6-1-воротников

6. Датчики акустической локации

Общие сведения

В робототехнике акустический локатор (дальномер) входил в состав первой мультимодальной информационной системы «глаз––ухо––рука» созданной в рамках проекта «Stanford Arm» в 70-х годах прошлого века.

Классификация акустических датчиков

Рис. 47. Акустические передатчики: первый излучатель — свисток Гальтона (а) и всенаправленный источник звука Bruel&Kjear (б)

Передатчики

Эффективность излучателя зависит от соотношения между его размерами и длиной волны. Для

излучателя произвольной формы точные решения, связывающие излучаемую мощность P с

размерами излучателя отсутствуют.

При расчетах акустических передатчиков используют модели излучателей нулевого, первого, второго, … порядка.

Для идеального излучателя типа большого поршня (s > 2) можно использовать выражение:

P 0,5 сv2s.

Излучатель нулевого порядка — монополь — представляет собой пульсирующую сферу радиусом r, создающую в окружающей среде сферические волны (рис. 48, а).

P ck 2V 2 /(8 ),

где k = 2 / — волновое число; V — объемная скорость излучателя, V = 4 r2 .

Акустический диполь (излучатель первого порядка) представляет собой сферу, осциллирующую около положения равновесия, а его излучение характеризуется направленностью (рис. 48, б).

!

Рис. 48. Диаграммы направленности: монополя (а), диполя (б) и квадраполя (в)

Конструктивные схемы излучателей

Промышленные ультразвуковые излучатели представляют собой наборную конструкцию (пакет) из диполей (рис. 49, а и 50, а, б). Соединение отдельных элементов в излучателе позволяет сформировать диаграмму направленности нужной формы.

в

б

а

Рис. 49. Промышленные ультразвуковые преобразователи: гидроакустический излучатель (а), двухдиапазонный излучатель Reson TC2116 (б), медицинский излучатель (в).

На рис. 50 представлены два гидроакустических излучателя, представляющие собой

короткие полые цилиндры (кольца).

!

Рис. 50. Схемы гидроакустических излучателей с продольным (а) и поперечным (б) пьезоэффектом (стрелками показаны направления колебаний), АЧХ излучателя (в) и зависимость ее ширины от отношений h/rср (г)