ricevitore, che verrà utilizzato nel sistema di controllo remoto, ad esso è collegato un voltmetro CA e il trasmettitore è regolato, ottenendo il segnale massimo all'uscita del trasduttore ricevente

Il circuito del ricevitore è mostrato nella Figura 5. È costituito da un amplificatore sul chip A1, un rilevatore di diodi V1, V2, un vibratore singolo e un trigger sul chip D1 e un interruttore a transistor (V5) con un relè esecutivo K1 in il circuito di carico. Gli elementi R7, C5 sono utilizzati per ritardare l'inserimento di un singolo vibratore al fine di evitare falsi azionamenti dell'attuatore dovuti al rumore impulsivo nella rete o alla chiusura sfocata dei contatti del pulsante di accensione del trasmettitore.

Fig.5 (clicca per ingrandire)

Il segnale ultrasonico ricevuto dal trasduttore B1 del dispositivo ricevente viene convertito in vibrazioni elettriche, che vengono amplificate dal microcircuito Al. Il guadagno ad una frequenza di 1 kHz è di circa 40. Il segnale rilevato, dopo aver superato il circuito di ritardo C5000R5, avvia l'one-shot (elemento D7). Il tempo di ritardo della risposta del vibratore singolo è di 1.1 s. Il segnale del singolo vibratore commuta il grilletto D1, a seguito del quale si apre la chiave del transistor V1.2 e si attiva il relè K5.

Lo schema schematico dell'attuatore è mostrato in fig. 6. Quando i contatti K1.1 sono chiusi nel ricevitore (Fig. 5), i trinistori V2, V3 si aprono e collegano il carico Rn alla rete. La potenza di carico consentita è determinata dalla corrente continua dei trinistor.

Ris.6

I trasmettitori del sistema di controllo remoto sono alimentati da una batteria di celle galvaniche, e il ricevitore è alimentato da un raddrizzatore stabilizzato che fornisce una tensione di uscita di 20 V. L'alimentazione del chip D1 è inoltre stabilizzata da uno stabilizzatore parametrico montato su gli elementi V3 e R6.

In condizioni di laboratorio, durante il test del telecomando, non era richiesto l'orientamento reciproco dei trasduttori. Tuttavia, in una stanza con un elevato assorbimento acustico (molti mobili imbottiti, tappeti, tende, ecc.), il segnale ultrasonico è notevolmente attenuato, il che potrebbe richiedere l'orientamento dell'emettitore e del ricevitore. Il trasduttore ultrasonico può essere utilizzato anche in sistemi di controllo remoto multicanale. In questo caso, i comandi devono essere trasmessi in forma discreta utilizzando sistemi di modulazione a codice di impulso, tempo o fase a impulsi.

Autori: N. Borodulin, V. Morozov, E. Koptev, Mosca; Pubblicazione: N. Bolshakov, rf.atnn.ru

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