Hidrofon și traductor cu ultrasunete la preț redus: 6 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

Vrei să înregistrezi delfini sau balene vorbind? Sau construiți un sistem de comunicații acustice subacvatice? Ok, vă vom învăța „cum să”.

Să începem cu principalul lucru: antena. Dacă în viața de zi cu zi folosim difuzoare (cum ar fi laptopul sau mașina) pentru emisie de sunet și un microfon pentru înregistrarea sunetului, atunci mă grăbesc să vă mulțumesc: transmiterea sunetului sub apă (spunem „radiații”) și înregistrarea sunetului sunt adesea efectuate de același dispozitiv, care se numește antenă acustică (hidroacustică) subacvatică, sau hidrofon (dacă este un dispozitiv destinat doar recepției) sau traductor dacă funcționează în ambele sensuri.

În majoritatea covârșitoare a cazurilor, o antenă hidroacustică constă din unul sau mai multe elemente piezoelectrice: plăci, discuri, inele, tuburi, sfere, emisfere etc.

Elementele piezo au așa-numitul efect piezoelectric. Dacă un element alternativ este aplicat unui element, elementul începe să oscileze și dacă elementul oscilează, de exemplu, printr-o undă acustică, atunci începe să fie generat un semnal electric alternativ pe el.

Prin urmare, elementul piezoelectric transformă un semnal electric în unde acustice (vibrații mecanice) și invers - unde acustice într-un semnal electric.

Așa cum se spune: teoria fără practică este moartă! Să nu pierdem timpul și să facem o pereche de antene hidroacustice.

Pasul 1: Lista materialelor

Materiale de care avem nevoie:

• o pereche de buzzere piezo Ф35mm (am cumpărat 10 bucăți la 1,5 USD pe Aliexpress)
• o bucată de 10 metri de cablu RG-174
• doi conectori stereo de 3,5 mm
• placă de cupru / alamă / inox 50x100 mm lățime 1-2 mm grosime
• lipici epoxidic
• etanșant siliconic (neacetic)
• lipire și flux
• alcool pentru degresare
• oricare două rezistențe cu valori nominale ~ 100Ω și 470-1000 kΩ (am luat 0,25 W MF25)
• două diode 1N4934
• fir de nailon

Instrumente:

• burghiu și burghie Ф3mm și 2,5 mm (pentru găurirea plăcii de cupru)
• ferăstrău sau dremel (pentru a tăia o placă de cupru)
• șmirghel 200-600 granulatie (pentru a curăța placa de cupru)
• cuțit, tăietoare de sârmă (pentru dezizolarea firelor)
• stație de prelucrare a fierului de lipit sau PCB
• spatulă dentară pentru nivelarea etanșantului

Pasul 2: Circuite foarte ușoare

Nu este o idee bună să conectați direct un element piezo la o placă de sunet, laptop sau tabletă.

În primul rând, elementul piezoelectric poate acumula o încărcare suficient de mare care poate deteriora electronica atunci când este conectat.

În al doilea rând, atunci când sunteți conectat la o intrare de linie sau microfon a unei plăci de sunet, trebuie să protejați cascada de intrare a plăcii de sunet.

Pentru a preveni acumularea antenei neconectate, vom pune în paralel o rezistență de 0,5-1 MΩ (R1).

În antena de recepție pentru a limita tensiunea maximă, puteți asambla cel mai simplu limitator de prag din diodele D1, D2 și rezistorul 100Ω (R2). Ca diode, am folosit 1N4934 și ca rezistențe R1, R2 am luat MF25 (R1 470 kOhm).

Vă rugăm să rețineți că, dacă intenționați să conectați antena de recepție la intrarea microfonului (și nu la cea de linie), atunci veți avea nevoie în plus de un condensator C1 cu o valoare nominală de 0,1.. 1 uF, în caz contrar, puterea furnizată de placa de sunet la microfonul electret va fi scurtcircuitat prin dioda D1.

Pasul 3: Proiectarea antenei

Elementele piezo în sine trebuie lipite pe plăci metalice cu epoxidic. Acesta va reduce frecvența de rezonanță a elementului piezoelectric (pe măsură ce se adaugă masa nesuspendată).

De asemenea, fiind lipit de o parte de o placă metalică rigidă, elementul piezoelectric nu se va putea contracta și întinde și va trebui să se îndoaie. De asta avem nevoie.

• Am tăiat două plăci pătrate de 50 x 50 mm și găuri găurite pentru cablu (3 mm în diametru) și două găuri pentru fixarea cablului cu un fir subțire de nailon, s-a dovedit ca pe fotografie
• Antenele au primit două bucăți de 3 metri de bucata de cablu cumpărată de 10 metri, restul a fost lăsat în rezervă
• Înfășurăm cablul în gaură, lipim miezul central pe stratul de metalizare al elementului piezoelectric și ecranul pe baza sa metalică. În paralel, după cum sa convenit, am lipit un rezistor de 470 kΩ.
• Curățăm celălalt capăt al cablului și asamblăm conectorul: lipim miezul central la contactul central (chiar vârful conectorului), îl lăsăm intact pe cel din mijloc și lipim corpul conectorului pe teaca cablului.

Uit mereu să pun corpul conectorului pe cablu și trebuie să re-lipesc totul de două ori. Nu repeta greșeala mea).

După lipire, este foarte important să curățați fluxul - în special pe elementul piezoelectric. În caz contrar, fluxul de timp va mânca lipirea.

Deci, am pregătit două antene (una dintre ele are un limitator de prag). Acum este momentul să frământați epoxidul și să purtați mănuși din latex.

Pasul 4: Lipire

Înainte de a lipi elementele piezoelectrice pe plăcile de cupru, ambele ar trebui să fie bine șlefuite și degresate cu alcool (etil sau izopropil) sau acetonă.

Nu folosiți altceva! Benzina sau kerosenul lasă urme grase care afectează aderența.

Merită să ne amintim că toate lucrările cu alcooli, acetonă și epoxidice trebuie efectuate într-o cameră bine ventilată, cu mâinile și ochii protejați. Nu neglija regulile de siguranță!

Saturați firul de nailon care ține cablul de placă. Pentru lipirea elementului piezoelectric pe placă, utilizați doar puțin adeziv epoxidic. Nu exagera! Epoxidicul nu trebuie să ajungă la vârf, altfel poate distruge un strat subțire de piezoceramică în timpul polimerizării, plus epoxidicul se deteriorează în apă.

Rezultatul ar trebui să fie ceva de genul fotografiilor. De obicei, epoxidul polimerizează complet în 24 de ore. Noi, de exemplu, ne-am lăsat antenele până a doua zi.

Pasul 5: impermeabilizare

Când am ajuns la laborator dimineața, am conectat prima antenă (fără limitator de prag) la mufa pentru căști a laptopului. Dacă porniți muzica și vă aduceți antena la ureche, vă puteți asigura că cel puțin gama de frecvențe sonore se reproduce destul de bine. Există chiar un indiciu de bas, rezultatul bazei de cupru.

Deci, acum avem o antenă de transmisie acustică, dar încă nu una hidroacustică. Pentru a remedia problema, ar trebui să degresăm din nou antena și să o acoperim într-un strat subțire de etanșant.

Notă importantă: Nu utilizați etanșantul sanitar care conține acetat! Acidul acetic conținut în acesta va coroda îmbinările de lipit, cablul și metalizarea elementului piezoelectric.

Vă recomandăm cauciuc lichid Kim Tek pentru bărci și iahturi. DIY-urile din Statele Unite pot folosi excelenții compuși poliuretanici de la compania Smooth-On în loc de etanșant.

Pentru confortul nostru, umplem mai întâi seringa de unică folosință medicală cu etanșant și apoi o aplicăm pe elementul piezoelectric și pe îmbinările de lipit.

După aplicarea etanșantului, îl nivelăm cu o spatulă dentară sau cu ceea ce este convenabil (chiar și cu un deget). În cele din urmă, am obținut-o ca în imagine.

Nu ar trebui să faceți un strat de etanșant prea gros - antena va pierde sensibilitatea. Un strat de 1 mm este absolut suficient. Protejați cu atenție îmbinările de lipit, rezistențele și diodele cu etanșant.

Puteți acoperi partea din spate a plăcii cu un material de etanșare - am făcut-o pe o singură antenă.

Dacă mutați rezistențele și diodele mai aproape de cablu, atunci elementul piezoelectric va fi mult mai convenabil să se ungă cu etanșant și stratul va fi mai fin.

După finalizarea acestui gen de lucrări de sculptor, lăsăm din nou antenele 24 de ore….

Și felicitări! Acum aveți două hidrofoane!

Pasul 6: Postați Scriptum

Acum puteți verifica cât de bune sunt antenele nou construite conectându-le direct la laptop, tabletă sau telefon.

Din păcate, nu toate dispozitivele sunt prietenoase cu acustica subacvatică. Cele mai multe dintre plăcile de sunet moderne au filtre low-pass în intrarea microfonului, reducând totul peste 15 kHz. Dar unele dintre laptopuri nu au astfel de filtre.

Aceste hidrofoane și traductoare pe care le-am construit sunt doar un început: intenționăm să publicăm o serie de Instrucțiuni despre comunicații acustice subacvatice și navigație, vă rugăm să ne anunțați dacă sunteți interesat!