Edullinen hydrofoni ja ultraäänianturi: 6 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Haluatko tallentaa delfiinien tai valaiden puhuvan? Tai rakentaa vedenalainen akustinen viestintäjärjestelmä? Okei, opetamme sinulle "miten".

Aloitetaan tärkeimmästä asiasta: antennista. Jos käytämme jokapäiväisessä elämässä kaiuttimia (kuten kannettavassa tietokoneessa tai autossa) äänen lähettämiseen ja mikrofonia äänen tallentamiseen, kiirehdin miellyttämään teitä: veden alla olevaa ääntä (sanomme "säteily") ja äänitallennetta suorittavat usein sama laite, jota kutsutaan vedenalaiseksi akustiseksi (hydroakustiseksi) antenniksi tai hydrofoniksi (jos se on vain vastaanottava laite), tai kaikuanturi, jos se toimii molempiin suuntiin.

Suurimmassa osassa tapauksista hydroakustinen antenni koostuu yhdestä tai useammasta pietsosähköisestä elementistä: levyt, levyt, renkaat, putket, pallot, pallonpuoliskot jne.

Pietsoelementteillä on ns. Pietsosähköinen vaikutus. Jos elementtiin syötetään vuorotteleva sähköinen signaali, elementti alkaa värähdellä, ja jos elementti värähtelee esimerkiksi akustisen aallon avulla, siihen alkaa muodostua vuorotteleva sähköinen signaali.

Siksi pietsosähköinen elementti muuntaa sähköisen signaalin akustisiksi aalloiksi (mekaanisiksi värähtelyiksi) ja päinvastoin - akustiset aallot sähköisiksi signaaleiksi.

Kuten sanonta kuuluu: teoria ilman käytäntöä on kuollut! Älä tuhlaa aikaa ja tee pari hydroakustisia antenneja.

Vaihe 1: Materiaaliluettelo

Tarvittavat materiaalit:

• pari pietsosummeria Ф35 mm (ostimme 10 kappaletta 1,5 dollarilla Aliexpressistä)
• 10 metrin pala RG-174-kaapelia
• kaksi 3,5 mm stereoliitintä
• kupari / messinki / ruostumaton levy 50x100 mm leveä 1-2 mm paksu
• epoksi liimaa
• silikonitiiviste (ei-etikka)
• juote ja flux
• alkoholia rasvanpoistoon
• kaikki kaksi vastusta, joiden nimellisarvot ovat ~ 100Ω ja 470-1000 kΩ (otimme 0,25 W MF25)
• kaksi diodia 1N4934
• nylon lanka

Välineet:

• pora ja porat Ф3mm ja 2,5 mm (kuparilevyn poraamiseen)
• rautasaha tai dremel (kuparilevyn leikkaamiseen)
• hiekkapaperi 200-600 karkeus (kuparilevyn puhdistamiseen)
• veitsi, langanleikkurit (lankojen kuorimiseen)
• juotosraudan tai piirilevyn uudelleenkäsittelyasema
• hammaslastalla tiivistysaineen tasoittamiseen

Vaihe 2: Erittäin helppo piiri

Ei ole hyvä idea liittää pietsoelementtiä suoraan äänikorttiin, kannettavaan tietokoneeseen tai tablettiin.

Ensinnäkin pietsosähköinen elementti voi kerätä riittävän suuren varauksen, joka voi vahingoittaa elektroniikkaa, kun se on kytketty.

Toiseksi, kun liität äänikortin linja- tai mikrofonituloon, sinun on suojattava äänikortin tuloportaat.

Jotta estetään kytkemätön antenni kerääntymästä varausta, asetamme sen rinnalle 0,5-1 MΩ (R1) vastuksen.

Vastaanottoantennissa maksimijännitteen rajoittamiseksi voit koota yksinkertaisimman kynnysrajoittimen diodeista D1, D2 ja vastuksesta 100Ω (R2). Diodina käytimme 1N4934 ja vastuksina R1, R2 MF25 (R1 470 kOhm).

Huomaa, että jos aiot liittää vastaanottoantennin mikrofonituloon (ei linjaan 1), tarvitset lisäksi kondensaattorin C1, jonka nimellisarvo on 0,1.. 1 uF, muuten äänikortin antama virta oikosulkuun diodin D1 kautta.

Vaihe 3: Antennin suunnittelu

Pietsoelementit itsessään on liimata metallilevyihin epoksilla. Se alentaa pietsosähköisen elementin resonanssitaajuutta (kun suspendoitumaton massa lisätään).

Lisäksi, kun pietsosähköinen elementti on liimattu yhdeltä puolelta jäykkään metallilevyyn, se ei voi supistua ja venyä ja sen on taivutettava. Sitä tarvitsemme.

• Leikkasimme kaksi neliölevyä 50 x 50 mm ja porasimme reikiä kaapelille (halkaisija 3 mm) ja kaksi reikää kaapelin kiinnittämiseksi ohuella nailonkierteellä, osoittautui kuten kuvassa
• Antennit saivat kaksi 3 metrin kappaletta ostetusta 10 metrin kaapelista, loput jätettiin varaukseen
• Käämimme kaapelin reikään, juotamme sen ytimen pietsosähköisen elementin metallointikerrokseen ja seulan metallialustaansa. Samanaikaisesti, kuten sovittiin, juotamme 470 kΩ: n vastuksen.
• Puhdistamme kaapelin toisen pään ja kokoamme liittimen: juotamme keskiytimen keskikoskettimeen (liittimen kärkeen), jätä keskimmäinen koskemattomaksi ja juotetaan liittimen runko kaapelin vaippaan.

Unohdan aina laittaa liittimen rungon kaapeliin ja minun on juotettava kaikki kaksi kertaa. Älä toista virhettäni).

Juottamisen jälkeen on erittäin tärkeää puhdistaa virtaus - erityisesti pietsosähköisessä elementissä. Muuten virtaus syö ajan myötä juotoksen.

Joten olemme valmistelleet kaksi antennia (yhdessä niistä on kynnysrajoitin). Nyt on aika vaivata epoksi ja käyttää lateksikäsineitä.

Vaihe 4: Liimaus

Ennen kuin pietsosähköiset elementit liimataan kuparilevyihin, molemmat on hiottava perusteellisesti ja rasvattava alkoholilla (etyyli tai isopropyyli) tai asetonilla.

Älä käytä mitään muuta! Bensiini tai kerosiini jättävät rasvaisia jälkiä, jotka heikentävät tarttuvuutta.

On syytä muistaa, että kaikki työt alkoholien, asetonin ja epoksin kanssa on suoritettava hyvin ilmastoidussa huoneessa kädet ja silmät suojattuna. Älä unohda turvamääräyksiä!

Kyllästymme nailonlangan, joka pitää kaapelin levyyn. Käytä pietsosähköisen elementin liimaamiseen levyyn vain vähän epoksiliimaa. Älä liioittele! Epoksin ei pitäisi päästä huipulle, muuten se voi tuhota ohuen kerroksen pietsokeramiikkaa polymeroinnin aikana, ja epoksi heikkenee vedessä.

Tuloksen pitäisi olla jotain sellaista kuin kuvissa. Yleensä epoksi polymeroituu kokonaan 24 tunnin kuluessa. Esimerkiksi jätimme antennimme seuraavaan päivään.

Vaihe 5: Vedeneristys

Kun saavuimme laboratorioon aamulla, liitämme ensimmäisen antennin (ilman kynnysrajoitinta) kannettavan tietokoneen kuulokeliitäntään. Jos kytket musiikin päälle ja tulet antennin korvallesi, voit varmistaa, että ainakin sen kuuluva taajuusalue toistaa sen melko hyvin. On jopa aavistus bassoa, kuparipohjan tulos.

Joten nyt meillä on akustinen lähetysantenni, mutta ei silti hydroakustinen. Tämän korjaamiseksi meidän on rasvannettava antenni uudelleen ja peitettävä se ohuella tiivistyskerroksella.

Tärkeä huomautus: Älä käytä asetaattia sisältävää hygieenistä tiivistysainetta! Sen sisältämä etikkahappo syövyttää juotosliitoksia, kaapelia ja pietsosähköisen elementin metallointia.

Suosittelemme Kim Tek nestemäistä kumia veneisiin ja huviveneisiin. Yhdysvaltain DIY-tekijät voivat käyttää Smooth-On -yhtiön erinomaisia polyuretaaniyhdisteitä tiivisteen sijaan.

Kätevyytemme vuoksi täytämme lääketieteellisen kertakäyttöruiskun ensin tiivisteaineella ja levitämme sen jälkeen pietsosähköiseen elementtiin ja juotosliitoksiin.

Tiivistysaineen levittämisen jälkeen tasoitamme sen hammaslastalla tai sopivalla tavalla (jopa sormella). Lopulta saimme sen kuten kuvassa.

Älä tee liian paksua tiivistyskerrosta - antenni menettää herkkyytensä. 1 mm kerros riittää ehdottomasti. Suojaa juotosliitokset, vastukset ja diodit huolellisesti tiivisteellä.

Voit peittää levyn takaosan tiivisteellä - teimme sen yhdellä antennilla.

Jos siirrät vastukset ja diodit lähemmäksi kaapelia, pietsosähköinen elementti on paljon helpompi levittää tiivisteellä ja kerros on tasaisempi.

Tällaisen kuvanveistäjän työn valmistuttua jätämme jälleen antennit 24 tunniksi….

Ja onnittelut! Nyt sinulla on kaksi hydrofonia!

Vaihe 6: Lähetä skripti

Nyt voit tarkistaa, kuinka hyviä ovat vasta rakennetut antennit liittämällä ne suoraan kannettavaan tietokoneeseen, tablettiin tai puhelimeen.

Valitettavasti kaikki laitteet eivät ole ystävällisiä vedenalaiselle akustiikalle. Useimmissa nykyaikaisissa äänikorteissa on alipäästösuodattimet mikrofonitulossa, mikä leikkaa kaiken yli 15 kHz. Mutta joissakin kannettavissa tietokoneissa ei ole tällaisia suodattimia.

Nämä rakentamamme hydrofoni ja anturi ovat vasta alkua: aiomme julkaista sarjan oppaita vedenalaisesta akustisesta viestinnästä ja navigoinnista, ilmoita meille, jos olet kiinnostunut!