ОПТОУЛЬТРАЗВУКОВЫЕ КАНАЛЫ СВЯЗИ

Бехруз Бадридинович Саидов, Владимир Федорович Тележкин

Аннотация


Ультразвук широко используется в различных приложениях, таких как мониторинг состояния конструкций, биомедицинская ультразвуковая визуализация, приемо-передача информации (данных). Ультразвуковые приемо-передатчики являются одной из современных систем коммуникации как на ближнем, так и удаленном доступе. Действительно, технология процесса передачи информации с помощью каналов связи на основе ультразвуковых (УЗ) колебаний и физической реализации передачи с помощью оптоволокна находят большое применение в условиях конфиденциальности обработки данных. При этом потребности беспроводной и проводной коммуникации потребовали разработку более совершенных приложений (программ, аппаратных решений). В частности, возникли новые проблемные вызовы, требующие, чтобы приемо-передатчики имели высокую частоту, широкую полосу пропускания и компактные размеры. Цель исследования. Рассмотреть подход «технология –
оптоультразвук», применяемый в каналах приемо-передачи данных. Эта технология предполагает генерацию ультразвука импульсом с помощью оптико-акустического эффекта, с последующим приемом и обработкой УЗ-колебаний. Оптические ультразвуковые приемо-передатчики, основанные на фотоакустическом (УЗ) принципе действия, имеют большой потенциал, в частности, для получения необходимой (супервысокой) частоты передаваемого сигнала; широкой полосы пропускания (быстродействие); простоты использования в качестве приемо-передатчиков; не высокую стоимость изготовления. Материалы и методы. Были исследованы различные методы спектрального анализа (Фурье и Вейвлет), позволяющие обеспечить достижения поставленной выше цели. Результаты. По сравнению с традиционными технологиями приемо-передачи информации оптические ультразвуковые приемо-передатчики обеспечивают высокочастотную связь, широкую полосу пропускания и компактные размеры. Заключение. В работе исследованы методы спектрального анализа (Фурье и Вейвлет) и предложены на их основе возможные варианты реализацииоптических ультразвуковых приемо-передатчиков, которые могут генерировать ультразвуковые импульсы с длительностью в масштабе наносекунд с помощью сверхбыстрого лазера и принимать с высокой степенью защищенности конфиденциальные данные. При этом комбинируя принцип генерации фотоакустического ультразвука с применением оптоволокна, можно получить компактные и недорогие ультразвуковые приемо-передатчики.

Ключевые слова


ультразвук, приемники и передатчики (генерация) информации, данные, каналы связи, опто-волокно, полоса пропускания, технология, лазерный ультразвук, датчики, оптико-акустический эффект

Полный текст:

PDF

Литература


Filonenko V., Cullen C., Carswell J. Investigating Ultrasonic Positioning on Mobile Phones.

International Conference on Indoor Positioning and Indoor Navigation (IPIN), 2010, pp. 15–17.

Marina M.D., Norziana J., Jacentha M. Indoor positioning: technology comparison analysis.

International Journal of Engineering & Technology, 2018, no. 7, pp. 133–137.

Rosenthal A., Razansky D., Ntziachristos V. High-Sensitivity Compact Ultrasonic Detector Based on a Pi-Phase-Shifted Fiber Bragg Grating. Opt. Lett, 2011, no. 36, pp. 1833–1835.

Keda Y.K., Yoshihiro O., Hiroshi U. International standard of infrared data communication,

IrDA. Shapu Giho/Sharp Technical Journal, 1997, no. 68, pp. 11–17.

Saidov B.B., Tambovtsev V.I., Prokopov I.I. Spectrum Transformation of an Amplitude-Modulated Signal on an Ohmic Nonlinear Element. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Computer Technologies, Automatic Control, Radio Electronics, 2020, vol. 20, no. 1, pp. 71–78. DOI: 10.14529/ctcr200107

Brodie G., Qiu Y., Cochran S., Spalding G., MacDonald M. Optically Transparent Piezoelec-tric Transducer for Ultrasonic Particle Manipulation. IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control, 2014, no. 61, pp. 389–391.

Qiu Y. Piezoelectric Micromachined Ultrasound Transducer (PMUT) Arrays for Integrated Sen¬sing, Actuation and Imaging. Sensors, 2015, no. 15, pp. 8020–8041.

Nakrop J., Sodsai W., Prasit N., Atipong S. Security System against Asset Theft by Using Ra-dio Frequency Identification Technology. 5Th International Conference on Electrical Engi-neering / Electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology, 2008, pp. 761–764.

Elfes A. Sonar-Based Real-World Mapping and Navigation. IEEE J. Robot. Automat, 1987,

vol. 3, pp. 249–265.

Jarvis R.A. A Perspective on Range finding Techniques for Computer Vision. IEEE Trans. Pattern Anal. Mach. Intell, 1983, vol. 2, pp. 122–139.

Saad M.M., Bleakley C.J,. Dobson S. Robust High-Accuracy Ultrasonic Range Measurement System. IEEE Trans. Instrum. Meas, 2011, vol. 60, pp. 3334–3341.

Zhou Q., Lau S., Wu D., Shung K.K. Piezoelectric Films for High Frequency Ultrasonic Transducers in Biomedical Applications. Prog. Mater Sci., 2011, no. 56, pp. 139–174.

Biagi E., Margheri F., Menichelli D. Efficient Laser Ultrasound Generation by Using Heavily Absorbing Films as Targets. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 2001, vol. 48, no. 6, pp. 1669–1680.

Wissmeyer G., Soliman D., Shnaiderman R., Rosenthal A., Ntziachristos V. All-Optical Opto-acoustic Microscope Based on Wideband Pulse Interferometry. Opt. Lett, 2016, no. 41, pp. 1953–1956.

Taruttis A., Ntziachristos V. Advances in Real-Time Multispectral Optoacoustic Imaging and Its Applications. Nat. Phot, 2015, no. 9, pp. 219–227.

Ntziachristos V. Going Deeper than Microscopy: the Optical Imaging Frontier in Biology.

Nat. Methods, 2010, no. 7, pp. 603–614.

Beard P. Biomedical Photo Acoustic Imaging. Interface Focus, 2011, no. 1, pp. 602–631.

Strohm E.M., Moore M.J., Kolios M.C. High Resolution Ultrasound and Photo Acoustic Imag-ing of Single Cells. Photo Acoustics, 2016, no. 4, pp. 36–42.

Darold W., Ming Z., Bhooma S. An Ultrasonic. Optical Pulse Sensor for Precise Distance Measurements. Conference Paper, 2005. pp. 1–5.

Hamilton J.D. High Frequency Optoacoustic Arrays Using Etalon Detection. IEEE Trans. Ul-trason. Ferroelectr. Freq. Control, 2000, no. 47, pp. 160–169.

Aggelis D., Barkoula N., Matikas M., Paipetis, T.A. Acoustic Structural Health Monitoring of Composite Materials: Damage Identification and Evaluation in Cross Ply Laminates Using Acoustic Emission and Ultrasonics. Compos. Sci. Technol, 2012, no. 72, pp. 1127–1133.




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/ctcr200406

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.