Zemu izmaksu hidrofons un ultraskaņas devējs: 6 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

Vai vēlaties ierakstīt delfīnu vai vaļu runu? Vai arī izveidot zemūdens akustisko sakaru sistēmu? Labi, mēs jums iemācīsim “kā”.

Sāksim ar galveno: antenu. Ja ikdienas dzīvē mēs izmantojam skaļruņus (piemēram, klēpjdatorā vai automašīnā) skaņas emisija un mikrofonu skaņas ierakstīšanai, tad es steidzos jūs iepriecināt: skaņu, kas pārraida zem ūdens (mēs sakām “starojums”) un skaņas ierakstīšanu bieži veic tā pati ierīce, ko sauc par zemūdens akustisko (hidroakustisko) antenu, vai hidrofons (ja tā ir tikai uztveršanas ierīce), vai devējs, ja tā darbojas abos virzienos.

Lielākajā daļā gadījumu hidroakustiskā antena sastāv no viena vai vairākiem pjezoelektriskiem elementiem: plāksnēm, diskiem, gredzeniem, caurulēm, sfērām, puslodēm utt.

Pjezoelementiem ir tā sauktais pjezoelektriskais efekts. Ja elementam tiek pielietots mainīgs elektriskais signāls, elements sāk svārstīties, un, ja elements svārstās, piemēram, ar akustisku viļņu, tad uz tā sāk ģenerēt mainīgu elektrisko signālu.

Tāpēc pjezoelektriskais elements elektrisko signālu pārvērš akustiskos viļņos (mehāniskās vibrācijas) un otrādi - akustiskos viļņus elektriskā signālā.

Kā saka: teorija bez prakses ir mirusi! Netērēsim laiku un izgatavosim hidroakustisko antenu pāri.

1. darbība: materiālu saraksts

Materiāli, kas mums nepieciešami:

• pāris pjezo signālu Ф35 mm (Aliexpress iegādājāmies 10 gabalus par 1,5 USD)
• 10 metru RG-174 kabeļa gabals
• divi 3,5 mm stereo savienotāji
• vara / misiņa / nerūsējošā plāksne 50x100 mm plata 1-2 mm bieza
• epoksīda līme
• silikona hermētiķis (bez etiķa)
• lodēšana un plūsma
• alkohols attaukošanai
• jebkuri divi rezistori ar nominālām vērtībām ~ 100Ω un 470-1000 kΩ (mēs paņēmām 0,25 W MF25)
• divas diodes 1N4934
• neilona pavediens

Instrumenti:

• urbis un urbji Ф3 mm un 2,5 mm (vara plāksnes urbšanai)
• zāģis vai dremel (vara plāksnes griešanai)
• 200–600 smilšpapīrs (vara plāksnes tīrīšanai)
• nazis, stieples griezēji (vadu noņemšanai)
• lodāmurs vai PCB pārstrādes stacija
• zobu lāpstiņa hermētiķa izlīdzināšanai

2. solis: ļoti vienkārša shēma

Vienkārši nav laba ideja tieši pieslēgt pjezo elementu skaņas kartei, klēpjdatoram vai planšetdatoram.

Pirmkārt, pjezoelektriskais elements var uzkrāt pietiekami lielu lādiņu, kas savienojuma laikā var sabojāt elektroniku.

Otrkārt, pieslēdzoties skaņas kartes līnijas vai mikrofona ieejai, ir jāaizsargā skaņas kartes ievades kaskāde.

Lai nepievienotu nesaistītajai antenai lādiņu, paralēli tam uzliekam 0,5-1 MΩ (R1) rezistoru.

Saņemošajā antenā, lai ierobežotu maksimālo spriegumu, jūs varat salikt vienkāršāko sliekšņa ierobežotāju no diodēm D1, D2 un rezistoru 100Ω (R2). Kā diodes mēs izmantojām 1N4934, un kā rezistorus R1, R2 mēs izmantojām MF25 (R1 470 kOhm).

Lūdzu, ņemiet vērā: ja plānojat savienot uztverošo antenu ar mikrofona ieeju (nevis pie pirmās līnijas), jums papildus būs nepieciešams kondensators C1 ar nominālo 0,1.. 1 uF, pretējā gadījumā skaņas kartes piegādāto jaudu. Elektreta mikrofons tiks īsslēgts caur diodi D1.

3. solis: Antenas dizains

Paši pjezo elementi jāpielīmē pie metāla plāksnēm ar epoksīdu. Tas pazeminās pjezoelektriskā elementa rezonanses frekvenci (jo tiek pievienota nesaspiesta masa).

Turklāt, pielīmējot no vienas puses pie cietas metāla plāksnes, pjezoelektriskais elements nespēs savilkties un izstiepties, un tam nāksies saliekties. Tas mums ir vajadzīgs.

• Mēs izgriezām divas kvadrātveida plāksnes 50 x 50 mm un urbām kabeļa caurumus (3 mm diametrā) un divus caurumus kabeļa stiprināšanai ar plānu neilona pavedienu, izrādījās kā fotoattēlā
• Antenas ieguva divus 3 metru gabalus no iegādātā 10 metru kabeļa gabala, pārējais tika atstāts rezervē
• Mēs velmējam kabeli caurumā, pielodējam tā centrālo serdi pie pjezoelektriskā elementa metalizācijas slāņa un sietu pie metāla pamatnes. Paralēli, kā norunāts, mēs lodējam rezistoru 470 kΩ.
• Mēs notīrām kabeļa otru galu un saliekam savienotāju: pielodējam centrālo serdi pie centrālā kontakta (pats savienotāja gals), atstājam neskartu vidējo un pielodējam savienotāja korpusu pie kabeļa apvalka.

Es vienmēr aizmirstu uzlikt kabeļa savienotāja korpusu, un man divas reizes ir jāpārlodē viss. Neatkārtojiet manu kļūdu).

Pēc lodēšanas ir ļoti svarīgi notīrīt plūsmu - īpaši uz pjezoelektriskā elementa. Pretējā gadījumā plūsma laika gaitā apēd lodēšanu.

Tātad, mēs esam sagatavojuši divas antenas (vienai no tām ir sliekšņa ierobežotājs). Tagad ir pienācis laiks mīcīt epoksīdu un valkāt lateksa cimdus.

4. solis: līmēšana

Pirms pjezoelektrisko elementu pielīmēšanas pie vara plāksnēm abus rūpīgi jāslīpē un attauko ar spirtu (etilu vai izopropilu) vai acetonu.

Nelietojiet neko citu! Benzīns vai petroleja atstāj taukainas pēdas, kas pasliktina saķeri.

Ir vērts atcerēties, ka viss darbs ar spirtiem, acetonu un epoksīdu ir jāveic labi vēdināmā telpā, aizsargājot rokas un acis. Nepalaidiet uzmanību drošības noteikumiem!

Mēs piesātinām neilona pavedienu, kas tur kabeli pie plāksnes. Lai pielīmētu pjezoelektrisko elementu pie plāksnes, izmantojiet tikai nedaudz epoksīda līmes. Nepārspīlējiet! Epoksīdam nevajadzētu nokļūt augšpusē, pretējā gadījumā polimerizācijas laikā tas var iznīcināt plānu pjezoceramikas slāni, kā arī epoksīdsveķis pasliktinās ūdenī.

Rezultātam vajadzētu būt līdzīgam fotoattēliem. Parasti epoksīds pilnībā polimerizējas 24 stundu laikā. Mēs, piemēram, atstājām savas antenas līdz nākamajai dienai.

5. solis: hidroizolācija

Kad no rīta ieradāmies laboratorijā, mēs savienojām pirmo antenu (bez sliekšņa ierobežotāja) ar klēpjdatora austiņu ligzdu. Ja ieslēdzat mūziku un pievelkat antenu pie auss, varat pārliecināties, ka vismaz dzirdamais frekvenču diapazons to atveido diezgan labi. Ir pat mājiens par basiem, vara bāzes rezultāts.

Tātad tagad mums ir akustiskā raidošā antena, bet joprojām nav hidroakustiskā. Lai to novērstu, mums vajadzētu atkal attaukot antenu un pārklāt to ar plānu hermētiķa slāni.

Svarīga piezīme: Nelietojiet acetātu saturošu higiēnisko hermētiķi! Tajā esošā etiķskābe korodēs lodēšanas savienojumus, kabeli un pjezoelektriskā elementa metalizāciju.

Laivām un jahtām iesakām Kim Tek šķidro gumiju. DIY meistari no ASV hermētiķa vietā var izmantot uzņēmuma Smooth-On izcilos poliuretāna savienojumus.

Ērtības labad medicīnisko vienreiz lietojamo šļirci vispirms piepildām ar hermētiķi un pēc tam uzklājam uz pjezoelektriskā elementa un lodēšanas savienojumiem.

Pēc hermētiķa uzklāšanas mēs to izlīdzinām ar zobu lāpstiņu vai ar to, kas ir ērti (pat ar pirkstu). Beigās sanāca tā, kā attēlā.

Jums nevajadzētu padarīt blīvu hermētiķa slāni pārāk biezu - antena zaudēs jutību. Pilnīgi pietiek ar 1 mm slāni. Uzmanīgi aizsargājiet lodēšanas savienojumus, rezistorus un diodes ar hermētiķi.

Jūs varat pārklāt plāksnes aizmuguri ar hermētiķi - mēs to darījām uz vienas antenas.

Ja jūs pārvietojat rezistorus un diodes tuvāk kabelim, tad pjezoelektrisko elementu būs daudz ērtāk smērēt ar hermētiķi, un slānis būs gludāks.

Pēc šāda tēlnieka darba pabeigšanas mēs atkal atstājam antenas uz 24 stundām.

Un apsveicu! Tagad jums ir divi hidrofoni!

6. darbība: ievietojiet skriptu

Tagad varat pārbaudīt, cik labas ir jaunizveidotās antenas, savienojot to tieši ar klēpjdatoru, planšetdatoru vai tālruni.

Diemžēl ne visas ierīces ir draudzīgas zemūdens akustikai. Lielākajai daļai mūsdienu skaņas karšu mikrofona ieejā ir zemas caurlaidības filtri, kas samazina visu virs 15 kHz. Bet dažiem klēpjdatoriem nav šādu filtru.

Šie mūsu uzbūvētie hidrofoni un devēji ir tikai sākums: mēs plānojam publicēt instrukciju sēriju par zemūdens akustisko komunikāciju un navigāciju, lūdzu, informējiet mūs, ja jūs tas interesē!