Goedkoop hidrofoon en ultrasoniese omvormer: 6 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:26

Wil u dolfyne of walvisse opneem wat praat? Of bou 'n onderwater akoestiese kommunikasiestelsel? Ok, ons gaan jou leer hoe om dit te doen.

Kom ons begin met die belangrikste ding: antenna. As ons in die alledaagse lewe luidsprekers (soos in u skootrekenaar of motor) gebruik vir klankuitstoot en 'n mikrofoon vir klankopname, dan haas ek u om te behaag: klank wat onder water oorgedra word (ons sê "bestraling") en klankopname word gereeld uitgevoer deur dieselfde toestel, wat 'n onderwater akoestiese (hidroakustiese) antenna genoem word, of hidrofoon (as dit slegs 'n ontvangstoestel is), of transducer as dit beide kante werk.

In die oorgrote meerderheid van die gevalle bestaan 'n hidroakustiese antenna uit een of meer piëzo -elektriese elemente: plate, skywe, ringe, buise, sfere, halfronde, ens.

Piezo-elemente het die sogenaamde piëzo-elektriese effek. As 'n afwisselende elektriese sein op 'n element toegedien word, begin die element ossilleer, en as die element byvoorbeeld deur 'n akoestiese golf ossilleer, begin 'n afwisselende elektriese sein daarop word.

Daarom omskakel die piëzo -elektriese element 'n elektriese sein in akoestiese golwe (meganiese trillings) en omgekeerd - akoestiese golwe in 'n elektriese sein.

Soos die spreekwoord lui: teorie sonder praktyk is dood! Laat ons nie tyd mors nie en 'n paar hidroakustiese antennas maak.

Stap 1: Staatsbrief

Materiaal wat ons benodig:

• 'n paar piezo -gonsers Ф35mm (ons het 10 stukke vir $ 1,5 op Aliexpress gekoop)
• 'n stuk RG-174-kabel van 10 meter
• twee jack 3,5 mm stereo -aansluitings
• koper / koper / vlekvrye plaat 50x100 mm breed 1-2 mm dik
• epoksiegom
• silikoon seëlaar (nie-asyn)
• soldeer en vloed
• alkohol vir ontvetting
• enige twee weerstande met nominale waardes ~ 100Ω en 470-1000 kΩ (ons het 0,25 W MF25 geneem)
• twee diodes 1N4934
• nylon draad

Instrumente:

• boor en boor Ф3mm en 2,5 mm (om koperplaat te boor)
• ystersaag of dremel (om 'n koperplaat te sny)
• skuurpapier 200-600 korrel (om koperplaat skoon te maak)
• mes, draadsnyers (om drade af te trek)
• soldeerbout of PCB herwerkstasie
• tandspatel vir die gelykmaak van seëlmiddel

Stap 2: Baie maklike stroombaan

Dit is net nie 'n goeie idee om 'n piëzo -element direk aan 'n klankkaart, skootrekenaar of tablet te koppel nie.

Eerstens kan die piëzo -elektriese element 'n groot genoeg lading ophoop wat die elektronika kan beskadig as dit gekoppel is.

Tweedens, as u aan 'n lyn- of mikrofoon -ingang van 'n klankkaart gekoppel is, moet u die ingangskaskade van die klankkaart beskerm.

Om te voorkom dat die ontkoppelde antenna lading ophoop, plaas ons 'n weerstand van 0,5-1 MΩ (R1) parallel daarmee.

In die ontvangsantenne om die maksimum spanning te beperk, kan u die eenvoudigste drempelbegrenzer saamstel uit die diodes D1, D2 en die weerstand 100Ω (R2). As diodes het ons 1N4934 gebruik en as weerstande R1, R2 het ons MF25 (R1 470 kOhm) geneem.

Let asseblief daarop dat as u van plan is om die ontvangende antenna aan die mikrofoon -ingang te koppel (en nie aan die lynlyn nie), u ook 'n kapasitor C1 met 'n nominale 0.1.. 1 uF benodig, andersins die krag wat deur die klankkaart verskaf word. na die elektretmikrofoon sal deur die diode D1 kortsluit word.

Stap 3: Ontwerp van die antenna

Piezo -elemente moet self met epoksy op metaalplate vasgeplak word. Dit sal die resonante frekwensie van die piëzo -elektriese element verlaag (namate die onopgeskorte massa bygevoeg word).

Deur die eenkant aan 'n stewige metaalplaat vasgeplak te word, kan die piëzo -elektriese element nie saamtrek en rek nie, en dit moet buig. Dit is wat ons nodig het.

• Ons sny twee vierkantige borde 50 x 50 mm en boor gate vir die kabel (3 mm in deursnee) en twee gate vir die bevestiging van die kabel met 'n dun nylondraad, dit lyk soos op die foto
• Antennas het twee stukke van 3 meter van die gekoopte kabel van 10 meter gekry, die res is in reserwe gelaat
• Ons draai die kabel in die gat, soldeer die sentrale kern daarvan aan die metalliseringslaag van die piëzo -elektriese element en die skerm aan die metaalbasis. Terselfdertyd, soos ooreengekom, soldeer ons 'n weerstand van 470 kΩ.
• Ons maak die ander kant van die kabel skoon en monteer die connector: soldeer die sentrale kern aan die sentrale kontak (die punt van die connector), laat die middelste ongeskonde en soldeer die connector body aan die kabelmantel.

Ek vergeet altyd om die aansluiting op die kabel te plaas, en ek moet alles twee keer weer soldeer. Moenie my fout herhaal nie).

Na soldeer is dit baie belangrik om die vloeistof skoon te maak - veral op die piëzo -elektriese element. Anders sal die vloei na verloop van tyd die soldeer vreet.

Ons het dus twee antennas voorberei (een van hulle het 'n drempelbeperking). Dit is nou die tyd om die epoxy te knie en latexhandskoene te dra.

Stap 4: Plak

Voordat die piëzo -elektriese elemente aan die koperplate geplak word, moet albei deeglik geskuur en ontvet word met alkohol (etiel of isopropyl) of asetoon.

Moet niks anders gebruik nie! Petrol of petroleum laat vetterige spore agter wat die hechting benadeel.

Dit is die moeite werd om te onthou dat alle werk met alkohol, asetoon en epoxy in 'n goed geventileerde kamer met u hande en oë beskerm moet word. Moenie die veiligheidsreëls nalaat nie!

Ons versadig die nylondraad wat die kabel aan die bord hou. Gebruik slegs 'n bietjie epoksiegom om die piëzo -elektriese element op die bord vas te plak. Moenie dit oordryf nie! Die epoksie moet nie bo kom nie, anders kan dit 'n dun laag piëzo -keramiek tydens polimerisasie vernietig, plus dat die epoksie agteruitgaan in water.

Die resultaat moet iets soos op die foto's wees. Gewoonlik polimeriseer epoksie binne 24 uur heeltemal. Ons het byvoorbeeld ons antennas verlaat tot die volgende dag.

Stap 5: Waterdigtheid

Toe ons die oggend by die laboratorium aankom, het ons die eerste antenna (sonder 'n drempelbegrenzer) aan die koptelefoonaansluiting van die skootrekenaar gekoppel. As u die musiek aanskakel en die antenna na u oor bring, kan u seker maak dat dit ten minste die hoorbare frekwensiebereik redelik goed weergee. Daar is selfs 'n sweempie bas, die resultaat van die koperbasis.

Ons het nou 'n akoestiese senderantenne, maar nog steeds nie 'n hidroakustiese antenna nie. Om dit reg te stel, moet ons die antenna weer ontvet en dit bedek met 'n dun laag seëlaar.

Belangrike opmerking: Moenie die asetaatbevattende sanitêre seëlmiddel gebruik nie! Die asynsuur daarin bevat die soldeerverbindings, die kabel en die metallisering van die piëzo -elektriese element.

Ons beveel Kim Tek vloeibare rubber aan vir bote en seiljagte. DIY-werkers uit die Verenigde State kan die uitstekende poliuretaanverbindings van die Smooth-On-onderneming gebruik in plaas van seëlmiddel.

Vir ons gemak vul ons eers die mediese weggooispuit met seëlmiddel en pas dit dan op die piëzo -elektriese element en soldeerverbindings toe.

Nadat ons die seëlmiddel aangebring het, maak ons dit gelyk met 'n tandspatel of met wat dit gerieflik is (selfs met 'n vinger). Uiteindelik het ons dit gekry soos op die foto.

U moet nie 'n laag seëlmiddel te dik maak nie - die antenna verloor sensitiwiteit. 'N Laag van 1 mm is absoluut voldoende. Beskerm soldeerverbindings, weerstande en diodes versigtig met seëlaar.

U kan die agterkant van die bord bedek met 'n seëlmiddel - ons het dit op een antenna gedoen.

As u die weerstande en diodes nader aan die kabel skuif, is die piëzo -elektriese element baie makliker om met 'n seëlmiddel te smeer, en die laag sal gladder wees.

Na die voltooiing van hierdie soort beeldhouerwerk, verlaat ons weer die antennas vir 24 uur …

En baie geluk! Nou het u twee hidrofone!

Stap 6: Plaas Scriptum

U kan nou kyk hoe goed die nuutgeboude antennas is deur dit direk aan u skootrekenaar, tablet of telefoon te koppel.

Ongelukkig is nie alle toestelle geskik vir onderwater akoestiek nie. Die meeste moderne klankkaarte het lae-pasfilters in mikrofooninvoer, wat alles bo 15 kHz sny. Maar sommige skootrekenaars het nie sulke filters nie.

Hierdie hidrofoon en transducer wat ons gebou het, is slegs 'n begin: ons beplan om 'n reeks instruksies oor onderwater akoestiese kommunikasie en navigasie te publiseer, laat weet ons as u belangstel!