6-1-воротников
.pdf
Как сделать металлодетектор
Локационные системы роботов |
Модуляция сигналов |
Конец первой серии
Формула успеха:
З = 0,1 РК + 0,1 ЛР + 0,2 ДЗ + 0,25 П + 0,25 Д + 0,1 Т
Локационные системы роботов |
Модуляция сигналов |
Тема 6. Локационные системы роботов
1.Основные положения
2.Модуляция сигналов
3.Электромагнитные локационные системы
4.Акустические локационные системы
5.Звук и его свойства
6.Датчики акустической локации
7.Способы записи и анализа звука
8.Оптические локационные системы
9.Дальномеры
10.Навигация мобильных роботов
Локационные системы роботов
Проект шестиклассницы
Локационные системы роботов |
Модуляция сигналов |
4. Акустические ЛС
Общие сведения
В робототехнике и мехатронике под акустическими ЛС (рис. 26) 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.
Решаемые задачи
определение свойств среды |
прием/передача сигналов |
воздействие на материал |
а |
б |
в |
|
||
|
|
Рис. 26. Акустические приборы: а – томограф, б – гидрофон, в – ультразвуковой скальпель
Локационные системы роботов |
Акустические ЛС |
Классификация акустических ЛС
по назначению
дальномеры 
дефектоскопы /томографы
охранные устройства
по типу ЧЭ
пьезоэлектрические
магнитострикционные электростатические
по типу модулирующего сигнала
непрерывные
импульсные
по характеру частотного спектра
широкополосные резонансные
по избирательности
интерференционные
широкоугольные
Локационные системы роботов |
Акустические ЛС |
5. Звук и его свойства
Общие сведения
Распространение звука в некоторой среде описывается волновыми уравнениями:
2u |
|
1 2u |
; |
2 p |
|
1 2 p |
; |
2 |
|
|
1 2 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
r2 |
c2 t2 |
r2 |
c2 t2 |
r |
2 |
c2 t2 |
||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||
где u — амплитуда волны, или распространения и скорость волны;
смещение частиц среды; r, c — соответственно дальность p, — давление и плотность среды.
Частотное уравнение для звука имеет тот же вид, что и для других волновых процессов
c/ f .
Обычно звук представляет собой сложное колебание в виде линейчатого спектра с основной
(собственной) частотой f и кратными частотами — гармониками (обертонами) 2f, 3f, ... и т.д. У
гармонического колебания (тона) спектр состоит из одной частоты. Для непериодических колебаний (шумов) характерны сплошные спектры.
граничные частоты
|
нижняя |
fн = 20 кГц |
|
|
верхняя |
fв c / dэкв, где |
dэкв — длина свободного пробега молекул. |
частотные диапазоны ультразвука
нижний (1,5 104 … 105 Гц) |
|
|||
|
средний (105 |
… 107 |
Гц) |
Частоты от 109 до 1013 Гц называют гиперзвуковыми. |
|
верхний (107 |
… 109 |
Гц) |
|
Локационные системы роботов |
Особенности распространения звука |
Немного истории
История исследований в области ультразвуковой локации ведет свое начало с 70-х годов XVIII в. и связана с именем итальянца Л. Спалланцани (рис. 27, а), изучавшего ночное зрение сов и летучих
мышей.
а |
б |
|
д
в |
г |
Рис. 27. Пионер изучения локации в природе (а), изобретатель пулемета (б), основоположник гидроакустики (в), американский биофизик (г), структура гидроакустической системы (д).
Локационные системы роботов |
Основные положения |
Эхолокация в океане
Локационные системы роботов |
Модуляция сигналов |
Механический и электромагнитный волновые диапазоны
Для акустических ЛС по сравнению с электромагнитными характерна значительно меньшая
скорость распространения сигналов. Для газов она составляет 0,2 … 1,5 км/c, для жидкостей — 0,5…2 км/с, для твердых сред — 2…8 км/c. Это приводит к большей разрешающей способности ультразвуковых методов по отношению к электромагнитным при равных частотах (табл.1).
Таблица 1. Диапазоны звуковых и электромагнитных волн
Длина звуковой волны зависит от частоты и среды распространения. Так, для воздуха в самой низкочастотной области значения не превышают 3…5 см. В случае высоких частот значения в
воздухе составляют 0,34 ... 34 мкм, в воде 0,015 ... 1,5 мкм и в стали 0,05 ...5 мкм.
Локационные системы роботов |
Особенности распространения звука |