Курсовая работа: Разработка функциональной схемы, алгоритма процесса идентификации плоских деталей произвольной формы акустической локационной системы

где u — амплитуда волны, или смещение частиц среды; r, с —соответственно дальность распространения и скорость волны; p , — давление и плотность среды.

Частотное уравнение для звука имеет тот же вид, что и для других волновых процессов. Оно определяет длину волны гармонического колебания (тона), распространяющегося со скоростью с:

Нижняя граничная частота ультразвука, отделяющая ее от области слышимого звука, определяется субъективными свойствами человеческого слуха и является условной (обычно принимают _н = 20 кГц). Верхняя граничная частота _в ультразвука обусловлена физической природой упругих волн, которые могут распространяться лишь при условии >>, где — длина свободного пробега молекул в газах или межатомное расстояние в жидкостях и твердых телах. Следовательно, _в =1/. Для газов при нормальном давлении _в =10⁹ Гц, а для жидкостей и твердых тел достигает 10¹² ... Гц.

В зависимости от длины волны ультразвук обладает специфическими особенностями передачи и распространения, поэтому область ультразвуковых частот удобно разделить на три диапазона, Гц: 1,5-... — низкие, ... — средние и ... — высокие частоты. Частоты от до Гц называют гиперзвуковыми.

Для АЛС по сравнению с ЭЛС характерна значительно меньшая (на несколько порядков) скорость распространения сигналов. Для газов она составляет 0,2... 1,5 км/с, для жидкостей — 0,5...2 км/с, для твердых сред — 2...8 км/с. Такие малые скорости, а следовательно, малые длины волн намного повышают разрешающую способность ультразвуковых методов по отношению к электромагнитным при равных частотах.

Длина звуковой волны зависит от частоты и среды распространения. Так, для воздуха в самой низкочастотной области значения А. не превышают нескольких сантиметров. В случае высоких частот значения А. в воздухе составляют 0,34...34 мкм, в воде 1,5... 150 мкм и в стали 5...500 мкм.

Для оценки звуковой волны используют следующие параметры: упругое смещение и и колебательную скорость частиц среды, акустическое давление р. Колебательную скорость следует отличать от скорости распространения волны с (скорости звука). Так, для плоской звуковой волны , а следовательно, «с. В свою очередь, характеристикой акустического давления в среде является интенсивность, или сила звука, определяемая через энергию звуковой волны.

Интенсивностью J называется величина, которая равна средней по времени энергии, переносимой звуковой волной через перпендикулярную направлению ее распространения единичную площадку в единицу времени. Для плоской синусоидальной бегущей волны

Параметр получил название характеристического импеданса среды. Зависимость интенсивности от акустического импеданса приводит к тому, что в более плотных средах меньшие звуковые давления вызывают большую интенсивность звука. В частности, при излучении в воду можно получить ту же интенсивность при давлении в 60 раз меньшем, чем при излучении в воздух.

Громкость слышимых звуков одинаковой интенсивности зависит от их частот. За единицу громкости принят сон — громкость тона (чистого звука) частотой 1 кГц при интенсивности 40 дБ. Громкость звука в децибелах вычисляют по формуле

= 20lg(p/),

где = 2*10 ⁵ Па — минимальное давление, которое способно воспринять человеческое ухо, т. е. порог чувствительности.

К основным законам распространения звука относят: законы отражения и преломления звука на границах сред, законы дифракции и рассеяния звука при наличии препятствий и неоднородностей на границах и закон волно-водного распространения в ограниченных участках среды.

2. ПОСТРОЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ОБЪЕКТА ПРОИЗВОДСТВА

В данном курсовом проекте в качестве объекта идентификации акустичексой локационной системы выступает плоская деталь призвольной формы. Согласно техническому заданию рассматривается плоская деталь круглой формы диаметром 125мм. Толщина рассматриваемой детали составляет 0.05мм. Деталь имеет отверстие произвольной формы, расположенное в центре детали. Диаметр отверстия составляет 27±0,05мм.

Наглядное изображение рассматриваемой детали представлено на рисунке 2.1

Рисунок 2.1 Схематическое изображение исследуемой детали.

Чертеж детали в двух проекциях представлен в Приложении В.

3. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

Датчики АЛС подразделяют по двум основным признакам:

6. по назначению — излучатели и приемники;

7. по принципу действия — генераторные и параметрические преобразователи.

Рассмотрим сначала излучатели акустической энергии. В излучателях генераторного типа колебания возбуждаются вследствие наличия препятствия на пути постоянного потока — струи газа или. В параметрических излучателях заданные колебания электрического напряжения или тока преобразуются в механические колебания твердого тела, которое и излучает в окружающую среду акустические волны.

Жидкостные механические излучатели часто основываются на возбуждении колебаний твердой излучающей системы при натекании на нее струи Такие излучатели используют в звуковом и низкочастотном ультразвуковом диапазонах. Их недостатком является невозможность получения монохроматического излучения, а также излучения звуковых сигналов строго заданной формы (спектр их сложен и определяется конструкцией и режимом работы). КПД генераторных преобразователей составляет 5. ..50 %.

Параметрические излучатели подразделяют на две группы: обратимые преобразователи и громкоговорители. Эффективность излучателя зависит от соотношения между его размерами и длиной волны. При расчетах реальных АЛС чаще всего пользуются моделями излучателей нулевого, первого, второго, ..., n-го порядка. Излучатель нулевого порядка — монополь — представляет собой пульсирующую сферу с конечным радиусом r, которая создает в окружающей среде сферические волны. При заданной частоте мощность излучения определяется объемной скоростью излучателя независимо от его размеров.

Еще одним простейшим излучателем является акустический диполь (излучатель первого порядка). Он представляет собой сферу, осциллирующую около положения равновесия, а его излучение не имеет сферической симметрии и характеризуется направленностью. Диаграмма направленности диполя — тело вращения в виде восьмерки. Промышленные ультразвуковые излучатели, широко применяемые в системах гидроакустической связи, подводных роботах и других подводных системах, представляют собой наборную конструкцию (пакет) из диполей.