Математичне та графічне представлення ультразвукових хвиль

АНОТАЦІЯ

          У даній курсовій роботі було проаналізовано широке використання ультразвукових сенсорів. Робота ультразвукових сенсорів заснована на взаємодії ультразвукових коливань з вимірюваним середовищем. Ультразвукові сенсори працюють по наступному принципу: прилад фіксує час, за який згенерований сигнал досягає об’єкта, відбивається від нього і повертається назад до сенсора. Потім прилад аналізує часовий інтервал між двома «подіями» та видає дані про відстань у вигляді цифрового запису на дисплеї.  Складається такий сенсор з трьох основних блоків – генератора сигналу, пристроя прийому і мікроконтролера.

АННОТАЦИЯ

          В данной курсовой работе было проанализировано широкое использование ультразвуковых сенсоров. Работа ультразвуковых сенсоров основана на взаимодействии ультразвуковых колебаний с измеряемой средой. Ультразвуковые сенсоры работают по следующему принципу: прибор фиксирует время, за которое сгенерированный сигнал достигает объекта, отражается от него и возвращается назад к сенсору. Затем прибор анализирует временной интервал между двумя «событиями» и выдает данные о расстоянии в виде цифровой записи на дисплее. Состоит такой сенсор из трех основных блоков - генератора сигнала, устройства приема и микроконтроллера.

ANNOTATION

          In this term paper analyzed the widespread use of ultrasound sensors. Work ultrasonic sensors based on ultrasonic vibrations interaction with the measured medium. Ultrasonic sensors operate on the following principle: the device records the time during which the signal is generated object is reflected from it and come back to the sensor. Then the device analyzes the time interval between two "events" and gives information on distance, a digital recording on the display. It consists of a sensor with three main blocs - the generator signal receiving device and the microcontroller.

ЗМІСТ

Вступ…………………………………………………………………………………….…5

1 Огляд основних принципів дії сенсорів……………………………………….….…...7

2 Математичне та графічне представлення ультразвукових хвиль…………………..11

3 Виведення рівняння перетворення розробленого сенсора………………………….14

4 Основні сфери використання сенсорів………………………….…………..……......17

5 Переваги та недоліки сенсорів…………………………………..…………………....34

Висновки……………………………………………………………...………………….36

Список літератури………………………………………….............................................37

ВСТУП

          Історія ультразвукових сенсорів досить довга. Ступенем до розвитку ультразвукових сенсорів безсумнівно є початок досліджень ультразвуку. Перші дослідження були зроблені ще в далекому 19 столітті. Зокрема робота Джона Вільяма Струтта «Теорія звука», яка стала фундаментом для дослідження ультразвуку. А в 1880 році, П’єр і Жак Кюрі помітили, що при здійсненні тиску на кристали кварцу або Rochelle солі, генерується електричний заряд. Цей заряд був прямо пропорційний силі, яку прикладали до кристалу. Це явище було названо "п'єзоелектрика" від грецького слова, що означає "натиснути". Крім того, вони продемонстрували зворотний п'єзоелектричний ефект, який проявлявся тоді, коли електричний потенціал, який швидко змінюється, застосовувався до кристалу викликавши його вібрацію.

          Нинішні ультразвукові перетворювачі містять п'єзоелектричні кристали, які розширюються і стискаються, для перетворення електричної і механічної енергії, що є суттю ультразвукового перетворювача. На жаль, через слабкий розвиток електроніки в той час, ці ефекти повністю не використовувалися.

          Але на щастя тоді був гідролокатор.  В той час, коли підводний човен перебував під водою, гідроакустики ретельно вслуховувалися в звук від гвинтів судна. При повному спокої всередині підводного човна, гідролокатор іноді міг зареєструвати звук ударів важких гвинтів від японських суден, на відстані декількох миль. У той час як підводний човен залежав майже у всьому від прослуховування, протичовнові кораблі посилали короткий сплеск енергії, званий ультразвуковим імпульсом, який міг, чи не міг, відбитись назад від підводного човна з достатньою "гучністю" яку можна почути. Ця методика була відома як ехолокація і зіграла ключову роль у війні проти підводних човнів, а також в подальшому розвитку ультразвукових приладів.