Transduser Hidrofon dan Ultrasonik kos rendah: 6 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:10

Adakah anda ingin merakam ikan lumba-lumba atau ikan paus? Atau membina sistem komunikasi akustik bawah air? Baiklah, kami akan mengajar anda 'bagaimana'.

Mari kita mulakan dengan perkara utama: antena. Sekiranya dalam kehidupan seharian kita menggunakan pembesar suara (seperti di komputer riba atau kereta anda) untuk mengeluarkan suara dan mikrofon untuk rakaman suara, maka saya tergesa-gesa untuk menggembirakan anda: pemancar suara di bawah air (kita mengatakan "sinaran") dan rakaman suara sering dilakukan oleh peranti yang sama, yang disebut antena akustik bawah air (hidroakustik), atau hidrofon (jika ia adalah peranti penerima sahaja), atau transduser jika berfungsi dua arah.

Dalam sebilangan besar kes, antena hidroakustik terdiri daripada satu atau beberapa elemen piezoelektrik: plat, cakera, cincin, tiub, sfera, hemisfera, dll.

Unsur piezo mempunyai kesan piezoelektrik yang disebut. Sekiranya isyarat elektrik bergantian diterapkan pada elemen, elemen mula berayun, dan jika elemen berayun, misalnya, oleh gelombang akustik, maka isyarat elektrik bergantian mula dihasilkan di atasnya.

Oleh itu, elemen piezoelektrik menukar isyarat elektrik menjadi gelombang akustik (getaran mekanikal) dan sebaliknya - gelombang akustik menjadi isyarat elektrik.

Seperti kata pepatah: teori tanpa praktik mati! Jangan buang masa dan buat sepasang antena hidroakustik.

Langkah 1: Bil Bahan

Bahan yang kita perlukan:

• sepasang bel piezo Ф35mm (kami membeli 10 keping dengan harga $ 1.5 di Aliexpress)
• sekeping kabel RG-174 sepanjang 10 meter
• penyambung stereo dua bicu 3.5 mm
• tembaga / tembaga / plat tahan karat selebar 50x100 mm tebal 1-2 mm
• gam epoksi
• sealant silikon (bukan asetik)
• pateri dan fluks
• alkohol untuk degreasing
• mana-mana dua perintang dengan nilai nominal ~ 100Ω dan 470-1000 kΩ (kami mengambil 0.25 W MF25)
• dua diod 1N4934
• benang nilon

Instrumen:

• gerudi dan gerudi Ф3mm dan 2.5 mm (untuk menggerudi plat tembaga)
• gergaji besi atau dremel (untuk memotong pinggan tembaga)
• kertas pasir 200-600 grit (untuk membersihkan plat tembaga)
• pisau, pemotong wayar (untuk menanggalkan wayar)
• besi pematerian atau stesen kerja semula PCB
• spatula pergigian untuk meratakan sealant

Langkah 2: Litar Sangat Mudah

Bukan idea yang baik untuk menghubungkan elemen piezo ke kad suara, komputer riba atau tablet secara langsung.

Pertama, elemen piezoelektrik dapat mengumpulkan muatan yang cukup besar yang boleh merosakkan elektronik semasa disambungkan.

Kedua, apabila disambungkan ke talian atau mikrofon input kad suara, anda perlu melindungi lata input kad suara.

Untuk mengelakkan antena yang tidak tersambung terkumpul, kami meletakkan perintang 0.5-1 MΩ (R1) selari dengannya.

Dalam antena penerima untuk menghadkan voltan maksimum, anda boleh memasang had had termudah dari dioda D1, D2 dan perintang 100Ω (R2). Sebagai dioda, kami menggunakan 1N4934 dan sebagai perintang R1, R2 kami mengambil MF25 (R1 470 kOhm).

Harap maklum bahawa jika anda merancang untuk menyambungkan antena penerima ke input mikrofon (dan bukan ke baris pertama), maka anda juga memerlukan kapasitor C1 dengan nominal 0.1.. 1 uF, jika tidak, kuasa yang dibekalkan oleh kad suara ke mikrofon electret akan dilitar pintas melalui diod D1.

Langkah 3: Reka bentuk Antena

Unsur piezo sendiri perlu dilekatkan pada plat logam dengan epoksi. Ia akan menurunkan frekuensi resonan elemen piezoelektrik (kerana jisim yang tidak ditangguhkan ditambahkan).

Juga, apabila terpaku satu sisi ke plat logam yang kaku, elemen piezoelektrik tidak akan dapat menguncup dan meregangkan dan ia harus membengkok. Itulah yang kita perlukan.

• Kami memotong dua plat persegi 50 x 50 mm dan lubang yang digerudi untuk kabel (diameter 3 mm) dan dua lubang untuk mengikat kabel dengan benang nilon nipis, ternyata seperti pada foto
• Antena memperoleh dua keping 3 meter dari sekeping kabel 10 meter yang dibeli, selebihnya ditinggalkan dalam simpanan
• Kami melilitkan kabel ke dalam lubang, memateri teras utamanya ke lapisan metalisasi elemen piezoelektrik, dan skrin ke dasar logamnya. Selari, seperti yang dipersetujui, kami menyolder perintang 470 kΩ.
• Kami membersihkan hujung kabel yang lain dan memasang penyambung: pateri teras pusat ke sentuhan tengah (hujung penyambung), biarkan yang tengah utuh, dan pasangkan badan penyambung ke sarung kabel.

Saya selalu lupa meletakkan badan penyambung pada kabel dan saya mesti menyolder semuanya dua kali. Jangan ulangi kesilapan saya).

Selepas pematerian, sangat penting untuk membersihkan fluks - terutamanya pada elemen piezoelektrik. Jika tidak, aliran masa akan memakan pematerian.

Oleh itu, kami telah menyediakan dua antena (salah satunya mempunyai had had). Sekarang masanya untuk menguli epoksi dan memakai sarung tangan getah.

Langkah 4: Melekatkan

Sebelum melekatkan elemen piezoelektrik ke pelat tembaga, keduanya harus diampelas dengan teliti dan dilenyapkan dengan alkohol (etil atau isopropil) atau aseton.

Jangan gunakan perkara lain! Bensin atau minyak tanah meninggalkan kesan berminyak yang mengganggu lekatan.

Perlu diingat bahawa semua kerja dengan alkohol, aseton, dan epoksi harus dilakukan di bilik yang berventilasi baik dengan tangan dan mata anda dilindungi. Jangan mengabaikan peraturan keselamatan!

Kami memenuhi benang nilon yang memegang kabel ke pinggan. Untuk merekatkan elemen piezoelektrik ke piring gunakan sedikit gam epoksi. Jangan terlebih buat! Epoksi tidak boleh sampai ke puncak, jika tidak, ia boleh merosakkan lapisan piezoceramics nipis semasa pempolimeran, dan epoksi merosot di dalam air.

Hasilnya mestilah seperti pada gambar. Biasanya, epoksi berpolimerisasi sepenuhnya dalam masa 24 jam. Sebagai contoh, kami meninggalkan antena sehingga keesokan harinya.

Langkah 5: Kalis air

Semasa kami tiba di makmal pada waktu pagi, kami menyambungkan antena pertama (tanpa had had) ke bicu fon kepala komputer riba. Sekiranya anda menghidupkan muzik dan membawa antena ke telinga anda, anda dapat memastikan sekurang-kurangnya julat frekuensi yang dapat didengarnya dapat dihasilkan dengan baik. Bahkan terdapat sedikit bass, hasil dari asas tembaga.

Oleh itu, sekarang kami mempunyai antena pemancar akustik, tetapi masih belum antena hidroakustik. Untuk membetulkannya, kita harus membersihkan semula antena dan menutupnya dalam lapisan sealant nipis.

Catatan penting: Jangan gunakan pembersih kebersihan yang mengandungi asetat! Asid asetik yang terkandung di dalamnya akan menghakis sendi pateri, kabel dan metalisasi unsur piezoelektrik.

Kami mengesyorkan getah cair Kim Tek untuk kapal dan kapal layar. DIY-ers dari Amerika Syarikat boleh menggunakan sebatian poliuretana yang sangat baik dari syarikat Smooth-On dan bukannya sealant.

Untuk kemudahan kami, kami mengisi terlebih dahulu jarum suntik perubatan dengan sealant, dan kemudian memasangnya ke elemen piezoelektrik dan sendi pateri.

Setelah menggunakan sealant, kami meratakannya dengan spatula gigi atau dengan yang sesuai (walaupun dengan jari). Pada akhirnya, kami mendapatnya seperti dalam gambar.

Anda tidak boleh membuat lapisan sealant terlalu tebal - antena akan kehilangan kepekaan. Lapisan 1 mm benar-benar mencukupi. Lindungi sendi pateri, perintang, dan diod dengan berhati-hati.

Anda boleh menutup bahagian belakang plat dengan sealant - kami melakukannya pada satu antena.

Sekiranya anda menggerakkan perintang dan diod lebih dekat ke kabel, maka elemen piezoelektrik akan lebih senang digunakan dengan pelekat dan lapisan akan lebih lancar.

Setelah selesai kerja pemahat seperti ini, kami sekali lagi meninggalkan antena selama 24 jam….

Dan selamat berjaya! Kini anda mempunyai dua hidrofon!

Langkah 6: Post Scriptum

Kini anda dapat memeriksa seberapa baik antena yang baru dibina dengan menghubungkannya terus ke komputer riba, tablet atau telefon anda.

Malangnya, tidak semua peranti mesra akustik bawah laut. Sebilangan besar kad suara moden mempunyai penapis hantaran rendah dalam input mikrofon, memotong semuanya melebihi 15 kHz. Tetapi sebilangan komputer riba tidak mempunyai penapis sedemikian.

Hidrofon dan transduser yang kami buat ini hanyalah permulaan: kami merancang untuk menerbitkan satu siri Instruksional mengenai komunikasi & navigasi akustik bawah air, sila beritahu kami jika anda berminat!