Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии

Стартовая страница
О системе
Технические требования
Синтез
Обучающий модуль
Справка по системе
Контакты
Искать:
  Расширенный   Формализованый   По связи разделов
 А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я 
Общий каталог эффектов
Ультразвуковые линии задержки на поверхностных волнах
Устройства для задержки электрических сигналов, основанные на использовании поверхностных акустических волн

Анимация

Описание

Ультразвуковые линии задержки (УЛЗ) предназначены для задержки электрических сигналов на время от долей микросекунд до десятков миллисекунд, основанные на использовании упругих волн. Задержка в УЛЗ обусловлена относительно малой скоростью распространения упругих волн в звукопроводе (~ 105 меньше скорости распространения электромагнитных волн). УЛЗ состоят из трех основных элементов (рис. 1а): входного 1 и выходного 2 электроакустических преобразователей, превращающих соответственно электрические колебания в упругие на входе УЛЗ и упругие колебания в электрические - на выходе, и звукопровода 3, в котором распространяются упругие волны.

 

Схема включения ультразвуковых линий задержки, работающих "на проход"

 

 

Рис. 1а

 

Обозначения:

1 и 2 - преобразователи;

3 - звукопровод.

 

В зависимости от характера включения УЛЗ могут работать “на проход” (рис. 1а) или “на отражение” (рис. 1б), причем во втором случае один и тот же преобразователь выполняет функции как излучателя, так и приемника ультразвука (УЗ).

 

Схема включения ультразвуковых линий задержки, работающих "на отражение"

 

 

Рис. 1б

 

Для электромеханического преобразования сигнала в УЛЗ используют в основном пьезоэлектрические, реже магнитострикционные преобразователи (см. описания ФЭ “Прямой (обратный) пьезоэффект”, “Магнитострикция”). Звукопроводом в УЛЗ служит твердая среда, в которой упругие волны распространяются с относительно малыми потерями (см. описания ФЭ “Поглощение звука”, “Рассеяние звука”).

К основным параметрам УЛЗ относятся:

1) время задержки Т, определяемое длиной пути L, проходимого упругими волнами в звукопроводе от входного преобразователя до выходного, и скоростью распространения УЗ c, т.е. T =L¤c;

2) рабочая частота f0, приблизительно равная резонансной частоте преобразователей, причем частота задерживаемого радиосигнала должна совпадать с f0, а в случае задержки видеосигнала его надо сначала преобразовать в радиосигнал с частотой заполнения f0, а затем выделить огибающую (продетектировать);

3) полоса пропускания Df, определяемая добротностью преобразователей и частотной характеристикой потерь в звукопроводе;

4) уровень ложных сигналов - отношение амплитуды наибольшего из ложных сигналов к амплитуде задержанного сигнала;

5) температурный коэффициент задержки, определяемый зависимостью скорости распространения упругих волн в звукопроводе от температуры.

УЛЗ на поверхностных акустических волнах (ПАВ) получили широкое распространение в качестве миниатюрных устройств для обработки сигналов. Электромеханическое преобразование в УЛЗ на ПАВ осуществляется с помощью электродов, нанесенных на поверхность пластины, которая служит звукопроводом, в виде двухфазных эквидистантных или неэквидистантных решеток (рис. 2); их также называют “встречно-штыревыми”.

 

Схемы ультразвуковых линий задержки на поверхностных волнах с преобразователями в виде эквидистантных (а) и неэквидистантных (б) решеток

 

 

Рис. 2

 

Ширина электродов и промежутков между ними в направлении распространения ПАВ обычно равна l/4, где l - длина ПАВ. Толщина электродов обычно не превышает 0.1 - 0.2 мкм. Пластина звукопровода вырезается из монокристалла пьезоэлектрического материала - кристаллического кварца, ниобата лития и др. или изготавливается из уплотненной пьезокерамики.

Время задержки в УЛЗ на ПАВ зависит от скорости распространения ПАВ и расстояния между решетками. Рабочая частота и полоса пропускания определяются структурой и размером решеток. Потери зависят от материала звукопровода и чистоты обработки его поверхности. Низкий уровень ложных сигналов достаточно просто достигается путем нанесения поглощающих покрытий на нерабочие поверхности звукопровода.

Существенное увеличение времени задержки возможно в т.н. спиральных и дисковых УЛЗ на ПАВ. Переменная УЛЗ на ПАВ обеспечивает плавное изменение времени задержки от 1 до 20 мкс на частотах 10 - 30 МГц. Многоотводные УЛЗ на ПАВ способны работать на частотах до 103 МГц. Дисперсионные УЛЗ на ПАВ (получившие наибольшее распространение) позволяют осуществлять разнообразные преобразование и обработку сигналов (см. п. “Техническая реализация”).

 

Ключевые слова

 

Области техники и экономики

 

Используемые естественнонаучные эффекты

Участок среды, ограниченный в одном или двух направлениях и служащий для передачи акустических волн (Волновод акустический)

 

Разделы естественных наук используемых естественнонаучных эффектов

1Акустика
1Механические колебания и волны

 

Применение эффекта

УЛЗ на ПАВ применяются в различных областях электронной техники: радиолокационная аппаратура, устройства связи, телевидение, вычислительная техника и др.

Реализации эффекта

Механическое перемещение пары электродов

Техническая реализация достигается путем включения стендартной линии задержки в цепь импульсного сигнала, и осциллографического измерения полученного времени задержки импульса от входа до выхода линии задержки.

При этом следует учитывать особенности конкретно выбранного типа линии задержки. Например, в спиральных УЛЗ на ПАВ (рис. 3а) звукопровод (из ниобата лития) имеет две скругленные торцевые поверхности, поэтому траектория УЗ-вого пучка имеет вид спирали.

 

Схемы спиральной линии задержки

 

 

Рис. 3а

 

Задержка таких УЛЗ достигает 2000мкс на частотах 50 - 60 МГц. В дисковых УЛЗ (рис. 3б) увеличение акустического пути достигается многократной циркуляцией пучка вокруг замкнутой поверхности тонкого диска из монокристалла пьезоэлектрика.

 

Схемы  дисковой линии задержки

 

 

Рис. 3б

 

Переменная УЛЗ на ПАВ (рис.  4) реализуется механическим перемещением пары электродов 1 вдоль рабочей поверхности звукопровода 2. Задержка - от 1 до 20мкс, частоты - 10 - 30 МГц.

 

Переменная УЗЛ на ПАВ с перемещающейся парой электродов

 

 

Рис. 4

 

Литература

1. Ультразвук / Под ред. И.П. Голяминой.- М.: Советская Энциклопедия, 1979.- С.400.

Формализованное описание Показать

Стартовая страница  О системе  Технические требования  Синтез  Обучающий модуль  Справка по системе  Контакты 
Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина