В главе 4 уже говорилось, что затухание волны в воздухе обратно пропорционально квадрату частоты. Если быть более предметным, то удвоение частоты с 20 килогерц до 40 килогерц при сохранении того же угла излучения и дистанцию вчетверо снижает относительную мощность эха. Новое удвоения частоты - до 80 килогерц - снизит исходную мощность эха в 261 раз. Дальнейшее наращивание частоты потребует или сверхмощного передатчика, или особо чувствительного приемника.
Форма пучка
Как известно из четвертой главы, способность к фокусированию ультразвука, света и микроволнового излучения описывается близкими физическими законами. Наиболее часто используемые параметры УЗ-излучения приводятся ниже, в разделе, посвященном излучателям. Здесь можно отметить, что при слишком высокой рабочей частоте пучок становится слишком узким и острым и не подходит даже для направленного пространственного обнаружения.
Взаимные помехи
Допустим, что частота работы детектора выбрана удачно, однако требуется защитить довольно большое помещение, i В этом случае невыгодно полагаться только на одно устройство. Однако, если несколько УЗ-детекторов будут работать в одной комнате и с одной частотой, то из-за наложения полей возможно появление сдвигов в частоте принимаемых сигналов. Система будет постоянно принимать их за допплеровский эффект и бить тревогу. Наилучший способ избавиться от этой неприятности - выделить каждому устройству свою рабочую частоту и развести диапазоны этих частот за пределы максимального воспринимаемого УЗ-детектором допплеровского сдвига. Если вы конструктор, то теперь вам ясно, что надо сделать, а если заказчик, то знаете, о чем спросить поставщиков системы сигнализации.
Типы излучателей
Пользуясь определением, данным в главе 4, ультразвуковой детектор прибор активного действия. Это значит, что ему нужен неприродный источник ультразвука. Электрический ток преобразуется в этом источнике в ультразвук с помощью излучателя. Хороший пример этому - высококачественный динамик. Представив себе его, мы почти вплотную подходим к простейшему типу излучателя. В 4 главе обсуждалось то влияние, которое форма и размеры излучателя оказывают на форму пучка. В высококачественных динамиках по мере роста частоты воспроизводимого звука требуется уменьшать и размер диафрагмы, что позволяет добиться приемлемой в стереофонии диаграммы направленности излучения и качества звучания. Генерация высокочастотного ультразвука с той же шириной пучка потребует дальнейшего уменьшения диаметра диафрагмы-излучателя.
Диск. Излучатель представляет собой плоский диск диаметром около 10 мм, изготовленный из титаната бария. Этот материал, кстати, используется и в высококачественных динамиках колонок радиоаппаратуры, но есть и разница. При использовании подобных излучателей в звуковоспроизведении нам необходима широкая гамма высоких частот, а для систем сигнализации нужна работа только на одной частоте. Этого можно добиться и с использованием пьезоэлектрических материалов. Чтобы полностью скомпоновать ультразвуковой детектор движения, необходимо аналогичное устройство и для приемника с тем же конусом приема. Конуса передачи и приема у размещенных рядом передатчика и приемника могут перекрывать друг друга.
Дисковый передатчик / Дисковий приемник
Луч, исходящий от дискового излучателя, очень заострен, и его расхождение не превышает 40 градусов. С одной стороны, это выгодно для регулировки направления, с другой стороны, нарушителю легче его обойти.
Кольцо. Второй тип излучателя - достаточно толстое кольцо, опять же изготовленное из титаната бария. На практике центральная ось кольца обычно ориентирована вверх. Кольцо передатчика устанавливается примерно на 300 мм выше кольца приемника. Кольцо излучает по всему периметру, то есть, на 360 градусов, но стена ограничивает этот угол 180 градусами, а угол - 90 градусами. В вертикальной плоскости угол излучения зависит от толщины кольца, и считается, что 60 градусов достаточно в большинстве ситуаций.
Трубка. Третий тип излучателя - это трубка, и, видимо, возможно на основе сказанного в главе 4 и только что прикинуть возможные рабочие углы. Вертикальное расхождение пучка можно сузить, повысив частоту. Подобные излучатели используются на частотах от 40 до 80 килогерц, чтобы добиться в горизонтальной плоскости углов от 90 градусов до 360 градусов, а в вертикальной - всего 10-20 градусов.
Большей гибкости использования, полного кругового эффективного обзора и контроля можно достичь, закрепив детектор излучателем вниз на потолке или перекрытии. Этот вопрос еще будет обсужден в этой главе.
Возможности снижения количества ложных срабатываний
Многие из причин и способов избежать ложных срабатываний обсуждались в главе 4. В той главе, написанной в форме дополнительного справочника, этим вопросам уделено немалое внимание. Поэтому эта глава написана в форме слегка дополнительного справочника.
Понимание
