RU2754124C1 - Method for forming a video pulse sequence using an acoustic delay line - Google Patents
Method for forming a video pulse sequence using an acoustic delay line Download PDFInfo
- Publication number
- RU2754124C1 RU2754124C1 RU2020135619A RU2020135619A RU2754124C1 RU 2754124 C1 RU2754124 C1 RU 2754124C1 RU 2020135619 A RU2020135619 A RU 2020135619A RU 2020135619 A RU2020135619 A RU 2020135619A RU 2754124 C1 RU2754124 C1 RU 2754124C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- acoustic
- transducers
- emitting
- receiving
- piezoceramic
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/30—Time-delay networks
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K5/00—Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
- H03K5/01—Shaping pulses
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K5/00—Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
- H03K5/13—Arrangements having a single output and transforming input signals into pulses delivered at desired time intervals
- H03K5/14—Arrangements having a single output and transforming input signals into pulses delivered at desired time intervals by the use of delay lines
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при проектировании пьезоэлектрических компонентов устройств обработки сигналов, датчиков физических величин, а также в физических экспериментах.The invention relates to radio engineering and can be used in the design of piezoelectric components of signal processing devices, sensors of physical quantities, as well as in physical experiments.
Известно, что для обработки электрических сигналов различной природы и назначения используются системы, использующие пьезоэлектрические компоненты для преобразования сигналов в акустические волны и обратно. Это дает возможность построения различных преобразователей электрических и магнитных величин в устройствах вычислительной техники, системах контроля и управления, в том числе в акустических линиях задержки (АЛЗ) (см., например, Р.Г. Джагупов, А.А. Ерофеев Пьезокерамические элементы в приборостроения и автоматике, Л, Машиностроение, 1986, с. 207-244).It is known that for processing electrical signals of various nature and purpose, systems are used that use piezoelectric components to convert signals into acoustic waves and vice versa. This makes it possible to build various converters of electrical and magnetic quantities in computer devices, monitoring and control systems, including acoustic delay lines (ALL) (see, for example, R.G.Dzhagupov, A.A. Erofeev Piezoceramic elements in instrumentation and automation, L, Mechanical Engineering, 1986, pp. 207-244).
Для указанных целей описаны системы с использованием как объемных (ОАВ), так и поверхностных акустических волн (ПАВ). При генерировании и детектировании ПАВ используют структуры с электродами периодически чередующейся полярности, наносимыми на поверхность пьезоэлектрической подложки. Обычный встречно-штыревой преобразователь (ВШП) может использоваться для обработки радиочастотных импульсов, но не видеоимпульсов. Это обусловлено тем, что сам ВШП является полосовым фильтром с конечной полосой пропускания Δf/f, которая обратно пропорциональна числу электродов N. Резонансная частота f определяется скоростью V распространения ПАВ и периодом λ преобразователя. Например, при V=3000 м/с, λ=20 мкм и N=20, величины f и Δf/f равны, соответственно, 150 МГц и 5%.For these purposes, systems are described using both volumetric (BAW) and surface acoustic waves (SAW). When generating and detecting surfactants, structures are used with electrodes of periodically alternating polarity, deposited on the surface of a piezoelectric substrate. A conventional interdigital converter (IDT) can be used to process RF pulses, but not video pulses. This is due to the fact that the IDT itself is a bandpass filter with a finite bandwidth Δf / f, which is inversely proportional to the number of electrodes N. The resonant frequency f is determined by the SAW propagation speed V and the period λ of the converter. For example, at V = 3000 m / s, λ = 20 μm and N = 20, the values of f and Δf / f are equal to 150 MHz and 5%, respectively.
В патенте на изобретение US 3680007 (A), IBM, 25.07.1972 описано устройство для обработки сигналов на ПАВ с использованием ВШП для генерации и детектирования возвращаемых к нулю последовательностей поверхностных волн. ВШП включает основные электроды, которые перпендикулярны выводам преобразователя, и вспомогательные электроды, наклоненные под углом к основным электродам. Для того чтобы увеличить произведение ширины полосы пропускания на время задержки для видеоимпульсов, используемых в обработке данных, применено кодирование, например, код Баркера и код Голея. Преимущество этого типа кодирования видно из того, что входные сигналы комплементарной последовательности имеют цифры с одной единицей амплитуды, в то время как выходной сигнал имеет цифру с четырьмя единицами амплитуды в центре и нулем в другом месте. Недостаток такого способа обработки сигналов - в его высокой чувствительности к точности изготовления требуемой топологии и к состоянию поверхности из-за использования поверхностного типа колебаний.In the patent for the invention US 3680007 (A), IBM, 07.25.1972 describes a device for signal processing on SAW using IDT for generating and detecting returning to zero sequences of surface waves. The IDT includes main electrodes, which are perpendicular to the transducer leads, and auxiliary electrodes, which are inclined at an angle to the main electrodes. In order to increase the product of the bandwidth and the delay time for the video pulses used in data processing, coding is applied, for example, Barker code and Golay code. The advantage of this type of coding can be seen in the fact that the input signals of the complementary sequence are digits with one amplitude unit, while the output signal has a digit with four amplitude units in the center and zero elsewhere. The disadvantage of this method of signal processing is its high sensitivity to the accuracy of manufacturing the required topology and to the state of the surface due to the use of the surface type of vibration.
В изобретении GB 765780 (А) от 09.01.1957 - прототип, описана акустическая преобразовательная система, включающая многоотводную АЛЗ на объемных акустических волнах. Она содержит входной пьезоэлектрический преобразователь (ПП) излучающий акустический импульс и выходные ПП, размещенные по трассам различной длины, которые считывают акустические импульсы с высокочастотным заполнением и преобразуют их в электрические импульсы той же частоты. Эти импульсы создают на нагрузке последовательность электрических импульсов одинаковой полярности с частотой повторения, умноженной на количество единиц захвата и предоставленных трасс задержки. Для обеспечения функционирования требуется возбуждение входного ПП радиоимпульсом с несущей частотой, равной половине длины акустической волны в ПП. Безусловными недостатками устройства являются невозможность получения разнополярных видеоимпульсов и наличие у АЛЗ жидкостного звукопровода. Указанные недостатки ограничивают возможности реализации устройства.In the invention GB 765780 (A) from 09.01.1957 - a prototype, an acoustic transducer system is described, including a multi-tap ALS on bulk acoustic waves. It contains an input piezoelectric transducer (PC) emitting an acoustic pulse and output PCs, placed along paths of various lengths, which read acoustic pulses with high-frequency filling and convert them into electrical pulses of the same frequency. These pulses create a sequence of electrical pulses of the same polarity across the load at a repetition rate multiplied by the number of acquisition units and the provided delay traces. To ensure operation, it is required to excite the input PP with a radio pulse with a carrier frequency equal to half the acoustic wavelength in the PP. The unconditional disadvantages of the device are the impossibility of receiving multipolar video pulses and the presence of a liquid sound line in the ALZ. These disadvantages limit the possibilities of the device implementation.
Настоящее изобретение направлено на расширение возможностей акустических устройств обработки сигналов в части преодоления указанных недостатков и упрощения схемотехнической реализации. Оно основано на следующих предпосылках.The present invention is aimed at expanding the capabilities of acoustic signal processing devices in terms of overcoming these disadvantages and simplifying circuitry implementation. It is based on the following premises.
Как уже отмечалось выше, генерация акустических импульсов с использованием ПП обеспечивается в резонансном режиме, то есть когда толщина ПП (для ОАВ) или расстояние между электродами (для ПАВ) составляет целое число длин полуволн. Именно такой режим используется в указанных выше решениях.As already noted above, the generation of acoustic pulses using the PP is provided in the resonant mode, that is, when the PP thickness (for BAW) or the distance between the electrodes (for SAW) is an integer number of half-wavelengths. This is the mode used in the above solutions.
Пьезокерамический ПП, в простейшем виде, представляет собой прямоугольную или круглую пластину, поляризованную в постоянном электрическом поле для создания пьезоэффекта. Для генерации толщинных мод колебаний ПП имеет два электрода, нанесенные на широкие поверхности, перпендикулярные направлению поляризации (Пьезокерамические преобразователи: Справочник, Л., Судостроение, 1984, с. 45-72). Толщинные моды колебаний ПП вызывают в звукопроводящей среде акустическую волну с продольной поляризацией.Piezoceramic PP, in its simplest form, is a rectangular or circular plate polarized in a constant electric field to create a piezoelectric effect. To generate thickness vibration modes, the PP has two electrodes deposited on wide surfaces perpendicular to the direction of polarization (Piezoceramic transducers: Handbook, L., Sudostroenie, 1984, pp. 45-72). Thick modes of PP vibrations cause an acoustic wave with longitudinal polarization in a sound-conducting medium.
Если подать на ПП короткий видеоимпульс, например, положительной полярности, то пьезоэлемент, вследствие обратного пьезоэффекта, мгновенно изменит размеры и сгенерирует в присоединенном звукопроводе акустическую волну с передним фронтом сжатия или растяжения, в зависимости от полярности видеоимпульса по отношению к знаку полярности поляризации ПП. При изменении полярности видеоимпульса и/или смене знака полярности пьезокерамического элемента произойдет изменение знака переднего фронта акустической волны на противоположный, что наблюдается экспериментально.If a short video pulse, for example, of positive polarity, is applied to the PP, then the piezoelectric element, due to the inverse piezoeffect, will instantly change its dimensions and generate an acoustic wave in the connected acoustic conductor with a leading edge of compression or extension, depending on the polarity of the video pulse in relation to the polarization sign of the polarization of the PP. When the polarity of the video pulse changes and / or the sign of the polarity of the piezoceramic element changes, the sign of the leading edge of the acoustic wave changes to the opposite, which is observed experimentally.
Патентуемый способ формирования последовательности электрических импульсов включает прямое преобразование входного электрического импульса в акустические импульсы и обратно в электрические импульсы посредством многоканальной акустической линии задержки (АЛЗ).The patented method for generating a sequence of electrical pulses includes direct conversion of an input electrical pulse into acoustic pulses and back into electrical pulses by means of a multichannel acoustic delay line (ALL).
Отличие состоит в следующем.The difference is as follows.
АЛЗ образована парами излучающих и приемных пьезоэлектрических преобразователей, объединенных звукопроводами. В качестве входного электрического импульса используют однополярный прямоугольный видеоимпульс, при этом предварительно определяют знаки полярности поляризации пьезоэлектрических преобразователей каждой пары каналов из условия излучения/приема разнополярных передних фронтов акустических волн в звукопроводе.ALZ is formed by pairs of emitting and receiving piezoelectric transducers, united by sound lines. As an input electrical pulse, a unipolar rectangular video pulse is used, while the polarization signs of the piezoelectric transducers of each pair of channels are preliminarily determined from the condition of emission / reception of multipolar leading fronts of acoustic waves in the acoustic duct.
Искомую последовательность электрических импульсов формируют путем сложения разнополярных электрических видеосигналов, полученных на приемных пьезоэлектрических преобразователях, причем полярность и временную задержку между единичными электрическими импульсами задают временем распространения акустических импульсов в звукопроводах.The desired sequence of electrical pulses is formed by adding bipolar electrical video signals obtained on the receiving piezoelectric transducers, and the polarity and time delay between single electrical pulses are set by the propagation time of acoustic pulses in sound lines.
Способ может характеризоваться тем, что излучающие и приемные пьезоэлектрические преобразователи представляют собой пьезокерамические элементы с поляризацией по толщине для возбуждения/приема продольных акустических волн.The method can be characterized in that the emitting and receiving piezoelectric transducers are piezoceramic elements with thickness polarization for excitation / reception of longitudinal acoustic waves.
Способ может характеризоваться и тем, что для двухканальной АЛЗ, имеющей идентичные звукопроводы и параллельно соединенные пары излучающих и приемных пьезокерамических преобразователей, упомянутые приемные преобразователи имеют противоположные знаки полярности поляризации, а также тем, что для двухканальной АЛЗ, образованной общим излучающим пьезокерамическим преобразователем и единым звукопроводом, и имеющей параллельно соединенные приемные пьезокерамические преобразователи, упомянутые приемные преобразователи имеют противоположные знаки полярности поляризации.The method can also be characterized by the fact that for a two-channel ALZ having identical sound lines and parallel-connected pairs of emitting and receiving piezoceramic transducers, the said receiving transducers have opposite polarization polarization signs, and also by the fact that for a two-channel ALS formed by a common emitting piezoceramic transducer and a single sound line , and having parallel-connected receiving piezoceramic transducers, said receiving transducers have opposite signs of polarization polarity.
Способ может характеризоваться, кроме того, тем, что для АЛЗ, образованной парой параллельно соединенных излучающих пьезокерамических преобразователей, каждый из которых связан с индивидуальным звукопроводом, и общим приемным пьезокерамическим преобразователем, звукопроводы выполнены из идентичных материалов и расположены по направлению распространения акустической волны встречно друг другу, знаки поляризации поименованных излучающих и приемных преобразователей одинаковы, при этом размеры L1, L2 звукопроводов выбраны из условия |L1-L2|=Δt×V, где V - скорость акустической волны в звукопроводе, Δt - время задержки между ближайшими выходными сигналами обеих пар преобразователей, а время τ задержки сформированного импульса относительно входного видеоимпульса определяется меньшим из двух значений L1/V, L2/V.The method can be characterized, in addition, by the fact that for the ALZ formed by a pair of parallel-connected emitting piezoceramic transducers, each of which is connected to an individual acoustic conductor, and a common receiving piezoceramic transducer, the acoustic conduits are made of identical materials and are located in the direction of propagation of the acoustic wave counter to each other , the polarization signs of the named emitting and receiving transducers are the same, while the dimensions L 1 , L 2 of the acoustic ducts are selected from the condition | L 1 -L 2 | = Δt × V, where V is the velocity of the acoustic wave in the acoustic duct, Δt is the delay time between the nearest output signals of both pairs of converters, and the delay time τ of the generated pulse relative to the input video pulse is determined by the smaller of the two values L 1 / V, L 2 / V.
Способ может характеризоваться, и тем, что для АЛЗ, образованной парой параллельно соединенных излучающих пьезокерамических преобразователей, и общим приемным пьезокерамическим преобразователем, звукопроводы выполнены из идентичных материалов и расположены по направлению распространения акустических волн последовательно друг с другом, знаки поляризации излучающих пьезокерамических преобразователей одинаковы, а знак поляризации приемного преобразователя противоположен им, причем размеры L1, L2 звукопроводов выбраны из условия |L1-L2|=Δt×V, где V - скорость акустической волны в звукопроводе, Δt - время задержки между ближайшими выходными сигналами обеих пар преобразователей, а время τ задержки сформированного импульса относительно входного видеоимпульса определяется меньшим из двух значений L1/V, L2/V.The method can be characterized by the fact that for the ALZ formed by a pair of parallel connected emitting piezoceramic transducers and a common receiving piezoceramic transducer, the sound lines are made of identical materials and are located in the direction of propagation of acoustic waves in series with each other, the polarization signs of the emitting piezoceramic transducers are the same, and the polarization sign of the receiving transducer is opposite to them, and the dimensions L 1 , L 2 of the acoustic ducts are selected from the condition | L 1 -L 2 | = Δt × V, where V is the velocity of the acoustic wave in the acoustic duct, Δt is the delay time between the nearest output signals of both pairs of transducers , and the delay time τ of the generated pulse relative to the input video pulse is determined by the smaller of the two values L 1 / V, L 2 / V.
Способ может характеризоваться, также и тем, что для АЛЗ, образованной парами параллельно соединенных излучающих пьезокерамических преобразователей, каждый из которых связан с индивидуальным звукопроводом, и общим приемным пьезокерамическим преобразователем, звукопроводы выполнены из разных материалов и расположены по направлению распространения акустических волн встречно друг другу, знаки поляризации поименованных излучающих и приемного преобразователя одинаковы, при этом расстояния Li, Li+1 от i-го и i+1-го излучателей до общего приемника выбраны из условия |Li/Vn-Li+1/Vm|=Δt, где Vn, Vm - скорости акустических волн в звукопроводах n и m, Δt - время задержки между ближайшими выходными сигналами для i-й и i+1-й пар преобразователей, а времена задержки τ, сформированной последовательности сигналов относительного входного импульса определяются меньшими из двух значений Li/Vn, Li+1 /Vm.The method can also be characterized by the fact that for an ALZ formed by pairs of parallel-connected emitting piezoceramic transducers, each of which is connected to an individual acoustic conductor, and a common receiving piezoceramic transducer, the acoustic conduits are made of different materials and are located in the direction of propagation of acoustic waves counter to each other, the polarization signs of the named emitting and receiving transducers are the same, while the distances L i , L i + 1 from the i-th and i + 1-th emitters to the common receiver are selected from the condition | L i / V n -L i + 1 / V m | = Δt, where V n , V m are the velocities of acoustic waves in the sound ducts n and m, Δt is the delay time between the nearest output signals for the i-th and i + 1-th pairs of transducers, and the delay times τ of the generated sequence of signals of the relative the input pulse is determined by the lesser of the two values L i / V n , L i + 1 / V m .
Способ может характеризоваться, кроме того, тем, что для АЛЗ, образованной парами параллельно соединенных излучающих пьезокерамических преобразователей, каждый из которых связан с индивидуальным звукопроводом, и общим приемным пьезокерамическим преобразователем, звукопроводы выполнены из разных материалов и расположены по направлению распространения акустических волн последовательно друг другу, знаки поляризации излучающих пьезокерамических преобразователей одинаковы, а знак поляризации приемного преобразователя противоположен им, причем расстояния Li, Lj+1 от i-го и i+1-го излучающих преобразователей до общего приемного преобразователя выбраны из условия |Li/Vn-Li+1/Vm|=Δt, где Vn, Vm - скорости акустических волн в звукопроводах n и m, Δt - время задержки между ближайшими выходными сигналами для i-й и i+1-й пары преобразователей, а время задержки τi сформированной последовательности сигналов относительного входного импульса определяется меньшими из двух значений Li/Vn, Li+1/Vm.The method can be characterized, in addition, by the fact that for the ALZ formed by pairs of parallel-connected emitting piezoceramic transducers, each of which is connected to an individual acoustic conductor, and a common receiving piezoceramic transducer, the acoustic conduits are made of different materials and are located in the direction of propagation of acoustic waves in series with each other , the polarization signs of the emitting piezoceramic transducers are the same, and the polarization sign of the receiving transducer is opposite to them, and the distances L i , L j + 1 from the i-th and i + 1-th emitting transducers to the common receiving transducer are selected from the condition | L i / V n -L i + 1 / V m | = Δt, where V n , V m are the velocities of acoustic waves in the sound ducts n and m, Δt is the delay time between the nearest output signals for the i-th and i + 1-th pair of transducers, and the delay time τ i of the generated sequence of signals of the relative input pulse is determined by the smaller of the two values L i / V n , L i + 1 / V m .
Технический результат - расширение функциональных возможностей, а именно: формирование либо эквидистантных импульсов одинаковой (разной) полярности, либо неэквидистантных импульсов одинаковой (разной) полярности, причем с заданной величиной временной задержки между отдельными импульсами формируемой последовательности. Дополнительный технический результат - демонстрация, в процессе обучения, возможностей пьезокерамических преобразователей на простейшем измерительном оборудовании (осциллоскоп, генератор импульсов).The technical result is an expansion of functionality, namely: the formation of either equidistant pulses of the same (different) polarity, or non-equidistant pulses of the same (different) polarity, and with a given amount of time delay between individual pulses of the formed sequence. An additional technical result is a demonstration, in the learning process, of the capabilities of piezoceramic transducers on the simplest measuring equipment (oscilloscope, pulse generator).
Существо изобретения поясняется на чертежах, где:The essence of the invention is illustrated in the drawings, where:
фиг. 1-3 - принцип возбуждения видеосигналов в режиме однопролетных АЛЗ с учетом знаков поляризации излучающего и приемного преобразователей;fig. 1-3 - the principle of excitation of video signals in the single-span ALZ mode, taking into account the polarization signs of the emitting and receiving transducers;
фиг. 4-5 - экспериментальные данные;fig. 4-5 - experimental data;
фиг. 6 - формирование сигналов на АЛЗ с использованием двух пространственно разделенных однопролетных АЛЗ;fig. 6 - signal generation at ALZ using two spatially separated single-span ALZs;
фиг. 7, 8 - формирование сигналов на АЛЗ с использованием единого звукопровода, общего излучающего и двух приемных преобразователей;fig. 7, 8 - formation of signals at ALZ using a single sound conduit, a common emitting and two receiving transducers;
фиг. 9, 10 - формирование сигналов на основе АЛЗ с использованием двух звукопроводов, расположенных встречно по отношению к направлениям распространения акустических волн, двух излучающих преобразователей и одного приемного преобразователя между ними;fig. 9, 10 - formation of signals based on ALZ using two sound lines located opposite to the directions of propagation of acoustic waves, two emitting transducers and one receiving transducer between them;
фиг. 11, 12 - формирование сигналов на основе АЛЗ с использованием двух звукопроводов, расположенных последовательно по отношению к направлениям распространения акустических волн, двух излучающих преобразователей и одного приемного преобразователя;fig. 11, 12 - formation of signals based on ALZ using two sound lines arranged in series with respect to the directions of propagation of acoustic waves, two emitting transducers and one receiving transducer;
фиг. 13 - примеры последовательностей видеоимпульсов, которые могут быть получены патентуемым способом.fig. 13 shows examples of sequences of video pulses that can be obtained by the patented method.
На фиг. 1-5 поясняется принцип получения видеосигналов в режиме однопролетных АЛЗ с учетом знаков поляризации излучающего и приемного преобразователей.FIG. 1-5 explains the principle of obtaining video signals in the single-span ALZ mode, taking into account the polarization signs of the emitting and receiving transducers.
Схема (фиг. 1) содержит импульсный генератор 1 для подачи однополярного прямоугольного видеоимпульса 10, приемник 2 для приема электрических импульсов на выходной нагрузке, излучающий 3 пьезоэлектрический преобразователь с электродами 4, звукопровод 5, приемный 6 пьезокерамический преобразователь с электродами 7, направление 8 распространения акустической волны в АЛЗ. Как указывалось выше, в том случае, когда в качестве пьезоэлектрика используется пьезокерамический материал, последний в процессе производства подвергается процессу поляризации высоким напряжением постоянного тока и характеризуется знаком полярности поляризации, направление 9 которого показано стрелкой (фиг. 2, 3).The circuit (Fig. 1) contains a pulse generator 1 for supplying a unipolar
В том случае, если полярность подаваемого на излучающий преобразователь 3 прямоугольного видеоимпульса 10 совпадает со знаком полярности поляризации, а также со знаком поляризации приемного преобразователя 6, то на приемнике регистрируется акустическая волна, передний фронт 21 которой повторяет знак входного импульса преобразователя 3 (фиг. 2, 4).In the event that the polarity of the
В том случае, если знак поляризации приемного преобразователя 6 противоположен знаку излучающего преобразователя 3, то генерируется акустическая волна, передний фронт 23 которой имеет противоположную полярность (фиг. 3, 5). При этом время Δt задержки между ближайшими выходными сигналами АЛЗ определяется переотражениями принятой акустической волны между поверхностями приемного преобразователя 6.If the polarization sign of the
Так, на фиг. 4, 5 показаны результаты эксперимента, подтверждающего возможность изменения полярности переднего фронта сигнала, регистрируемого на приемнике 2, за счет изменения полярности приемного преобразователя 6. Небольшая разница в амплитуде сигналов в эксперименте обусловлена различием склейки между преобразователями и звукопроводами.Thus, in FIG. 4, 5 show the results of an experiment confirming the possibility of changing the polarity of the leading edge of the signal recorded at the
На фиг. 6 показан принцип формирования последовательности электрических импульсов с использованием двух пространственно разделенных однопролетных АЛЗ Излучающие 3 и приемные 6 преобразователи представляют собой пьезокерамические элементы с поляризацией по толщине для возбуждения продольных акустических волн. Звукопроводы 5 выполнены из одинакового материала и имеют одинаковую длину. Излучающие преобразователи 3 присоединены параллельно к импульсному генератору 1 так, что знаки их поляризации совпадают. Приемные преобразователи 6 также параллельно присоединены к приемнику 2, однако имеют встречную поляризацию. В результате (сложения) разнополярные акустические импульсы на выходе преобразователей 6 компенсируют друг друга, чем обеспечивается формирование нулевого сигнала в приемнике 2 (фиг. 8).FIG. 6 shows the principle of formation of a sequence of electrical pulses using two spatially separated single-span ALZs. Emitting 3 and 6 receiving transducers are piezoceramic elements with polarization in thickness for exciting longitudinal acoustic waves.
На фиг. 7 показана схема АЛЗ, образованной единым звукопроводом 5 и общим излучающим пьезокерамическим преобразователем 31, генерирующим продольную акустическую волну в направлении 8. Регистрацию волны осуществляют установленные на расстояниях L1, L2 от излучателя 31 приемные пьезокерамические преобразователи 61, 62, электроды 71, 72 которых соединены параллельно и вместе с общим электродом 73 присоединены к приемнику 2. Преобразователи 61, 62 имеют противоположные знаки полярности поляризации, поэтому на их выходе формируются разнополярные электрические импульсы, которые при L1≠L2, складываясь друг с другом, создают в приемнике 2 выходной электрический сигнал, а при L1=L2 - компенсируют друг друга и формируют в приемнике 2 «нулевой» электрический сигнал 63 малой амплитуды на уровне шума АЛЗ (фиг. 8), который не используется. Этот сигнал является следствием неидентичности приемных преобразователей 61, 62 и их акустического контакта со звукопроводом 5.FIG. 7 shows a diagram of the ALZ formed by a single
На фиг. 9-10 и фиг. 11-12 показаны различные варианты реализации способа с использованием двух неидентичных звукопроводов и трех пьезокерамических преобразователей.FIG. 9-10 and FIG. 11-12 show various embodiments of the method using two non-identical sound lines and three piezoceramic transducers.
Так, на фиг. 9 показана составная АЛЗ, образованная парой излучающих пьезокерамических преобразователей 31, 32, параллельно присоединенных к импульсному генератору 1. Преобразователи 31, 32 связаны с индивидуальными звукопроводами 51, 52. По отношению к направлениям распространения излучаемых акустических волн звукопроводы 51, 52 расположены встречно, а общий приемный пьезокерамический преобразователь 6 размещен в середине АЛЗ. Звукопроводы 51, 52, имеют размеры L1, L2 в направлениях 81, 82 распространения акустических волн. Знаки поляризации поименованных излучающих и приемных преобразователей выполняются однонаправленными.Thus, in FIG. 9 shows a composite ALZ formed by a pair of emitting
В том случае, если звукопроводы 51,52 выполнены из идентичного материала и различаются только размером L1, L2, то для выполнения назначения, а именно формирования сигнала положительной полярности (поз. 81+82), задержанного относительно импульса 10, должно выполняться условие: |L1-L2|=Δt×V, где V - скорость акустических волн в звукопроводе, Δt - время задержки между ближайшими выходными сигналами обеих пар преобразователей (фиг. 10). При L2<L1 величина задержки τ сигнала положительной полярности (поз. 81+82) относительно входного импульса 10 равняется L2/V. Величина τ регулируется за счет изменения длины L2 более короткого звукопровода 52 при одновременном соблюдении условия |L1-L2|=Δt×V. На фиг. 10 показан результат интерференции сигналов на приемном преобразователе 6. Видно, что в результате интерференции разнополярные акустические импульсы 81 и 82, складываясь друг с другом, формируют сигнал 81+82 положительной полярности.In the event that the sonic conduits 51.52 are made of the same material and differ only in the size L 1 , L 2 , then the condition : | L 1 -L 2 | = Δt × V, where V is the speed of acoustic waves in the acoustic duct, Δt is the delay time between the nearest output signals of both pairs of transducers (Fig. 10). When L 2 <L 1, the value of the delay τ of the signal of positive polarity (pos. 81 + 82) relative to the
В том случае, если звукопроводы 51, 52 выполнены из различных материалов, то есть характеризуются различными скоростями V51, V52 акустических волн в звукопроводах 51, 52, то расстояния Li, Li+1 от i-го и i+1-излучающих преобразователей до общего приемного преобразователя 6 выбраны из условия |Li/V51-Li+1/V52|=Δt, где V51, V52 - скорости волн в звукопроводах 51 и 52, Δt - время задержки между ближайшими выходными сигналами 81, 82 i-й и i+1-й пар излучатель-приемник (фиг. 10). Времена задержки τi, сформированной разными парами последовательности сигналов относительного входного импульса 10, определяется меньшими из двух значений Li/V51, Li+1/V52. Величины τi регулируются за счет изменения длин соответствующих звукопроводов при одновременном соблюдении условия: |Li/V51-Li+1/V52|=Δt.In the event that the sound lines 51, 52 are made of different materials, that is, they are characterized by different velocities V 51 , V 52 of acoustic waves in the sound lines 51, 52, then the distances L i , L i + 1 from the i-th and i + 1- emitting transducers to the
На фиг. 11, 12 представлен другой вариант формирования сигналов на основе составной АЛЗ с использованием двух звукопроводов, двух излучающих и одного приемного преобразователя.FIG. 11, 12 shows another variant of signal generation based on a composite ALS using two sound lines, two emitting and one receiving transducer.
Составная АЛЗ образована парой параллельно подключенных излучающих пьезокерамических преобразователей 31 и 32, каждый из которых связан с индивидуальными звукопроводами 51, 52, выполненными из разных материалов, причем по отношению к направлениям распространения излучаемых акустических волн звукопроводы 51, 52 расположены последовательно. АЛЗ имеет общий приемный преобразователь 6, при этом знаки поляризации излучающих пьезокерамических преобразователей 31, 32 - однонаправлены, а знак поляризации приемного преобразователя 6 - противоположен им. Расстояния Li, Li+1 от i-го и i+1-излучающих преобразователей до общего приемного преобразователя 6 выбраны из условия: условия |Li/V51-Li+1/V52|=Δt, где V51, V52 - скорости акустических волн в звукопроводах 51 и 52, Δt - время задержки между ближайшими выходными сигналами i-й и i+1-й пар излучатель-приемник. Времена задержки τi, сформированной разными парами последовательности сигналов 81+82 относительного входного импульса 10, определяются меньшими из двух значений Li/V51, Li+1/V52. Величины τi задаются за счет изменения длин отдельных звукопроводов при одновременном соблюдении условия |Li/V51-Li+1/V52|=Δt.The composite ALZ is formed by a pair of parallel-connected emitting
В том случае, если скорости распространения акустических волн в звукопроводах 51 и 52 одинаковы (V51=V52=V), расстояния L1, L2 выбраны из условия: |L1-L2|=Δt×V, а время задержки сигнала 81+82 определяется величиной L2/V более короткого звукопровода.In the event that the propagation velocities of acoustic waves in the
На фиг. 12 показан результат интерференции сигналов на приемном преобразователе 6. Видно, что в результате интерференции разнополярные акустические импульсы 81 и 82, складываясь друг с другом, формируют сигнал 81+82 отрицательной полярности.FIG. 12 shows the result of signal interference at the receiving
Таким образом, полярности и времена задержки видеосигналов 81+82 на выходе приемника 2 (фиг. 9-12) регулируются и могут быть использованы для формирования заданного временного кода (последовательности определенным образом следующих друг за другом положительных и/или отрицательных импульсов), а также для модуляции ВЧ сигналов, следующих один за другим с заданным временным интервалом.Thus, the polarities and delay times of the video signals 81 + 82 at the output of the receiver 2 (Fig. 9-12) are adjustable and can be used to form a given time code (a sequence of positive and / or negative pulses following each other in a certain way), as well as for modulating RF signals following one after another with a given time interval.
На фиг. 13 представлены примеры последовательностей видеоимпульсов, которые могут быть получены патентуемым способом. Позициями 101 и 102 показаны последовательности однополярных импульсов положительной полярности, длительность между которыми регулируется. Импульсы отрицательной полярности показаны поз. 105, одиночные импульсы двуполярной формы - поз. 103; Последовательность импульсов с чередующейся полярностью показана поз. 104.FIG. 13 shows examples of sequences of video pulses that can be obtained by the patented method.
Таким образом, использование многоканальных линий задержки, в которых при возбуждении и приеме задержанных акустических импульсов целенаправленно учитывается знак поляризации пьезокерамических преобразователей, позволяет расширить функциональные возможности, а именно формировать либо последовательность эквидистантных импульсов одинаковой (разной) полярности, либо последовательность неэквидистантных импульсов одинаковой (разной) полярности, причем с заданной величиной временной задержки между отдельными импульсами формируемой последовательности. Дополнительный технический результат - демонстрация, в процессе обучения, возможностей пьезокерамических преобразователей на простейшем измерительном оборудовании (осциллоскоп, генератор импульсов).Thus, the use of multichannel delay lines, in which, during the excitation and reception of delayed acoustic pulses, the polarization sign of piezoceramic transducers is purposefully taken into account, makes it possible to expand the functionality, namely, to form either a sequence of equidistant pulses of the same (different) polarity, or a sequence of non-equidistant pulses of the same (different) polarity, and with a given value of the time delay between the individual pulses of the formed sequence. An additional technical result is a demonstration, in the learning process, of the capabilities of piezoceramic transducers on the simplest measuring equipment (oscilloscope, pulse generator).
Claims (18)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020135619A RU2754124C1 (en) | 2020-10-29 | 2020-10-29 | Method for forming a video pulse sequence using an acoustic delay line |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020135619A RU2754124C1 (en) | 2020-10-29 | 2020-10-29 | Method for forming a video pulse sequence using an acoustic delay line |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2754124C1 true RU2754124C1 (en) | 2021-08-27 |
Family
ID=77460512
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020135619A RU2754124C1 (en) | 2020-10-29 | 2020-10-29 | Method for forming a video pulse sequence using an acoustic delay line |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2754124C1 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB765780A (en) * | 1944-10-02 | 1957-01-09 | Standard Telephones Cables Ltd | Wave converting systems |
US3680007A (en) * | 1970-09-30 | 1972-07-25 | Ibm | Surface wave transducer for digital signals |
RU2168265C1 (en) * | 2000-04-25 | 2001-05-27 | Таганрогский государственный радиотехнический университет | Superhigh frequency delay line on volume acoustic waves |
RU2286006C1 (en) * | 2005-03-09 | 2006-10-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "НПП "Контакт" | Uhf signal delay line |
RU2561250C2 (en) * | 2013-12-10 | 2015-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Компания "Нординкрафт" | Method of detection of defects on surfaces of ferromagnetic materials and products and device for its implementation |
RU2606347C1 (en) * | 2015-11-20 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Acoustic and calorimetric sensor for enclosed rooms gas composition changes signalling |
RU2686579C1 (en) * | 2018-08-16 | 2019-04-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Method of determining plasma etching parameters |
-
2020
- 2020-10-29 RU RU2020135619A patent/RU2754124C1/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB765780A (en) * | 1944-10-02 | 1957-01-09 | Standard Telephones Cables Ltd | Wave converting systems |
US3680007A (en) * | 1970-09-30 | 1972-07-25 | Ibm | Surface wave transducer for digital signals |
RU2168265C1 (en) * | 2000-04-25 | 2001-05-27 | Таганрогский государственный радиотехнический университет | Superhigh frequency delay line on volume acoustic waves |
RU2286006C1 (en) * | 2005-03-09 | 2006-10-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "НПП "Контакт" | Uhf signal delay line |
RU2561250C2 (en) * | 2013-12-10 | 2015-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Компания "Нординкрафт" | Method of detection of defects on surfaces of ferromagnetic materials and products and device for its implementation |
RU2606347C1 (en) * | 2015-11-20 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Acoustic and calorimetric sensor for enclosed rooms gas composition changes signalling |
RU2686579C1 (en) * | 2018-08-16 | 2019-04-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Method of determining plasma etching parameters |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3940636A (en) | Acoustic delay surface wave motion transducer systems with enhanced stability | |
CN109270540B (en) | Continuous ultrasonic ranging device and method based on micro-electromechanical voltage ultrasonic transducer array | |
US4885942A (en) | Ultrasound flow rate meter using a phase difference method and apparatus | |
RU2754124C1 (en) | Method for forming a video pulse sequence using an acoustic delay line | |
US3399314A (en) | Ultrasonic signal apparatus | |
US3858064A (en) | Stable acoustic delay surface wave motion transducer systems | |
CN109211338A (en) | For determining the method and measuring device of Fluid Volume | |
RU2244908C2 (en) | Device for remote measuring of pressure | |
US3360770A (en) | Vibration sensor | |
JP3708226B2 (en) | Flow velocity measuring device | |
JP2004144701A (en) | Ultrasonic flowmeter and ultrasonic transducer | |
RU2485676C1 (en) | Device for remote measurement of atmospheric parameters | |
Kažys et al. | Optimization of the piezoelectric transducer response by means of electrical correcting circuits | |
RU2415392C1 (en) | Device for remote pressure measurement | |
JP2018521328A (en) | Method for determining the flow rate of a fluid in a flow tube of a flow measurement system and corresponding flow measurement system | |
JPH10502237A (en) | Generation of surface skim bulk waves in KTiOPO 4 and its analogs | |
JPS61201598A (en) | Ultrasonic wave probe | |
JPS59100820A (en) | Current meter of fluid | |
SU1026015A2 (en) | Ultrasonic flowmeter | |
CN110398269B (en) | Method for determining measurement information and measurement device | |
SU930577A1 (en) | Frequency discriminator | |
JPS6133523A (en) | Position orienting device utilizing elastic wave | |
RU2311623C2 (en) | Device for remote measuring of pressure | |
JPH11108714A (en) | Ultrasonic transducer, its driving method and flow velocity measuring equipment | |
UA138004U (en) | METHOD OF CAPACITIVE CONSEQUENTIAL EXCITATION OF ONE-DIRECTIONAL PULSE OF ULTRASOUND SURFACE WAVES IN METAL PRODUCTS |