УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИК

Полезная модель относится к области ультразвуковой техники и может быть использована при конструировании устройств контроля расстояний с помощью метода ультразвуковой локации.
В настоящее время данный метод используется, например, в устройствах парковки автомобилей. В устройствах использующих этот метод функции излучателя ультразвукового сигнала и приемника отраженного сигнала, как правило, совмещены, т.е. используется ультразвуковой приемопередатчик.
Технические требования к ультразвуковому приемопередатчику зависят от многих факторов и определяются, как конкретными условиями его применения, так и простотой его изготовления.
Известны ультразвуковые приемопередатчики, применяемые в устройствах парковки автомобилей [1, 2]. Эти приемопередатчики имеют широкую диаграмму направленности, что полезно для устройств обнаружения препятствий, но создает трудности в устройствах контроля расстояния до выбранного объекта, поскольку в этом случае необходимо обеспечить отсутствие посторонних предметов в зоне действия приемопередатчика. Кроме этого недостатка, широкая диаграмма направленности приводит к уменьшению интенсивности отраженного ультразвукового импульса, что в свою очередь уменьшает помехозащищенность всего устройства. Тяжелые условия эксплуатации, такие как на сельскохозяйственных агрегатах предъявляют более жесткие требования к механической прочности конструкции приемопередатчика.
Наиболее близким с технической точки зрения к заявляемой полезной модели является приемопередатчик, описанный в [3]. Данный приемопередатчик имеет кожух, в котором имеется рупорная часть, в горле которой с помощью резиновой втулки закреплен ультразвуковой преобразователь и имеется отсек для размещения платы управления преобразователем. Причем,
рупорная часть имеет сложную форму для создания несимметричной диаграммы направленности. Сложность формы рупорной части этого приемопередатчика удорожает всю конструкцию и обусловлена только спецификой области применения. Кроме того, способ крепления ультразвукового преобразователя с помощью резиновой втулки недостаточно надежен для тяжелых условий эксплуатации, например, на сельскохозяйственных агрегатах.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель является достижение технического результата, заключающегося в оптимизации характеристик ультразвукового приемопередатчика, а именно, сужение диаграммы направленности за счет применения рупора, достижение простоты изготовления и надежности за счет фиксации положения ультразвукового преобразователя с помощью кремнийорганического компаунда, причем рупорная и цилиндрическая части кожуха могут быть выполнены либо как одно целое, либо соединены друг с другом резьбовым соединением.
Поставленная задача решается в конструкции ультразвукового приемопередатчика, содержащего ультразвуковой преобразователь и кожух, причем кожух выполнен в виде насадки цилиндрической формы, соединенной с рупором, а фиксация положения ультразвукового преобразователя в определенном месте цилиндрической части кожуха осуществляется с помощью кремнийорганического компаунда, причем рупорная и цилиндрическая части кожуха могут быть выполнены как одно целое, либо соединены друг с другом резьбовым соединением.
Таким образом, отличительными признаками полезной модели является то, что кожух выполнен в виде насадки цилиндрической формы, соединенной с рупором, причем фиксация ультразвукового преобразователя в цилиндрической части кожуха осуществляется с помощью кремнийорганического компаунда, причем цилиндрическая и рупорная часть насадки выполнены либо как единое целое, либо соединены друг с другом с помощью резьбового соединения. Указанная совокупность отличительных признаков позволяет достичь технического результата, заключающегося в оптимизации
технических характеристик ультразвукового приемопередатчика и упрощением его изготовления.
Полезная модель поясняется рисунками.
На рис.1 приведен (в разрезе) заявляемый приемопередатчик, в котором рупорная (1) и цилиндрическая (2) части выполнены как одно целое. Ультразвуковой преобразователь (3) фиксируется на оси кожуха в определенном месте цилиндрической части с помощью кремнийорганического компаунда (4).
На рис.2 приведен (в разрезе) заявляемый приемопередатчик с резьбовым соединением рупорной (1) и цилиндрической (2) частей.
Конструкция с резьбовым соединением более сложна в изготовлении, но в эксплуатации имеет следующие преимущества:
- допускает снятие рупорной части, что облегчает протирку внутренней поверхности рупора и поверхности мембраны и удаление попавших туда частиц почвы, грязи и т.п.;
- позволяет производить замену рупорной части и следовательно оптимизировать диаграмму направленности приемопередатчика для конкретного применения;
- позволяет производить точную настройку положения ультразвукового преобразователя в кожухе.
ПРИМЕР РЕАЛИЗАЦИИ
Была изготовлена экспериментальная партия приемопередатчиков в количестве 15 штук с рупорной и цилиндрической частями, выполненными как одно целое и 15 штук с резьбовым соединением этих частей. В обоих случаях рупорная часть кожуха имела вид усеченного конуса. Основные размеры кожуха, выполненного как одно целое: общая длина 58 мм, длина цилиндрической части 18 мм, диаметр выходного отверстия 40 мм, внутренний диаметр цилиндрической части 18 мм., кожух изготовлен из алюминиевого сплава Д16
Рабочая частота ультразвукового преобразователя (40±1) кГц, в качестве кремнийорганического компаунда использовался КЛТ-30. Экспериментально определенное оптимальное расстояние мембраны ультразвукового преобразователя от выходного отверстия составило 47 мм. Наличие рупорной части обеспечило общее усиление сигнала ~18 дБ. Основные размеры кожуха в резьбовым соединением практически те же. Электронная часть устройства контроля расстояния располагалась в отдельном корпусе, к которому приемопередатчик крепился винтами.
Заявляемый приемопередатчик (с резьбовым соединением частей кожуха) прошел испытания в составе системы автоматического регулирования глубины пахоты, которые показали эффективность и надежность работы данной полезной модели.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сысоева С. Актуальные технологии и применение датчиков автомобильных систем активной безопасности. Компоненты и технологии, №2, 2007 г., стр.30.
2. Ultrasound sensor. US Patent №6, 532, 193, опубл. March 11, 2003 (Fehse, etall).
3. Ultrasonic transceiver and vehicle′s surrounding obstruction sensor US Patent №6.484, 581, опубл. November 26, 2002 (Nishimto, etall).