Pigūs hidrofonai ir ultragarsinis keitiklis: 6 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:47

Ar norite įrašyti kalbančius delfinus ar banginius? Arba sukurti povandeninę akustinę komunikacijos sistemą? Gerai, mes jus išmokysime „kaip“.

Pradėkime nuo pagrindinio dalyko: antenos. Jei kasdieniame gyvenime garsui skleisti naudojame garsiakalbius (pvz., Nešiojamąjį kompiuterį ar automobilį), o garsui įrašyti - mikrofoną, tai skubu jus pamaloninti: po vandeniu skleidžiamą garsą (sakome „spinduliavimas“) ir garso įrašymą dažnai atlieka tas pats prietaisas, kuris vadinamas povandenine akustine (hidroakustine) antena, arba hidrofonas (jei tai tik priėmimo įrenginys), arba keitiklis, jei jis veikia abiem kryptimis.

Daugeliu atvejų hidroakustinę anteną sudaro vienas ar keli pjezoelektriniai elementai: plokštės, diskai, žiedai, vamzdeliai, rutuliai, pusrutuliai ir kt.

Pjezo elementai turi vadinamąjį pjezoelektrinį efektą. Jei elementui taikomas kintamasis elektros signalas, elementas pradeda svyruoti, o jei elementas svyruoja, pavyzdžiui, dėl akustinės bangos, tada ant jo pradedamas generuoti kintamasis elektros signalas.

Todėl pjezoelektrinis elementas elektros signalą paverčia akustinėmis bangomis (mechaninėmis vibracijomis) ir atvirkščiai - akustines bangas į elektrinį signalą.

Kaip sakoma: teorija be praktikos yra mirusi! Negaiškime laiko ir pasidarykime porą hidroakustinių antenų.

1 žingsnis: medžiagų sąrašas

Medžiagos, kurių mums reikia:

• pora zo35 mm pjezo garsinių signalų („Aliexpress“nusipirkome 10 vienetų už 1,5 USD)
• 10 metrų ilgio RG-174 kabelio
• dvi lizdinės 3,5 mm stereo jungtys
• varinė / žalvarinė / nerūdijančioji plokštė 50x100 mm pločio 1-2 mm storio
• epoksidiniai klijai
• silikono sandariklis (ne acto)
• lydmetalis ir srautas
• alkoholis riebalų šalinimui
• bet kokie du rezistoriai, kurių vardinės vertės yra ~ 100Ω ir 470-1000 kΩ (mes paėmėme 0,25 W MF25)
• du diodai 1N4934
• nailono siūlai

Priemonės:

• gręžtuvas ir grąžtai Ф3 mm ir 2,5 mm (varinei plokštei gręžti)
• pjūklas arba „dremel“(varinei plokštei nupjauti)
• švitrinis popierius 200-600 grūdų (varinei plokštei valyti)
• peilis, vielos pjaustytuvai (laidams nuimti)
• lituoklio arba PCB perdirbimo stotis
• dantų mentele silantui išlyginti

2 žingsnis: labai paprasta grandinė

Tiesiog nėra gera mintis tiesiogiai prijungti pjezo elementą prie garso plokštės, nešiojamojo kompiuterio ar planšetinio kompiuterio.

Pirma, pjezoelektrinis elementas gali sukaupti pakankamai didelį krūvį, kuris prijungus gali sugadinti elektroniką.

Antra, kai prijungtas prie garso plokštės linijos ar mikrofono įvesties, turite apsaugoti garso plokštės įvesties kaskadą.

Kad neprijungta antena nekauptų krūvio, lygiagrečiai uždedame 0,5-1 MΩ (R1) rezistorių.

Priimančioje antenoje, norėdami apriboti maksimalią įtampą, galite surinkti paprasčiausią slenksčio ribotuvą iš diodų D1, D2 ir rezistoriaus 100Ω (R2). Kaip diodai, mes naudojome 1N4934, o kaip rezistorius R1, R2 - MF25 (R1 470 kOhm).

Atminkite, kad jei planuojate priėmimo anteną prijungti prie mikrofono įvesties (o ne prie vienos linijos), jums papildomai reikės kondensatoriaus C1, kurio nominali vertė yra 0,1.. 1 uF, priešingu atveju garso plokštės tiekiama galia prie elektreto mikrofono bus trumpas jungimas per diodą D1.

3 žingsnis: Antenos projektavimas

Pačius pjezo elementus reikia klijuoti prie metalinių plokščių epoksidine danga. Tai sumažins pjezoelektrinio elemento rezonansinį dažnį (pridedant nesuspaustą masę).

Be to, kai viena pusė yra priklijuota prie standžios metalinės plokštės, pjezoelektrinis elementas negalės susitraukti ir ištempti ir turės sulenkti. To mums ir reikia.

• Mes išpjovėme dvi kvadratines 50 x 50 mm plokštes ir išgręžėme kabelio skyles (3 mm skersmens) ir dvi skyles kabeliui tvirtinti plonu nailono siūlu, pasirodė taip, kaip nuotraukoje
• Antenos gavo du 3 metrų gabalus nuo įsigyto 10 metrų ilgio kabelio, likusi dalis liko rezerve
• Kabelį suvyniojame į skylę, jo centrinę šerdį prilijuojame prie pjezoelektrinio elemento metalizavimo sluoksnio, o ekraną - prie metalinio pagrindo. Lygiagrečiai, kaip susitarėme, lituojame 470 kΩ rezistorių.
• Išvalome kitą kabelio galą ir surenkame jungtį: lituokite centrinę šerdį prie centrinio kontakto (pačio jungties galo), palikite vidurį nepažeistą ir prijunkite jungties korpusą prie kabelio apvalkalo.

Aš visada pamirštu uždėti jungties korpusą ant kabelio ir turiu du kartus viską lituoti. Nekartokite mano klaidos).

Po litavimo labai svarbu išvalyti srautą - ypač pjezoelektrinį elementą. Priešingu atveju srautas laikui bėgant suvalgys litavimą.

Taigi, mes paruošėme dvi antenas (viena iš jų turi slenksčio ribotuvą). Dabar atėjo laikas minkyti epoksidą ir mūvėti latekso pirštines.

4 žingsnis: klijavimas

Prieš klijuojant pjezoelektrinius elementus prie varinių plokščių, abu jie turi būti kruopščiai nušlifuoti ir nuriebalinti alkoholiu (etilo arba izopropilo) arba acetonu.

Nenaudokite nieko kito! Benzinas ar žibalas palieka riebius pėdsakus, kurie pablogina sukibimą.

Verta prisiminti, kad visi darbai su alkoholiais, acetonu ir epoksidu turi būti atliekami gerai vėdinamoje patalpoje, apsaugotomis rankomis ir akimis. Nepamirškite saugos taisyklių!

Mes prisotiname nailono siūlą, kuris laiko kabelį prie plokštės. Norėdami klijuoti pjezoelektrinį elementą prie plokštės, naudokite tik šiek tiek epoksidinių klijų. Nepersistenk! Epoksidas neturėtų patekti į viršų, kitaip polimerizacijos metu jis gali sunaikinti ploną pjezokeramikos sluoksnį, be to, epoksidinė medžiaga blogėja.

Rezultatas turėtų būti kažkas panašaus į nuotraukas. Paprastai epoksidas visiškai polimerizuojasi per 24 valandas. Pavyzdžiui, antenas palikome iki kitos dienos.

5 žingsnis: hidroizoliacija

Ryte atvykę į laboratoriją pirmąją anteną (be slenksčio ribotuvo) prijungėme prie nešiojamojo kompiuterio ausinių lizdo. Jei įjungsite muziką ir atnešite anteną prie ausies, galite įsitikinti, kad bent jau girdimas dažnių diapazonas gana gerai atkuriamas. Yra net boso užuomina, vario pagrindo rezultatas.

Taigi dabar mes turime akustinę skleidžiančią anteną, bet vis dar ne hidroakustinę. Norėdami tai išspręsti, mes dar kartą nuriebalinsime anteną ir padengsime ją plonu sandariklio sluoksniu.

Svarbi pastaba: nenaudokite acetato turinčio sanitarinio sandariklio! Jame esanti acto rūgštis ėsdins lydmetalio jungtis, kabelį ir pjezoelektrinio elemento metalizaciją.

Valtims ir jachtoms rekomenduojame skystą gumą „Kim Tek“. „Pasidaryk pats“iš JAV vietoj sandariklio gali naudoti puikius „Smooth-On“kompanijos poliuretano junginius.

Kad būtų patogiau, medicininį vienkartinį švirkštą pirmiausia užpildome sandarikliu, o po to užtepame ant pjezoelektrinio elemento ir litavimo siūlių.

Užtepę plombą, ją išlyginame dantų mentele arba tuo, kas patogu (net pirštu). Galų gale mes gavome taip, kaip paveikslėlyje.

Jūs neturėtumėte padaryti per storo sandariklio sluoksnio - antena praras jautrumą. Pakanka 1 mm sluoksnio. Lydmetalio jungtis, rezistorius ir diodus atsargiai apsaugokite sandarikliu.

Galinę plokštės pusę galite uždengti sandarikliu - mes tai padarėme ant vienos antenos.

Jei perkeliate rezistorius ir diodus arčiau kabelio, tada pjezoelektrinį elementą bus daug patogiau tepti sandarikliu, o sluoksnis bus lygesnis.

Baigę tokį skulptoriaus darbą, mes vėl paliekame antenas 24 valandoms …

Ir sveikinu! Dabar jūs turite du hidrofonus!

6 veiksmas: paskelbkite scenarijų

Dabar galite patikrinti, ar geros yra naujai sukurtos antenos, tiesiogiai prijungę prie nešiojamojo kompiuterio, planšetinio kompiuterio ar telefono.

Deja, ne visi prietaisai yra draugiški povandeninei akustikai. Dauguma šiuolaikinių garso plokščių turi žemo dažnio filtrus, įeinančius į mikrofoną, mažindami viską, kas viršija 15 kHz. Tačiau kai kurie nešiojamieji kompiuteriai neturi tokių filtrų.

Šie mūsų sukurti hidrofonai ir keitikliai yra tik pradžia: planuojame išleisti instrukcijų seriją apie povandeninį akustinį ryšį ir navigaciją, praneškite mums, jei susidomėjote!