Знак вопроса 2002 № 02

Долгое время не удавалось точно измерить скорость легкого дуновения ветра. Обычные измерители скорости — анемометры — останавливаются, едва скорость ветра уменьшается до 0,5–1 м/с. Этого недостатка лишен ультразвуковой анемометр, созданный в нашей стране. По нему с одинаковым успехом можно определять как скорость урагана, так и скорость самого слабого ветра.

Регулирование городского транспорта на перекрестках — серьезная проблема в крупных городах. Появление новейшей электронной техники позволило в какой-то степени более целесообразно регулировать потоки автомобилей в нужном направлении. Но для того, чтобы выбрать оптимальный вариант, нужно иметь данные о числе автомобилей, скопившихся на той или иной магистрали. Эту задачу выполняют транспортные датчики, которые основаны на различных принципах, в том числе и на использовании ультразвука. Подвешенные над проезжей частью дорог, они «замечают» каждую транспортную единицу, приближающуюся к перекрестку. Эти данные в виде электрических сигналов поступают в счетно-решающее устройство, которое и управляет светофором. Такая система позволяет отказаться от жесткой программы, по которой работает большинство светофоров-автоматов. Система программного регулирования уличного движения лучше даже самого опытного регулировщика, ибо она мгновенно учитывает все изменения на перекрестке и принимает оптимальное решение. В результате увеличивается пропускная способность магистралей, уменьшается загазованность воздуха.

В Каунасском политехническом институте создали ультразвуковой локатор, который не только регистрирует все промчавшиеся мимо автомобили, но и различает их по размерам. В сторону дороги локатор излучает акустические импульсы. Отражаясь от появившейся машины, они регистрируются двумя счетчиками: один «запоминает» все легковые автомобили, другой учитывает только грузовики и автобусы.

Английская фирма «Софиэр» разработала ультразвуковое противоугонное устройство, обеспечивающее защиту автомобилей и других транспортных средств даже при незакрытых дверцах и открытых окнах. В этом устройстве на основе использования локационных принципов формируются звуковые сигналы тревоги при попытке проникновения в контролируемый им автомобиль и даже если через его открытое окно протянется рука. Уровень чувствительности устройства можно регулировать и снабжать его специальными фильтрами., предотвращающими срабатывание звуковой сигнализации под воздействием небольших возмущений, например, при попадании птиц или насекомых в салон автомобиля. В устройстве имеется встроенное реле, которое позволяет владельцу в течение 30–40 с покинуть автомобиль и затем автоматически переключаться в режим контроля. Если при сигнале тревоги нарушитель быстро удаляется из автомобиля, противоугонное устройство продолжает вырабатывать сигналы тревоги еще 15 с, а затем выключается. Если же нарушитель остается в автомобиле, устройство продолжает формировать импульсные звуковые сигналы в течение практически неограниченного времени.

Вот еще одна ультразвуковая новинка, связанная с автомобилистами. Немыслимые повороты шеи и корпуса при движении машины задним ходом не по душе каждому автолюбителю. Для тех, кому это вконец надоело, японские конструкторы предлагают специальное устройство обнаружения препятствия при езде задним ходом. Закрепленный на заднем бампере ультразвуковой приемопередатчик отслеживает препятствие, рассчитывает расстояние до него, а результаты расчетов воспроизводятся на индикаторе.

Ультразвук успешно выполняет обязанности сторожа. Он «стоит» на посту в закрытых помещениях — магазинах, складах и т. п. Внешне аппарат похож на тысячи других. Стоит пройти человеку между датчиком и приемником, как начинает мигать лампочка, и через секунду в тишине раздается пронзительный сигнал сирены. Свойство ультразвука чутко реагировать на малейшее изменение среды используется в промышленности и быту. Например, ультразвук автоматически включает сигнал, если в помещении запахло гарью или газом.

У ультразвука есть и другая охранная специальность. Одна из итальянских фирм наладила производство ультразвуковых аппаратов для борьбы с мышеобразными грызунами в хранилищах и других помещениях. Посылая ультразвуковые волны, аппарат быстро изгоняет из помещения мышей и крыс. Активная зона действия ультразвукового аппарата составляет около 250 м². Фирма поставляет и набор аппаратов с центральным пунктом управления, позволяющим охватить несколько помещений площадью более 2000 м². В организме грызунов, подвергающихся длительному воздействию ультразвуковых волн, происходят необратимые физиологические изменения. В результате у них снижается способность к размножению, а в некоторых случаях наступает смерть.

Японская фирма «Исикудзаки Томару» разработала принципиально новый способ борьбы с бытовыми насекомыми паразитами. Создан ультразвуковой аппарат, который, генерируя высокие и ультравысокие звуковые колебания, уничтожает клопов, тараканов, моль, муравьев и других насекомых. Аппарат с условным названием «Омне» работает от бытовой электросети. «Ом-не» достаточно включить на 25–30 мин, плотно закрыть окна, двери и оставить помещение. В квартире надоедливых насекомых уже не будет.

Мы уже упоминали, что собаки воспринимают ультразвук. Часто случается, что собака, оставленная дома одна, громко лает, скулит, волнуясь без хозяина. Естественно, что это не очень-то нравится соседям. В Германии выпускают устройство для отучения собак от этой привычки, которое называется ПСТ-1. В ответ на любой громкий звук (в том числе и на лай) устройство издает ультразвуковой сигнал, не слышимый для людей, но очень неприятный для собаки. Кроме того, включается магнитофон, «восклицающий» «тихо!». Обычно за несколько дней собака приучается вести себя тихо. Поэтому прибор, как правило, не приобретают, а берут напрокат. Изобретатели создали малогабаритный карманный прибор «Догчейзер» с питанием от батарейки для отпугивания агрессивных собак в случае их нападения на человека. При нажатии кнопки прибора, собака вначале неожиданно останавливается потом поворачивается и уходит прочь.

А вот уже совсем неожиданная область применения ультразвука — предупреждение несчастных случаев в плавательных бассейнах. Если на трусах каждого пловца укрепить крошечный передатчик, непрерывно излучающий радиосигналы, а на дно бассейна уложить антенны, имеющие форму плоских квадратов, то при каждом нырянии купающегося возникает предупредительный сигнал. При этом точно известно, в каком квадрате нырнул человек и сколько времени он пробыл под водой. Но эта система удобна только для бассейнов. Для открытых же водоемов она совершенно непригодна, так как, конечно, невозможно устлать морское или речное дно бесчисленными антеннами. Задачу решили иным путем. К купальному костюму вместо радиопередатчика прикрепили миниатюрный ультразвуковой генератор, источником питания которого служит батарейка «Крона». Поскольку нахождение человека под водой более 60 с считается опасным, реле выдержки времени настроено именно на эту величину. Стоит человеку пробыть под водой одну минуту, реле включает генератор, и ультразвуковые колебания достигают расположенного на берегу приемника, чувствительные элементы которого, выполненные из титаната бария, опущены в воду. Приняв сигнал бедствия, приемник включает сирену.

В нашей стране многие реки перекрыты высокими плотинами гидростанций, что затрудняет прохождение рыбы к местам нерестилищ. Различные подъемные устройства и системы оказались малоэффективными: рыба, повинуясь инстинкту, упорно стремится пройти там, где неизбежно должна погибнуть в бурном потоке воды, вращающем лопасти турбин. Ограждать опасные для нее участки сетями сложно и дорого, да и это не решает основной проблемы — проблемы нерестилищ. Выход из этого положения один — нужно, прежде всего, проследить, по каким путям рыба идет на нерест. На нескольких осетрах укрепили миниатюрные ультразвуковые передатчики и выпустили на свободу. На Волгоградской ГЭС по сигналам передатчиков было установлено, что рыба движется на нерест старым руслом Волги, в то время как рыбоподъемник был построен с некоторым смещением. Отсюда вывод: рыбоподъемник надо устанавливать на «традиционных» путях движения рыбы к нерестилищам.

На Черном и Азовском морях, на Рыбинском и Истринском водохранилищах, на озере Сенеж постоянно ведутся записи рыбьих голосов. Для этого в воду на определенные глубины опускаются чувствительные приемники. После анализа записанных звуков нужные отбирают и через передающие устройства излучают в воду. На рыбах пробуют разные звуки: усиленные и обычные, «рыбьи разговоры» и их имитацию. Включаются однотонные записи и импульсные с целью определить, каких звуков рыбы боятся, какие их успокаивают и какие привлекают. Все это делается для того, чтобы научиться управлять поведением рыб и сохранять им жизнь, тем самым, увеличивая природные рыбные запасы рек и морей.

Если на морях, реках, водоемах ультразвук нужен для «приглашения» рыб в нужные места, то в воздухе его применили с обратной целью — для отпугивания пернатых. Известны многочисленные случаи авиационных катастроф, причиной которых были птицы. Английские конструкторы изобрели специальные ультразвуковое «пугало», предназначенное для отпугивания птиц от летящих самолетов. «Пугало» представляет собой ультразвуковую сирену, которая излучает по направлению полета самолета ультразвуковые сигналы, напоминающие звуки пернатых хищников. Как уже говорилось, этот же принцип — отпугивание — использован на сельскохозяйственных полях для избавления от вредных насекомых.

Оригинальное применение ультразвуку нашла одна из немецких компаний, сделав ультразвуковое устройство для открывания и закрывания водопроводного крана. Эта новинка предназначена для медицинских учреждений, поскольку позволяет врачам не прикасаться рукой к водопроводному крану, обеспечивая тем самым максимальную стерильность. Устройство состоит из ультразвукового передатчика, приемника, усилителя, термостата и магнитного клапана для пуска и остановки воды. Монтируется оно на стене в специальном блоке. Передатчик посылает направленный сигнал с определенной частотой. Чувствительность у приемника такая, что реагирует он только на сигнал, отраженный от предмета, который находится в нескольких сантиметрах под краном.

Металлообработчикам хорошо известно, сколько неприятностей вызывает, на первый взгляд, незначительное обстоятельства: нагревшаяся при обработке деталь несколько расширяется. В производстве, где точность измеряется микронами, приходится снимать деталь со станка и ждать, пока она остынет, чтобы ее температура была одинаковой с температурой измерительного инструмента, ибо измерение детали в горячем состоянии может привести к ошибкам. Теперь рабочему не нужно снимать деталь со станка, достаточно лишь взять специальную ультразвуковую линейку и измерить ею деталь прямо на станке. Устройство линейки следующее. Обычный кристалл кварца (пьезоэлектрик) излучает ультразвуковые колебания в прозрачный волновод из оргстекла. Туда же направляется и световой поток. Ультразвуковые волны нарушают однородность светового потока, создавая в нем участки разной плотности. Каждые 0,2 мм плотный участок чередуется с разряженным. Это и есть шкала линейки. Изменяя частоту колебаний, излучаемых пьезоэлектриком, можно увеличивать или уменьшать длину плотных и разреженных участков, меняя тем самым цену деления линейки в пределах 5–10 %.