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

Звуковая локация
Звуковая локация

Описание

Звуковой локацией называют метод обнаружения и исследования объектов путем анализа излученных ими или отраженных от них ультразвуковых волн. Если определение направления на объект и его местоположения производится по созданному им звуковому полю, звуковая локация называется пассивной, а если по отражению от него сигнала, излучаемого специальными устройствами, то - активной. При активной локации пользуются как импульсным, так и непрерывным излучением звука. В импульсном режиме расстояние R до объекта определяется по времени t запаздывания отраженного эхо-сигнала, причем R = 1/2 ct, где с – скорость звука в среде. В непрерывном режиме расстояние определяют, измеряя разность фаз посылаемого и отраженного сигнала.
Локация звуковая, определение направления на объект и местоположения объекта по создаваемому им звуковому полю (пассивная локация) или по отражению от него звука, создаваемого специальными устройствами (активная локация). При активной локации пользуются как импульсными, так и непрерывными источниками звука. При  локации в импульсном режиме расстояние до объекта определяется по времени запаздывания отражённого эхо-сигнала. При локации в непрерывном режиме можно использовать частотно-модулированный сигнал и определять расстояние по разности частот посылаемого и отражённого сигнала. Пассивная локация шумящих объектов производится узконаправленными приёмниками звука при работе в узкой полосе частот или с помощью корреляционного метода приёма при работе с широкополосными источниками.
Локация широко применяется в диапазоне частот от инфра- до ультразвуков при распространении их в воздухе, земле, воде и металлах. Инфразвуковые частоты (от долей гц до десятков гц) применяются для локализации землетрясений, для обнаружения скоплений нефти и газа при сейсморазведке, в системе дальнего обнаружения кораблей, терпящих бедствие в открытом океане (по взрывным источникам звука). На звуковых и ультразвуковых частотах (сотни гц ≈ десятки кгц) работают гидролокаторы, шумопеленгаторы и эхолоты. Ультразвуковыми частотами (сотни кгц и Мгц) пользуются в ультразвуковой дефектоскопии.
Звуковая локация
Рисунок 1
Способностью определять направление на источник звука обладают все живые существа в результате бинаурального эффекта. Некоторые животные в процессе эволюции приобрели способность к активной локации. К ним относятся летучие мыши, дельфины и киты, некоторые виды птиц, например птица гуахаро. Летучие мыши излучают звуковые импульсы в несколько мсек, заполненные высокочастотными колебаниями (10≈150 кгц). Одни виды летучих мышей (например, подковоносы) излучают импульсы почти чистых тонов, другие ≈ широкополосные импульсы; наиболее распространённые виды излучают частотно-модулированные сигналы. Для всех видов летучих мышей частота повторения импульсов зависит от расстояния до цели и возрастает с 10≈20 гц вдали от цели до 250 гц при приближении к цели. Дельфины издают поскрипывающие звуки длительностью несколько мсек, причём частота повторения также зависит от расстояния до цели (1≈2 гц до сотен гц). Животные, пользующиеся локацией, обладают способностью обнаруживать слабые полезные сигналы на фоне мешающих отражений и множества подобных сигналов др. особей.
Обнаружение препятствий по звуковому эхо в некоторой степени присуще и человеку: выяснено, что слепые чувствуют приближение к препятствию по отражениям звука шагов или ударов тросточки.

 

Ключевые слова

 

Области техники и экономики

 

Применение эффекта

Ультразвуковое исследование (УЗИ) — неинвазивное исследование организма человека с помощью ультразвуковых волн.
В простейшем варианте реализации метод позволяет оценить расстояние до границы разделения плотностей двух тел, основываясь на времени прохождения волны, отраженной от границы раздела. Более сложные методы исследования (например, основанные на эффекте Допплера) позволяют определить скорость движения границы раздела плотностей, а также разницу в плотностях, образующих границу.
Ультразвуковые колебания при распространении подчиняются законам геометрической оптики. В однородной среде они распространяются прямолинейно и с постоянной скоростью. На границе различных сред с неодинаковой акустической плотностью часть лучей отражается, а часть преломляется, продолжая прямолинейное распространение. Чем выше градиент перепада акустической плотности граничных сред, тем большая часть ультразвуковых колебаний отражается. Так как на границе перехода ультразвука из воздуха на кожу происходит отражение 99,99 % колебаний, то при ультразвуковом сканировании пациента необходимо смазывание поверхности кожи водным желе, которое выполняет роль переходной среды. Отражение зависит от угла падения луча (наибольшее при перпендикулярном направлении) и частоты ультразвуковых колебаний (при более высокой частоте большая часть отражается).
Для исследования органов брюшной полости и забрюшинного пространства, а также полости малого таза используется частота 2,5 — 3,5 МГц, для исследования щитовидной железы используется частота 7,5 МГц.
Особый интерес в диагностике вызывает использование эффекта Допплера. Суть эффекта заключается в изменении частоты звука вследствие относительного движения источника и приемника звука. Когда звук отражается от движущегося объекта, частота отраженного сигнала изменяется (происходит сдвиг частоты).
При наложении первичных и отраженных сигналов возникают биения, которые прослушиваются с помощью наушников или громкоговорителя.

 

Реализации эффекта

Гидролокатор, Сонар, Эхолот (англ. sonar, аббревиатура от SOund Navigation And Ranging) — средство звукового обнаружения подводных объектов с помощью инфразвукового излучения. В Великобритании до 1948 г. использовалось название «асдик» (англ. ASDIC, аббревиатура от Allied Submarine Detection Investigation Committee).
Активный гидролокатор «Асдик» в его первоначальной примитивной форме был изобретён в конце первой мировой войны. Основной принцип его действия остался неизменным до настоящего времени. Однако за прошедшие годы эффективность гидролокатора значительно возросла, расширились масштабы его использования, а также увеличилось число классов кораблей, с которых он мог применяться для проведения поиска и атак лодок врага.
Основу составляет приёмопередатчик, который посылает звуковые импульсы в требуемом направлении, а также принимает отражённые импульсы, если посылка, встретив на своём пути какой-либо объект, отразится от него. Эти посылки и отражённые сигналы после преобразования звучат очень похоже на то, как произносится слово «пинг». Поэтому его стали называть «пингсетом» (англ. ping set), работу на нём назвали «пингинг» (англ. pinging), а офицера-специалиста по противолодочной борьбе — «пингер» (англ. pinger).
Вращая приёмопередатчик подобно прожектору, мы можем определить по компасу направление, в котором послан «пинг», а следовательно, и направление объекта, от которого «пинг» отражён. Заметив промежуток времени между посылкой импульса и приёмом отражённого сигнала, можно определить расстояние до обнаруженного объекта.
 

Парковочный радар, также известный как, Акустическая Парковочная Система (АПС), или Ультразвуковой датчик парковки — вспомогательная парковочная система устанавливаемая на некоторых автомобилях.
Система использует ультразвуковые датчики врезанные в переднем и заднем бамперах для измерения дистанции к ближайшим объектам. Система издаёт прерывистый предупреждающий звук (и, в некоторых вариантах исполнения, отображает информацию о дистанции на ЖК дисплее, встроенном в приборную панель, прикреплённом на торпедо, или встроенном в зеркало заднего вида) для индикации того, как далеко находится машина от препятствия.
Когда расстояние до препятствия сокращается, предупреждающий сигнал увеличивает частоту. Первые звуки он издаёт при приближении к препятствию на 1,5-2 метра, а при опасном сближении с препятствием (вплоть до 20-40 см) звуковой сигнал становится непрерывным. Система может быть отключена, например в пробках.

Литература

1. Маленькая энциклопедия / Гл. ред. И.П. Голямина. Ред. кол.: М.А. Исакович, Ю.И. Китайгородский и др.– М.: Ультразвук – М.: «Советская энциклопедия», 1979.

2. Гриффин Д., Эхо в жизни людей и животных, пер. с англ., М., 1961.

3. Андреев Н. Н., Об органах слуха у насекомых, «Проблемы физиологической акустики», 1955.

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