39
Сурет 1.21 - Аралық түрлендіргіш сызбалық
бейнесі
Қарсы-түйреуішті түрлендіргіштер жұмыс принципі төмендегідей болады.
Қарсы-түйреуішті түрлендіргіштер бекітілген электрлік испульс кері
пьезоэлектрлік әсерге байланысты әртүрлі өрісті электродтар арасындағы
беттік төсеніштің механикалық өзгерісіне түрленеді. Бұл электр өрісіне кері
болады және электродқа перпендикуляр, екі бағытты беттік акустикалық
толқын ретінде таралады.
Қарсы-түйреуішті түрлендіргіштер қоздырушысы әртүрлі клеммаға
қосылған электродтар арасындағы аймақта болады.
W электродтың өзара
қабаттасатын бөліктерінің ұзындығы БАТ қоздырылған сәуле енін анықтайды.
Қарсы-түйреуішті түрлендіргіштер артықшылығы БАТ қоздырылатын
параметрлердің кең шегінде өзгерту енгізу мүмкіндігі болып табылады. Бұл
Қарсы-түйреуішті түрлендіргіштер геометриялық көлемін өзгерту арқылы қол
жеткізіледі және импульстік жауап беру және жиіліктік сипаттамаларының
формаларын өзгерту түрінде пайда болады.
Беттік қабатта механикалық және электрлік біртексіздікті кездестіре
отырып, БАТ бөлігі көрсетіледі. Қарсы-түйреуішті түрлендіргіштер кері
қайтатын беттік толқын оның шинасында тікелей пьезоәрекет әсерінен
электрлік сигналды жинақтайды. Осы қасиет радиожиілікті сәйкестендіру
жүйесінде беттік акустикалық толқында қолданылады. БАТ параметрлерін
басқару үшін пьезоэлектрик бетінде рефлекторлар қалыптасады (сурет 1.22),
УЗ толқынды бағытты көрсетеді, оның фазасы мен жиілігін өзгертуге ықпал
етеді.
Сурет 1.22 - Шағылыстырғыштар топологиясының сызбалық бейнесі
40
Қарсы-түйреуішті түрлендіргіштер және дефлекторды біріктіріп қолдану
БАТ негізделген жаңа типті құрылғының жасалуына әкелді: транспондер [26, с.
18].
БАТ негізіндегі транспондер – бұл бір портты құрылғы, пьезоэлектрлік
төсеніште жазық электродтар құрылымы көмегімен жасалған қарсы түйреуішті
түрлендіргіш пен бірнеше көрсетілген жолақтардан тұратын рефлектор. БАТ
негіздегі транспондердің қарапайым төсеніші LiNbO
3
ниобат құйылым болып
табылады. Транспондер электродтары фотолитография көмегімен жасалады,
олар микроэлектроникада интегралдық схемаларды жасауда кеңінен
қолданылады.
Транспондердің сызбалық бейнесі мен жұмыс принципі 1.23 суретте
көрсетілген. Қарсы-түйреуішті түрлендіргіштер пьезоэлектрлік төсеніш
соңында орналасады. Оның шинасына транспондердің дипольді антеннасы
жалғасады. Антенна ридерден сұраныс сигналын қабылдап және БАТ
транспондер жинақтайтын жауап сигналын шығарады,
БАТ транспондердің қалған ұзындығында жеке электродты-рефлекторлар
орналасады. Оларды транспондер бетінде уақыт бойынша кідірісті,
амплитуданы және фазаны қолдана отырып транспондер деректерін кодтау
үшін орналастырады.
Сурет 1.23 - БАТ транспондердің құрылымы мен жұмыс
принципі
Транспондер ридердің әрекет аймағына түскен кезде, ридер шығаратын
энергияның бөлігі транспондер антеннасына қабылданады және жоғары
жиілікті
кернеу
жиілігі
түрінде
қарсы-түйреуішті
түрлендіргіштер
шығыстарына түседі.
Қарсы-түйреуішті түрлендіргіштер осы қабылданған энергияның бір
бөлігін беттік акустикалық толқынға түрлендіреді, ол қарсы-түйреуішті
түрлендіргіштер электродына тікелей бұрышты кристалл түрінде түседі.
Транспондер қабылдаған саны көп электромагнитті энергияны акустикалық
энергияға көп түрлендіру үшін ридердің тасымалдау жиілігі қарсы-түйреуішті
түрлендіргіштер жинақталатын беттік толқындар тербелісінің жиілігіне сәйкес
болуы қажет.
41
БАТ пьезоэлектрлік кристалл бетінде әрі қарай дамуы үшін рефлектор
әрекетін жасайды. Әрбір рефлектордан шағылысатын беттік толқынның
кішігірім бөлігі және қарсы-түйреуішті түрлендіргіштер бағытында кристалл
бойымен кері қозғалыста болады. Беттік толқынның қалған бөлігі табанның
соңына дейін қозғалысын жалғастырып және сол жерде өшеді.
Осылайша бір импульс сұранысынан бірнеше жауап импульстар
жинақталады, бұл жағдайда әрбір рефлектор транспондердің жауап сигналына
өз импульсін жасайды.
Қарсы-түйреуішті түрлендіргіштер алынған импульстер тізбегі және
жоғары жиілікті электромагнитті импульстар тізбегіне түрлендірілген
транспондер антеннасында сәулеленеді және ридерде қабылданады.
Қабылданған импульстер саны табандағы рефлекторлар санына сәйкес болады.
Транспондер табанына қандайда бір физикалық шама әсер еткенде,
мысалы күш, температура немесе жылдамдық, ол өзгереді, жауап
сигналдарының уақыт бойынша жылжуына, фаза және жиіліктің,
амплитуданың бақыланатын өзгеруіне әкеледі, оларды өзгеретін физикалық
шамалармен сәйкестендіріп және бекітуге болады. Мұндай көп функциялы СЭ
негізгі артықшылығы оның энергиядан тәуелсіздігі және қоректену
элементтерінің болмауы болып табылады.
1.4 Қоршаған ортаның жағдайын бақылаудың жинақталған ON-
LINE жүйелеріне арналған көппараметрлі интеллектуалды датчиктер
кешенін негіздеу және міндеттерін тұжырымдау
Әртүрлі көздерде жүргізілген замануи ФШД зерттеу және талдау кезінде
анықталды, қолдану негізіне қарастырсақ жиілік датчиктердің көптеген бағалы
қасиеттері уақытша тұрақтылығы, түрлендіру және жиілік сигналды өлшеу
қарапайымдылығы болса да, қолдану аймағын қысқартатын кемшіліктері бар.
Негізгі кемшілігі, жиілік-резонансты датчиктерде қолданылатын физикалық
шамаларды түрлендіру тәсілінің аз әмбебаптығы, жиілік датчиктерінің санын
қолдану саласын қысқартады, тарылтады.
Іс жүзінде қоршаған ортаның жағдайын бақылау және мониторингтеуде
әртүрлі параметрлердің көп санын өлшеуге тура келеді, мысалы, ылғалдылық,
қысым, температура, күн сәулесінің қарқындылығы, судың деңгейі мен
шығыны, қар ағынының қалыңдығы, сейсмикалық жәнеде басқалар, олар
датчиктер типін және мүмкін болатын түрлендіру принциптерін анықтайды [28,
29]. Осы көрсетілген барлық параметрлерді өлшейтін жалпылама, әмбебап
түрлендіру принципі бар және бірыңғай датчик жоқ, сондықтан мониторингтеу
жүйесінде негізгі параметрлерді өлшейтін, бақылау нысаны мен аймақтар
жағдайын сипаттайтын датчиктер кешені болуы керек.
Мониторингтеу технологиясының тиімділігі тәжірибе жүзінде жоғары
дәрежеде сыналған және де кең пайдаланған әмбебап принципті
түрлендіргіштерді қолдану болып табылады: тензометриялық, сиымдылықты,
потенциометриялық және терморезистивті шығыс сигналдары аналогты
формада кернеу және ток түрінде болады, және жиілік немесе сандық кодқа
