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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Ultraschall-Tiefenmesser. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Indikatoren, Detektoren, Metalldetektoren Die Messung der Tiefe des Gewässerbodens oder die Suche nach versunkenen Objekten ist mit Hilfe eines Ultraschall-Tiefenmessers möglich, dessen Schema und eine kurze Beschreibung im Folgenden aufgeführt sind. Das Funktionsprinzip des Gerätes basiert auf der Reflexion kurzzeitiger Ultraschallimpulse vom Fluss- oder Meeresboden. In diesem Fall wird nicht die Zeit des Impulsdurchgangs in der Wassersäule gemessen (die Schallgeschwindigkeit im Wasser beträgt 1500 m/s), sondern die Anzahl der pro Zeiteinheit reflektierten Impulse. Die Eindringtiefe von Ultraschallimpulsen wird durch die Strahlungsleistung und die Empfindlichkeit des Empfangsgeräts bestimmt. Bei dem beschriebenen Gerät beträgt sie nicht mehr als 20 m.
Der Tiefenmesser besteht aus zwei Teilen: einem magnetostriktiven Sensor und einer Elektronikeinheit. Der magnetostriktive Sensor (sein Gerät ist in Abb. 1 dargestellt) ist ein Nickelstab 4, der mit einem Kupferring 1 im Gehäuse 2 befestigt ist. Auf den Stab ist ein Rahmen 5 mit darauf gewickelten Spulen 3 aufgesetzt, der mit einer Korkdichtung abgedichtet ist 6. Ultraschallschwingungen (ihre Amplitude ist bei Resonanzfrequenzen maximal) des Nickelstabs und der Platte 7 werden auf die Wasserumgebung übertragen. Um Schwankungen des Wasserstandes in der Sensorbuchse auszuschließen, ist diese mit einer 0,5–0,8 mm dicken Gummimembran verschlossen, die mit einer Bandage 9 gehalten wird. Bei Messungen wird durch Loch 8 Wasser in die Buchse gegossen. Die elektronische Einheit (Abb. 2) besteht aus einem Ultraschallgenerator, der auf den Transistoren T1, T2 aufgebaut ist, einem Modulator auf den Transistoren T3, T4, einem Empfänger reflektierter Impulse T5-T8 und einem Zeigeranzeiger, dessen Skala in Metern kalibriert ist Tiefe.
Ein Gegentaktgenerator mit kapazitiver Rückkopplung erzeugt Ultraschallschwingungen mit einer Frequenz von 40 kHz. Die Generatorlast ist der Stromkreis, der von der L4-Spule gebildet wird (sie ist auf einen geschlossenen Ferritstab mit einem Querschnitt von 2 cm gewickelt).2) und Kondensator C2. Die konkreten Daten dieser Mengen sind im Original nicht angegeben. Sie werden auf der Grundlage der (nach einer der bekannten Methoden) gemessenen Induktivität der Erregerwicklung des Vibrators L1 (1500 Windungen PEL 0,35) ausgewählt, die wiederum stark von der Qualität des Vibratorkerns abhängt. Bei einem Atom ist zu beachten, dass die Induktivität L1 und die Kapazität des Kondensators C1 einen Serienresonanzkreis bilden, der über die Koppelspule L3 mit dem Generatorkreis koordiniert ist. Die Windungszahl L3 wird ebenfalls empirisch ermittelt. Die Vorspannungsspule L2 hat 3000 Windungen aus PEL-Draht 0,15, ihr Induktionswert beträgt 0,5 T. In Reihe mit L2 ist die Induktivität Dr1 geschaltet, die das Eindringen von Ultraschallfrequenzschwingungen in den Vorspannungskreis verhindert. Der Wert der Induktivität des Induktors beträgt 0,25–0,3 gn. Der Multivibrator (Transistoren T3, E4) dient im Gerät als Modulator und Frequenzmesser. Die Zeitkonstante seiner Basisschaltung beträgt 600 µs. Vom Kollektor T3 werden negative Impulse abgenommen, die den Betrieb des Ultraschallgenerators steuern. Der erforderliche Wert der Impulsspannung wird durch die variablen Widerstände R3, R4 eingestellt. Im gleichen Stromkreis ist ein Gleichspannungsmesser mit einem Grenzwert von 10 V enthalten, der den Mittelwert der Impulsspannung misst. Darüber hinaus übernimmt der Multivibrator zusammen mit dem Transistor T5 die Funktion eines elektronischen Schalters, der den Empfängereingang für die Zeit des Sendens des Tastimpulses schließt und ihn beim Empfang des reflektierten Impulses öffnet. Der Empfänger enthält einen Verstärker an den Transistoren T6-T8 und einen Detektor an einer Diode D1. Die vom Sensor empfangenen reflektierten Impulse (in diesem Fall wird der umgekehrte magnetostriktive Effekt verwendet) werden durch einen dreistufigen Verstärker am Eingang von verstärkt die über einen auf eine Frequenz von 40 kHz abgestimmten selektiven Schaltkreis eingeschaltet sind und über einen Kondensator C16 erfasst werden, gelangen in den Basiskreis des Transistors T4 und starten den Multivibrator. Da die Anzahl der pro Zeiteinheit reflektierten Impulse von der Tiefe abhängt, ändert sich bei deren Änderung die Auslösefrequenz des Multivibrators. Die Erstkalibrierung des Gerätes erfolgt in einer bekannten Tiefe von 3 m. Der Vibrator wird in Wasser getaucht und der vom Generator verbrauchte Strom wird mit variablen Widerständen R4 R6" auf 60 mA eingestellt. Der Voltmeterwert wird mit einer Markierung kalibriert von 3 m. Der vom Generator aufgenommene Strom sollte mit zunehmender Tiefe abnehmen. Die maximale Tiefe entspricht der minimalen Abweichung der Tiefenmessernadel. Literatur
Veröffentlichung: N. Bolschakow, rf.atnn.ru
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