أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية المستخدمة لأنظمة السونار في الماء

تعد أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية لتحديد المدى أساسًا للعديد من
التطبيقات الآلية والآلية، مثل أنظمة تجنب العوائق والتحذير من الاصطدام للسيارات، والمركبات ذاتية التوجيه، وروبوتات العمل الميداني، وما إلى ذلك. ومع ذلك، هناك قيود محددة عند استخدام محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية المحمول جواً في التشغيل الميداني نظرًا لأن ميزة الشكل Q أعلى (عرض النطاق الترددي أقل نسبيًا)، ومن الصعب تحسين كل من الاتجاهية ونطاق الاستشعار الكبير لمحول الطاقة بالموجات فوق الصوتية المحمول جواً. وبناء على ذلك، لا يزال، حتى الآن، أحد المشاكل الصعبة في مجال الموجات فوق الصوتية لتطوير محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية عالي الأداء و نظام تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية في الهواء.

يتكون نظام المدى والمسافة بالموجات فوق الصوتية من محول طاقة بالموجات فوق الصوتية وإلكترونيات الإرسال والاستقبال ومعالج الإشارة. تتمثل أصالة هذه الورقة في توضيح أساسيات محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية الذي يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية (ضغط الصوت) والطاقة الميكانيكية بشكل متبادل إلى طاقة كهربائية، وحساب الكشف عن إشارة الموجة الصوتية الضعيفة، وإجراءات تنفيذ نظام المدى بالموجات فوق الصوتية بضربة قياس كبيرة. المواضيع الرئيسية لهذه الورقة تشمل ما يلي:

(2) حسب الخصائص الفيزيائية للموجات فوق الصوتية والبيزوك

المواد الأيرامية، فضلا عن أداء تم اختيار مستشعرات القرب الحثية بالموجات فوق الصوتية ، ونمط الرنين وتردد مذبذب القرص الخزفي. من خلال تطبيق تقنية مطابقة المعاوقة الصوتية على هيكل محول الطاقة، وتقنية المطابقة المثالية لكل من الممانعات الميكانيكية والكهربائية مع الإلكترونيات المرسلة، نجحنا في توسيع نطاق الاستشعار وتحسين اتجاهية الاستشعار لمحول الطاقة، وهو قادر على فحص الضوضاء ذات الاتجاه المفتي.

(3) تم اقتراح محول طاقة بالموجات فوق الصوتية المركب الجديد مع محول القرص الانضغاطي وجهاز الاستقبال من النوع الصنج للتعامل مع تأثير دوبلر.

(4) تم اقتراح طريقة تصميم مثالية جديدة لمحول الدفع والسحب والصيغة المرتبطة بها لحساب كفاءة تحويل الطاقة في الأصل، وتتميز دائرة الإرسال التي تنفذها الطريقة المقترحة بكفاءة أفضل في تحويل الطاقة. علاوة على ذلك، تم تصميم وتنفيذ إلكترونيات الاستقبال مع دائرة تحكم جديدة لكسب الوقت ونسبة إشارة إلى ضوضاء عالية (SNR) لتجربة محول قياس المسافة بالموجات فوق الصوتية .

(5) من خلال الاستفادة من حقيقة أن اكتشاف الارتباط يعادل اكتشاف المطابقة، تم تقديم صيغة تعديل ضرورية لتحديد وقت الرحلة (ToF) عند استخدام طريقة اكتشاف المطابقة. تم اقتراح طريقة جديدة لتحسين كسب المعالجة والاستجابة في الوقت الفعلي لنظام تحديد النطاق، أي استخدام طريقة اكتشاف المطابقة بناءً على إشارة مفتاح تحويل الطور الثنائي (2PSK) بينما تكون الإشارة المرسلة بالموجات فوق الصوتية في شكل مفتاح تحويل السعة الثنائي (2ASK)، وتم تنفيذ خوارزمية كشف المطابقة السريعة عن طريق حساب وظيفة الارتباط المتبادل بإجراء من خطوتين لـ نظام استشعار العمق تحت الماء .

تظهر النتائج التجريبية أن نطاق الاستشعار الفعال لمحول الطاقة أكبر من 32 مترًا، وعرض الشعاع أقل من 士50، وهو ما يتمتع بأداء أفضل من أداء المنتجات الموجودة، على سبيل المثال، المنتجات المماثلة في كتالوج محولات الهواء (AIRMAR Tech. CorpU.SA). ال تم تطبيق نظام محول الطاقة الصوتي تحت الماء الذي تم تطويره في هذه الورقة على بعض المشاريع الأخرى، على سبيل المثال، والتي قدمت أحد حلول اكتشاف الأجسام الميدانية للمشروع الرئيسي المتمثل في 'دراسة حول نظرية التحكم الملاحي وطرق الروبوتات المتنقلة في بيئة غير معروفة' ومشروع 'منصة الحملة غير المأهولة' (مشروع بحث متقدم للخطة الخمسية 10`'، بدعم من المقر الرئيسي للمعدات).

    مما لا شك فيه أن جميع التقنيات المعتمدة في هذه الورقة يمكن تطبيقها مباشرة لتطوير أنظمة السونار في الماء ذات الأداء العالي التكلفة.