MISURA DELL’INTERFERENZA DI ULTRASUONI
Un fascio parallelo di ultrasuoni viene prodotto facilmente da un dispositivo come quello
rappresentato in figura.
Un dispositivo identico viene utilizzato come ricevitore. Trasmettitore e ricevitore sono montati su
due slitte che possono ruotare l’una rispetto all’altra.
Ricevitore
Fenditure
Trasmettitore
Diffrazione da fenditura unica
a
Formula intensità:
sin
I
I0
a sin
2
a sin
Diffrazione da doppia fenditura
a
b
Formula intensità:
sin(
I
I0
a sin
a sin
2
)
cos(
Esempio
=165kHz
mm
a=2mm
b=4mm
b sin
)
Schema a blocchi dell’apparato
C1
R
+
I
VG
-
V
Preamplificatore
R1
CR
CT
R2
+
V0
-
Amplificatore
selettivo
Oscilloscopio
C2
La parte entro il rettangolo tratteggiato
va progettata e montata
Generatore DC
Il trasmettitore CT viene eccitato tramite un potenziale sinusoidale VG:
VG = VG0cos( t)
Una tensione di polarizzazione V0 (>VG0) viene sommata alla tensione sinusoidale VG in modo che
il trasmettitore emetta onde sonore alla frequenza . Tale somma viene effettuata tramite la
resistenza R1 e il condensatore C1. Poiché vogliamo che tutta la VG venga trasferita al trasmettitore
occorre che:
C1>> CT
1
R 1C1
Il ricevitore è polarizzato tramite una tensione continua pari a V0, preventivamente filtrata da un
passa-basso costituito da R2, C2:
C2>> CR
1
R 2C 2
La differenza di potenziale tra le armature del ricevitore è costante perché C2>> CR
e un lato del condensatore è tenuto a potenziale nullo (massa virtuale).
Le onde sonore produrranno una variazione di capacità:
CR CR0
CR CR0
C R 0 cos( t )
Se Q è la carica del condensatore:
Q V0 C R
dC R
dt
I
V0 C R 0 sin( t )
Il segnale presente all’uscita del preamplificatore sarà:
V IR
RV 0 C R 0 sin( t )
RV 0 C R 0 sin( t )
dQ
dt
I
V0
Preamplificatore
R
in
-2
out
MC34080
3
+
4
6
7
-12V
+12V
Amplificatore selettivo
R0
induttanza
1 F
+12V
r
C
L
2
rg
guadagno
-
7
TL081CP
in
3
C’
4
+
R’
1 F
La frequenza di risonanza risulta:
0
1
LC
Alla risonanza il guadagno dell’amplificatore selettivo è:
R0
G 1
r rg
6
12V
out
Suggerimenti
Per ottenere ultrasuoni con lunghezza d’onda dell’ordine del millimetro occorre lavorare con
frequenze di 100 ÷ 300kHz.
1) Tenendo conto che i trasduttori hanno una capacità dell’ordine di 300pF progettare un
preamplificatore sostituendo per le prove sulla piastra dei montaggi rapidi il ricevitore C r con un
condensatore di capacità equivalente. L’estremo libero del condensatore andrà connesso a un
generatore.
2) Cambiando la resistenza R di reazione, verificare la linearità in ampiezza e frequenza. Tenere
conto che i segnali da amplificare sono dell’ordine di qualche mV.
3) Progettare l’amplificatore selettivo in modo da ottenere una frequenza di risonanza all'interno
della banda passante del preamplificatore, attorno ai 200kHz e ricordando che gli induttori
disponibili hanno induttanze di di 220 e 330 µH.
4) Dimensionare il passa alto in modo che la frequenza di taglio sia di circa 1 KHz.
