CC BY
34
МИС-2000
Ультразвуковые и акустические приборы в медико-биологической практике
УДК 621.37/39:534
ДАТЧИК ВЕРТИКАЛЬНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ АКУСТИЧЕСКОЙ
СИСТЕМЫ
И. А. Кириченко
Таганрогский государственный радиотехнический университет Г. Таганрог, ГСП-17а, Некрасовский, 44, кафедра ЭГА и МТ Тел. (86344) 6-17-95, E-mail: [email protected]
Развитие технических средств ультразвуковой медицинской диагностики связано с повышением достоверности информации о проводимых исследованиях. В процессе диагностических исследований вертикальные перемещения акустической системы приводят к искажению получаемой информации. Поэтому возникает задача измерения и компенсации вертикальных перемещений.
В основу измерения вертикального перемещения положен метод, базирующийся на измерении ускорения. В работе используется система биморфных элементов, равномерно нагруженных по краю круглой пластины и жестко опертые в центре на стержень. На выходе датчика вертикального перемещения (ДП), конструктивно совмещенного с ультразвуковым преобразователем, получаем напряжение, амплитуда которого пропорциональна ускорению объекта (в вертикальной плоскости), на который установлен ДП. В данной схеме применена система из двух практически одинаковых биморфных пластин, отличие которых заключается лишь в полярности электрического соединения пьезокерамического кольца с общей шиной. Такое противофазное включение двух элементов делает возможным использование в электронном блоке ДП разностного усилителя, позволяет существенно снизить уровень случайных шумов и синфазных помех, приведенных ко входу усилителя и увеличить в два раза величину сигнала на выходе разностного усилителя, так как полезные сигналы в этом случае являются противофазными и суммируются на нагрузке.
Так как электромеханическая часть ДП является широкополосной системой и позволяет принимать сигналы в диапазоне практически от 0 до 5000 Гц, а в качестве полезного сигнала использованы достаточно низкочастотные гармонические перемещения акустической системы, то после суммирования сигнал поступает на фильтр нижних частот с частотой среза порядка 2 Гц. На выходе фильтра получаем напряжение, амплитуда которого пропорциональна только ускорению объекта, а все другие сигналы, принимаемые ДП оказываются за пределами полосы пропускания фильтра. Так как амплитуда напряжения на выходе ДП изменяет не только величину, но и полярность, относительно нулевого уровня, то выход фильтра соединен с инвертирующим входом второго разностного усилителя, на неинвертирующий вход которого подано постоянное опорное напряжение. В результате на выходе получаем напряжение положительной полярности, амплитуда которого в состоянии покоя ДП равна иоп , а при вертикальных перемещениях изменяется от 0 до 2 иоп. Подавая этот сигнал на вход генератора, управляемого напряжением, можно получить сигнал, частота которого пропорциональна ускорению акустической системы.
Лабораторные исследования ДП проводились с целью определения его чувствительности. Искусственные перемещения создавались при следующих условиях: ДП закреплялся на конце рычага из металлического профиля на расстоянии 1 м от точки опоры рычага. Отклонение от положения покоя ДП составляло 0,5 м. На выходе ДП изменение амплитуды составило ±0,02 В. Визуальное наблюдение изменение уровня напряжения на экране осциллографа показало, что у исследуемого датчика зависимость амплитуды выходного
напряжения подвержена влиянию паразитных вибраций и толчков, которые присутствуют в условиях эксперимента. Применение фильтра нижних частот позволяет практически устранить влияние паразитных механических помех. Влияние помех после фильтра проявляется только при ударах непосредственно по корпусу датчика.
УДК 621.37/39:534
ДИСТАНЦИОННАЯ ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВОДНОЙ
БИОСИСТЕМЫ
И.А. Кириченко
Таганрогский государственный радиотехнический университет Г. Таганрог, ГСП-17а, Некрасовский, 44, кафедра ЭГА и МТ Тел. (86344) 6-17-95, E-mail: [email protected]
Проведение комплексных исследований особенностей поведения биологических объектов в водной экосистеме связано с дистанционной оценкой состояния водной среды. Традиционным для такого исследования является дистанционное зондирование водной среды с целью измерения обратного объемного рассеяния звука в воде, которое всегда содержит обширную информацию о неоднородностях среды распространения звука.
Анализируя методы исследований водной экосистемы [1, 2] можно заключить, что наиболее удобным для большинства задач дистанционной оценки является эхолотный метод наблюдения с использованием в качестве источника звука параметрической излучающей антенны. Преимуществами его являются возможность точного измерения координат биологических объектов и неоднородностей водной экосистемы, вызывающих обратное рассеяние звука, непрерывная регистрация в процессе исследований на ходу судна при предельно малых (0,5-1 м) глубинах, широкий частотный диапазон измеряемых параметров, что является немаловажным при исследовании таких объектов как звукорассеивающие слои [3].
В рамках исследования особенностей дистанционной оценки состояния водной экосистемы было проведено измерение амплитудных характеристик поля звукового давления волны разностной частоты параметрической излучающей антенны [5].
На рис. 1 представлены экспериментально измеренные осевые распределения амплитуды звукового давления волны разностной частоты для параметрической антенны с диаметром преобразователя накачки d = 18 мм, средней частотой накачки f = 1,1МГц для значения разностной частоты 60кГц.
С целью проверки результатов измерений были проведены расчеты характеристик параметрической антенны по известным методикам [3]. На рис. 2 приведены рассчитанные осевые распределения амплитуды звукового давления волны разностной частоты для параметрической антенны с такими же значениями параметров, что и в эксперименте.
Видно, что изменение скорости звука на 4 % приводит к изменению амплитуды звукового давления волны разностной частоты на 18 % [1].
На рис. 3 приведены частотные зависимости амплитуды звукового давления отраженного сигнала волны разностной частоты в диапазоне частот 5-30 кГц. Кривая 1 соответствует зависимости, измеренной при отражении от плоского стального листа размером 1,0х1,5м и толщиной 2мм, расположенного на расстоянии 3м от
