Düşük Maliyetli Hidrofon ve Ultrasonik Dönüştürücü: 6 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:20

Konuşan yunusları veya balinaları kaydetmek ister misiniz? Veya bir sualtı akustik iletişim sistemi kurmak mı? Tamam, size 'nasıl yapılır'ı öğreteceğiz.

Ana şeyle başlayalım: anten. Günlük yaşamda ses emisyonu için hoparlörler (dizüstü bilgisayarınızda veya arabanızda olduğu gibi) ve ses kaydı için bir mikrofon kullanıyorsak, sizi memnun etmek için acele ediyorum: su altında ses iletimi (“radyasyon” diyoruz) ve ses kaydı genellikle sualtı akustik (hidroakustik) anten veya hidrofon (yalnızca alıcı bir cihaz ise) veya her iki şekilde çalışıyorsa dönüştürücü olarak adlandırılan aynı cihaz.

Çoğu durumda, bir hidroakustik anten bir veya birkaç piezoelektrik elemandan oluşur: plakalar, diskler, halkalar, tüpler, küreler, yarım küreler, vb.

Piezo elemanları sözde piezoelektrik etkiye sahiptir. Bir elemana alternatif bir elektrik sinyali uygulanırsa, eleman salınmaya başlar ve eleman örneğin bir akustik dalga ile salınırsa, o zaman üzerinde alternatif bir elektrik sinyali üretilmeye başlar.

Bu nedenle, piezoelektrik eleman bir elektrik sinyalini akustik dalgalara (mekanik titreşimler) ve tam tersi akustik dalgaları elektrik sinyaline dönüştürür.

Söylediği gibi: pratik olmadan teori öldü! Zaman kaybetmeyelim ve bir çift hidroakustik anten yapalım.

Adım 1: Malzeme Listesi

İhtiyacımız olan malzemeler:

• bir çift piezo buzzer Ф35mm (Aliexpress'te 1,5 dolara 10 parça satın aldık)
• 10 metrelik bir RG-174 kablosu parçası
• iki jak 3.5 mm stereo konektör
• bakır / pirinç / paslanmaz levha 50x100 mm genişlik 1-2 mm kalınlık
• epoksi yapıştırıcı
• silikon dolgu macunu (asetik olmayan)
• lehim ve akı
• yağdan arındırmak için alkol
• ~100Ω ve 470-1000 kΩ nominal değerleri olan herhangi iki direnç (0.25 W MF25 aldık)
• iki diyot 1N4934
• naylon iplik

Enstrümanlar:

• matkap ve matkaplar Ф3mm ve 2,5 mm (bakır levhayı delmek için)
• demir testeresi veya dremel (bakır levha kesmek için)
• zımpara kağıdı 200-600 kum (bakır plakayı temizlemek için)
• bıçak, tel kesiciler (telleri soymak için)
• havya veya PCB yeniden işleme istasyonu
• mastik tesviye için diş spatula

Adım 2: Çok Kolay Devre

Piezo öğesini doğrudan bir ses kartına, dizüstü bilgisayara veya tablete bağlamak iyi bir fikir değildir.

İlk olarak, piezoelektrik eleman, bağlandığında elektroniğe zarar verebilecek kadar büyük bir yük biriktirebilir.

İkinci olarak, bir ses kartının bir hatta veya mikrofon girişine bağlandığında, ses kartının giriş kademesini korumanız gerekir.

Bağlantısız antenin şarj birikmesini önlemek için paralel olarak 0,5-1 MΩ (R1) direnç koyduk.

Alıcı antende maksimum voltajı sınırlamak için D1, D2 diyotlarından ve 100Ω (R2) direncinden en basit eşik sınırlayıcısını monte edebilirsiniz. Diyot olarak 1N4934 kullandık ve R1, R2 dirençleri olarak MF25 (R1 470 kOhm) aldık.

Alıcı anteni mikrofon girişine bağlamayı planlıyorsanız (ve birinci hatta değil), ayrıca nominal 0.1.. 1 uF'lik bir kapasitör C1'e, aksi takdirde ses kartı tarafından sağlanan güce ihtiyacınız olacağını lütfen unutmayın. elektret mikrofonuna D1 diyotu üzerinden kısa devre yapılacaktır.

Adım 3: Antenin Tasarımı

Piezo elemanlarının kendilerinin epoksi ile metal plakalara yapıştırılması gerekir. Piezoelektrik elemanın rezonans frekansını düşürecektir (askıya alınmamış kütle eklendikçe).

Ayrıca, bir tarafından sert bir metal plakaya yapıştırıldığında, piezoelektrik eleman büzüşüp esneyemeyecek ve bükülmek zorunda kalacaktır. İhtiyacımız olan şey bu.

• 50 x 50 mm'lik iki kare plaka kestik ve kablo için delikler (3 mm çapında) ve kabloyu ince bir naylon iplikle sabitlemek için iki delik açtık, fotoğraftaki gibi çıktı
• Antenler, satın alınan 10 metrelik kablo parçasından iki adet 3 metrelik kablo aldı, gerisi yedekte kaldı
• Kabloyu deliğe sarıyoruz, merkezi çekirdeğini piezoelektrik elemanın metalizasyon katmanına ve ekranı metal tabanına lehimliyoruz. Paralel olarak, kararlaştırıldığı gibi, 470 kΩ'luk bir direnç lehimliyoruz.
• Kablonun diğer ucunu temizliyoruz ve konektörü monte ediyoruz: merkezi çekirdeği merkezi kontağa (konektörün en ucuna) lehimleyin, ortadakini sağlam bırakın ve konektör gövdesini kablo kılıfına lehimleyin.

Her zaman konektör gövdesini kablonun üzerine koymayı unutuyorum ve her şeyi iki kez yeniden lehimlemem gerekiyor. Hatamı tekrarlamayın).

Lehimlemeden sonra akıyı temizlemek çok önemlidir - özellikle piezoelektrik elemanda. Aksi takdirde, zamanla akı lehimi yiyecektir.

Bu yüzden iki anten hazırladık (birinde eşik sınırlayıcı var). Şimdi epoksiyi yoğurma ve lateks eldiven giyme zamanı.

Adım 4: Yapıştırma

Piezoelektrik elemanları bakır plakalara yapıştırmadan önce her ikisi de iyice zımparalanmalı ve alkol (etil veya izopropil) veya aseton ile yağdan arındırılmalıdır.

Başka bir şey kullanmayın! Benzin veya gazyağı yapışmayı bozan yağlı izler bırakır.

Alkoller, aseton ve epoksi ile yapılan tüm çalışmaların iyi havalandırılmış bir odada, elleriniz ve gözleriniz korunarak yapılması gerektiğini hatırlamakta fayda var. Güvenlik kurallarını ihmal etmeyin!

Kabloyu plakaya tutan naylon ipi doyuruyoruz. Piezoelektrik elemanı plakaya yapıştırmak için sadece biraz epoksi yapıştırıcı kullanın. Abartma! Epoksi üste çıkmamalıdır, aksi takdirde polimerizasyon sırasında ince bir piezoseramik tabakasını tahrip edebilir, ayrıca epoksi suda bozulur.

Sonuç, fotoğraflardaki gibi bir şey olmalıdır. Genellikle epoksi 24 saat içinde tamamen polimerize olur. Örneğin antenlerimizi ertesi güne bıraktık.

Adım 5: Su Yalıtımı

Sabah laboratuvara geldiğimizde ilk anteni (eşik sınırlayıcısız) laptopun kulaklık girişine bağladık. Müziği açarsanız ve anteni kulağınıza getirirseniz, en azından duyulabilir frekans aralığını oldukça iyi ürettiğinden emin olabilirsiniz. Bakır tabanın sonucu olan bir miktar bas bile var.

Şimdi bir akustik verici antenimiz var ama yine de hidroakustik değil. Bunu düzeltmek için anteni tekrar yağdan arındırmalı ve ince bir dolgu macunu tabakasıyla örtmeliyiz.

Önemli not: Asetat içeren sıhhi dolgu macunu kullanmayın! İçinde bulunan asetik asit, lehim bağlantılarını, kabloyu ve piezoelektrik elemanın metalizasyonunu aşındıracaktır.

Tekneler ve yatlar için Kim Tek sıvı kauçuğu öneriyoruz. Amerika Birleşik Devletleri'nden yapı ustaları, dolgu macunu yerine Smooth-On şirketinin mükemmel poliüretan bileşiklerini kullanabilir.

Kolaylık sağlamak için tıbbi tek kullanımlık şırıngayı önce dolgu macunu ile dolduruyoruz ve ardından piezoelektrik elemana ve lehim bağlantılarına uyguluyoruz.

Dolgu macununu uyguladıktan sonra bir diş spatulası veya uygun olanı ile (parmakla bile) düzleştiririz. Sonunda resimdeki gibi olduk.

Çok kalın bir dolgu macunu tabakası yapmamalısınız - anten hassasiyetini kaybedecektir. 1 mm'lik bir tabaka kesinlikle yeterlidir. Lehim bağlantılarını, dirençleri ve diyotları sızdırmazlık maddesi ile dikkatlice koruyun.

Plakanın arka tarafını bir dolgu macunu ile kapatabilirsiniz - bunu bir anten üzerinde yaptık.

Dirençleri ve diyotları kabloya yaklaştırırsanız, piezoelektrik elemanın sızdırmazlık maddesi ile bulaşması çok daha uygun olacaktır ve katman daha pürüzsüz olacaktır.

Bu tür heykeltıraşlık işlerini bitirdikten sonra yine antenleri 24 saatliğine bırakıyoruz….

Ve tebrikler! Artık iki hidrofonunuz var!

Adım 6: Scriptum'u Gönderin

Artık doğrudan dizüstü bilgisayarınıza, tabletinize veya telefonunuza bağlayarak yeni inşa edilen antenlerin ne kadar iyi olduğunu kontrol edebilirsiniz.

Ne yazık ki, tüm cihazlar su altı akustiğine uygun değildir. Tüm modern ses kartlarının çoğunda, mikrofon girişinde 15 kHz'in üzerindeki her şeyi kesen düşük geçişli filtreler bulunur. Ancak bazı dizüstü bilgisayarlarda bu tür filtreler yoktur.

Yaptığımız bu hidrofon ve dönüştürücü sadece bir başlangıç: sualtı akustik iletişim ve navigasyon hakkında bir dizi Talimat yayınlamayı planlıyoruz, ilgilenirseniz lütfen bize bildirin!