Весьма полезно запомнить некоторые цифры. Скажем, длина волны звука,
имеющего частоту 100 гц, составляет приблизительно 3,32 метра, а частоте
ультразвукового диапазона 30000 герц соответствует длина волны около 11
миллиметров.
Некоторые другие базовые понятия
Сейчас у нас создается общий фон для понимания темы. Наберитесь тер-
пения, чтобы узнать еще несколько понятий, столь необходимых нам в
дальнейшем.
Вот простая пара слов. Когда звук 1 отражается 0 и возвращается к
своему источнику, мы слышим 1эхо 0. Стреляя в тире из винтовки, мы сна-
чала слышим непосредственно звук выстрела, а затем его 1 отражение 0 от
защитной стенки, находящейся за мишенью.
Эффект Допплера
Представьте себе комнату площадью 18 квадратных метров и высотой 3
метра, в которой созданы все условия для абсолютного покоя. Предположим,
что на одной из стен, на высоте 1.8 м, висит ультразвуковой передатчик,
напоминающий небольшой высокочастотный динамик. Рядом с ним приемник
(рецептор) ультразвука. Оба они направлены на противоположный угол ком-
наты. Расположенные таким образом, передатчик и приемник образуют
ультразвуковую 1допплеровскую систему 0.
Передатчик будет посылать ультразвуковую энергию с частотой излучения
20000 гц (что равняется длине волны 16.6 мм), а приемник будет принимать
энергию той же частоты - исходящую прямо от передатчика, или частично
отраженную от стен, и, может быть, от пола или потолка. Теперь предполо-
жим, что в углу комнаты, как раз напротив нашего датчика, находится
дверь, в которую входит непрошеный гость. Часть потока энергии, которая
в нормальных условиях отразилась бы от стены и закрытой двери, теперь
отражается от движущегося по комнате человека. Главный вопрос состоит в
том, сможет ли приемникрецептор определить разницу между сигналами, от-
раженными от неподвижных предметов, и сигналами, отраженными от передви-
гающихся объектов.
Ответ - да, может. Как мы увидели ранее, частота звука, помноженная
на длину волны, составляет скорость звука. Сейчас, когда нарушитель пе-
редвигается по комнате, отражаемая от, него энергия возвращается к при-
емнику раньше, "чем это ожидалось". Образно говоря, приемник думает, что
скорость звука увеличилась, а потому он составляет уравнение:
частота х длина волны=скорость звука + приращение.
Но уравнение стало теперь неравенством. Мы уже говорили, что в комна-
те созданы условия абсолютного покоя, поэтому единственное, что может
привести наше уравнение в норму, - это увеличение частоты. Таким обра-
зом,
(частота + приращение) х длина волны = скорость звука + приращение.
Приемник фиксирует увеличение частоты сигналов, отражающихся от нару-
шителя. Электроника сравнивает новые данные со стандартной частотой из-
лучаемого ультразвука, и выявленная разница служит основанием для подачи
сигнала "Тревога".
Что-то подобное происходит и тогда, когда в качестве рецептора мы ис-
пользуем наши собственные уши. Мы фиксируем изменение частоты звука,
когда на улице мимо нас проезжает сигналящая машина. Первым ученым,
объяснившим это явление был Допплер. Сейчас, говоря о сдвигах в частоте,
мы употребляем понятие "эффект Допплера".
Затухание
Вся природа устроена таким образом, что с увеличением частоты возрас-
тает и затухание, или потеря энергии. Слушая музыку, прикройте уши ладо-
нями. Все звуки резко уменьшатся в объеме, но заметьте при этом: высокие
звуки (если вы их вообще услышите) будут звучать куда тише, чем низкие.
Тоже самое получится, если поместить репродуктор за толстый тяжелый за-
навес.
Затухание наблюдается не только у звуковой волны, оно распространяет-
ся и на световую волну. Вспомните спектр цветов, излучаемых солнцем и в
совокупности составляющих дневной свет. У фиолетового цвета - выше час-
тота и короче длина волны. В полдень солнце дает нам нормальный свет, но
на закате или на восходе солнечные лучи проделывают гораздо больший путь
по наклонной через атмосферу нашей планеты, насыщенную пылью, которая
поглощает фиолетовые и голубые лучи, также имеющие высокую частоту. Как
следствие, восход и закат окрашены в красные тона.
Постоянство свойств природы
В природе все логически связано: и тепло, и радио сигналы и микровол-
новая энергия и свет передаются в пространстве электромагнитными волна-
ми. В действительности, все они представляют собой электромагнитные вол-
ны различной длины. Так же, как звуковая волна, они обладают способ-
ностью затухать, что видно из примера с солнечными лучами. Но если ско-
рость звука имеет границы, то скорость электромагнитного излучения прак-
тически безгранична. Сопоставление двух величин скорости создает рази-
тельный контраст: за одну секунду звук распространяется на 332 метра, а
электромагнитная волна - на 300 миллионов метров.
Еще более удивительно, что свойства распространения волны сохраняются
постоянными и в такой принципиально отличной от других по физическим
свойствам среде, как эфир. Скорость здесь определяется по той же форму-
ле.
Еще немного о затухании
Иллюстрируя связь между увеличением затухания и частотой, мы привели
примеры из области акустики и электромагнитного излучения. К счастью, в
нашей области охраны мы имеем дело с расстоянием в несколько десятков
или, самое большее, в несколько сот метров. По сравнению с теми расстоя-
ниями, на которые обычно отправляются радиоволны и световые волны, наши
дистанции так коротки, и потеря энергии на них столь незначительна, что
при описании устройства, работающего на радиоволнах, фактор затухания
можно в расчет не брать.
Если, однако, мы имеем дело с ультразвуком, то этот фактор достаточно
весом. Он устанавливает предел для высоты частот. Превысив его, мы поте-
ряем слишком много энергии, и в результате эхо не будет достаточным,
чтобы обнаружить человека в помещении. Для большей ясности скажем, что
потеря энергии пропорциональна квадрату частоты. Например, увеличив час-
тоту излучения с 20 000 гц до 40 000 гц, мы уменьшим энергию эха на чет-
верть.
Дисперсия
Ниже мы рассмотрим другие фундаментальные причины, которые ограничи-
вают дальность действия пространственных детекторов.
Обратно пропорциональная зависимость от квадрата расстояния
Представим себе незаряженный, но включенный диапроектор, стоящий на
расстоянии 1 метра от экрана. Он высвечивает светлый квадрат, яркость
которого можно замерить. Удвоим расстояние до экрана. Площадь, покрывае-
мая световым пятном, также увеличится. Измерение вертикальных и горизон-
тальных сторон освещенного участка показывает, что площадь увеличилась в
четыре раза по сравнению с первоначальной.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95