Odav hüdrofon ja ultraheliandur: 6 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:49

Kas soovite salvestada delfiinide või vaalade rääkimist? Või ehitada veealune akustiline sidesüsteem? Ok, me õpetame teile "kuidas".

Alustame peamisest: antennist. Kui igapäevaelus kasutame heli edastamiseks kõlareid (näiteks sülearvutis või autos) ja helisalvestamiseks mikrofoni, siis kiirustan teid rõõmustama: veealust heli (ütleme „kiirgus”) ja helisalvestust teevad sageli sama seade, mida nimetatakse veealuseks akustiliseks (hüdroakustiliseks) antenniks või hüdrofoniks (kui see on ainult vastuvõetav seade), või muundur, kui see töötab mõlemas suunas.

Enamikul juhtudel koosneb hüdroakustiline antenn ühest või mitmest piesoelektrilisest elemendist: plaadid, kettad, rõngad, torud, kerad, poolkerad jne.

Piesoelementidel on nn piesoelektriline efekt. Kui elemendile antakse vahelduv elektrisignaal, hakkab element võnkuma ja kui element võngub näiteks akustilise laine poolt, siis hakkab sellele tekitama vahelduv elektrisignaal.

Seetõttu muudab piesoelektriline element elektrisignaali akustilisteks laineteks (mehaanilisteks vibratsioonideks) ja vastupidi - akustilised lained elektriliseks signaaliks.

Nagu öeldakse: teooria ilma praktikata on surnud! Ärgem raisakem aega ja tehke paar hüdroakustilisi antenne.

Samm: materjalide arve

Materjalid, mida vajame:

• paar piesosummerit Ф35mm (ostsime Aliexpressist 10 tükki 1,5 dollari eest)
• 10-meetrine tükk RG-174 kaablit
• kaks 3,5 mm pistikupesa
• vask / messing / roostevaba plaat 50x100 mm laiune 1-2 mm paksune
• epoksüliim
• silikoontihend (mitte-äädikhape)
• jootmine ja voog
• alkohol rasvatustamiseks
• mis tahes kaks takisti nimiväärtustega ~ 100Ω ja 470-1000 kΩ (võtsime 0,25 W MF25)
• kaks dioodi 1N4934
• nailonist niit

Vahendid:

• puur ja puurid Ф3mm ja 2,5 mm (vaskplaadi puurimiseks)
• rauasaag või dremel (vaskplaadi lõikamiseks)
• 200–600 liivapaber (vaskplaadi puhastamiseks)
• nuga, traadilõikurid (juhtmete eemaldamiseks)
• jootekolb või PCB ümbertöötlusjaam
• hambalabidas hermeetiku tasandamiseks

2. samm: väga lihtne vooluring

Pole lihtsalt hea mõte ühendada piesoelement helikaardi, sülearvuti või tahvelarvutiga otse.

Esiteks võib piesoelektriline element koguda piisavalt suure laengu, mis võib ühendamisel kahjustada elektroonikat.

Teiseks, kui olete ühendatud helikaardi liini- või mikrofonisisendiga, peate kaitsma helikaardi sisendkaskaadi.

Selleks, et ühendamata antenn laengut ei koguneks, paneme sellega paralleelselt vastu takisti 0,5-1 MΩ (R1).

Maksimaalse pinge piiramiseks saate vastuvõtvas antennis dioodidest D1, D2 ja takistist 100Ω (R2) kokku panna kõige lihtsama lävepiiraja. Dioodidena kasutasime 1N4934 ja takistitena R1, R2 võtsime MF25 (R1 470 kOhm).

Pange tähele, et kui kavatsete vastuvõtva antenni ühendada mikrofoni sisendiga (ja mitte esimese liiniga), vajate lisaks kondensaatorit C1, mille nominaalne väärtus on 0,1.. 1 uF, vastasel juhul helikaardi toide. elektreetmikrofoni külge on dioodi D1 kaudu lühis.

Samm: antenni kujundamine

Pietsoelemendid ise tuleb liimida metallplaatidele epoksüüdiga. See vähendab piesoelektrilise elemendi resonantssagedust (kui suspendeerimata mass lisatakse).

Peale selle, kui piesoelektriline element on ühelt poolt liimitud jäiga metallplaadi külge, ei saa see kokku tõmbuda ega venida ning see peab painduma. Seda me vajamegi.

• Lõikasime kaks ruudukujulist plaati 50 x 50 mm ja puurisime kaablile augud (läbimõõduga 3 mm) ja kaks auku kaabli kinnitamiseks õhukese nailonniidiga, selgus nagu fotol
• Antennid said ostetud 10-meetrisest kaablitükist kaks 3-meetrist tükki, ülejäänud jäeti reservi
• Me kerime kaabli auku, jootame selle kesksüdamiku piesoelektrilise elemendi metalliseerimiskihi külge ja ekraani metallalusele. Paralleelselt jootame vastavalt kokkuleppele 470 kΩ takisti.
• Puhastame kaabli teise otsa ja paneme pistiku kokku: jootame kesksüdamiku keskkontakti külge (pistiku otsa), jätame keskosa terveks ja jootame pistiku korpuse kaablikatte külge.

Ma unustan alati pistiku korpuse kaablile panna ja pean kõik kaks korda uuesti jootma. Ärge korrake minu viga).

Pärast jootmist on väga oluline puhastada voog - eriti piesoelektrilisel elemendil. Vastasel juhul sööb voog aja jooksul jootet.

Niisiis, oleme ette valmistanud kaks antenni (ühel neist on lävepiiraja). Nüüd on aeg mudida epoksü ja kanda latekskindaid.

4. samm: liimimine

Enne piesoelektriliste elementide liimimist vaskplaatidele tuleb mõlemad põhjalikult lihvida ja rasvata alkoholiga (etüül või isopropüül) või atsetooniga.

Ärge kasutage midagi muud! Bensiin või petrooleum jätavad rasvaseid jälgi, mis halvendavad haardumist.

Tasub meelde tuletada, et kogu töö alkoholide, atsetooni ja epoksüüdiga tuleks teha hästi ventileeritavas ruumis, käte ja silmade eest kaitstult. Ärge unustage ohutuseeskirju!

Küllastame nailonniidi, mis hoiab kaablit plaadi külge. Piesoelektrilise elemendi plaadile liimimiseks kasutage natuke epoksüliimi. Ärge üle pingutage! Epoksü ei tohiks ülaosale jõuda, vastasel juhul võib see polümerisatsiooni ajal hävitada õhukese piesokeraamikakihi, lisaks halveneb epoksü vees.

Tulemus peaks olema midagi sellist nagu fotodel. Tavaliselt polümeriseerub epoksü täielikult 24 tunni jooksul. Näiteks jätsime oma antennid järgmise päevani.

Samm: veekindlus

Hommikul laborisse jõudes ühendasime esimese antenni (ilma lävepiirajata) sülearvuti kõrvaklappide pesaga. Kui lülitate muusika sisse ja võtate antenni kõrva juurde, võite veenduda, et vähemalt kuuldav sagedusvahemik taasesitab seda üsna hästi. On isegi tunda bassi, vasest aluse tulemus.

Nii et nüüd on meil akustiline saateantenn, kuid siiski mitte hüdroakustiline. Selle parandamiseks peaksime antenni uuesti rasvatustama ja katma õhukese hermeetikukihiga.

Oluline märkus: Ärge kasutage atsetaati sisaldavat hügieenilist hermeetikut! Selles sisalduv äädikhape söövitab jootekohti, kaablit ja piesoelektrilise elemendi metalliseerumist.

Paatidele ja jahtidele soovitame vedelat kummi Kim Tek. Ameerika Ühendriikide isetegijad saavad hermeetiku asemel kasutada ettevõtte Smooth-On suurepäraseid polüuretaanühendeid.

Mugavuse huvides täidame meditsiinilise ühekordselt kasutatava süstla esmalt hermeetikuga ja seejärel rakendame piesoelektrilisele elemendile ja jooteühendustele.

Pärast hermeetiku pealekandmist tasandame selle hambalabidaga või sellega, mis on mugav (isegi sõrmega). Lõpuks saime selle nagu pildil.

Te ei tohiks teha hermeetiku kihti liiga paksuks - antenn kaotab tundlikkuse. 1 mm kiht on täiesti piisav. Kaitske hoolikalt jootekohti, takistid ja dioodid hermeetikuga.

Plaadi tagakülje saate katta hermeetikuga - me tegime seda ühe antenni abil.

Kui teisaldate takistid ja dioodid kaablile lähemale, on piesoelektriline element palju mugavam hermeetikuga määrida ja kiht on ühtlasem.

Pärast seda tüüpi skulptori töö lõpetamist jätame antennid uuesti 24 tunniks….

Ja palju õnne! Nüüd on teil kaks hüdrofoni!

Samm: postitage skript

Nüüd saate kontrollida, kui head on äsja ehitatud antennid, ühendades selle otse sülearvuti, tahvelarvuti või telefoniga.

Kahjuks pole kõik seadmed veealuse akustika suhtes sõbralikud. Enamikul tänapäevastest helikaartidest on mikrofoni sisendis madalpääsfiltrid, mis lõikavad kõike üle 15 kHz. Kuid mõnel sülearvutil pole selliseid filtreid.

Need meie ehitatud hüdrofonid ja andurid on alles algus: kavatseme avaldada seeria juhendeid veealuse akustilise kommunikatsiooni ja navigeerimise kohta, palun andke meile teada, kui olete huvitatud!