هیدروفون کم هزینه و مبدل التراسونیک: 6 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:56

آیا می خواهید دلفین ها یا نهنگ ها را در حال صحبت کردن ضبط کنید؟ یا یک سیستم ارتباطی آکوستیک زیر آب بسازید؟ خوب ، ما به شما نحوه انجام کار را آموزش می دهیم.

بیایید با موضوع اصلی شروع کنیم: آنتن. اگر در زندگی روزمره از بلندگوها (مانند لپ تاپ یا ماشین) برای انتشار صدا و میکروفون برای ضبط صدا استفاده می کنیم ، من عجله می کنم تا شما را خوشحال کنم: انتقال صدا در زیر آب (ما می گوییم "تابش") و ضبط صدا اغلب توسط همان دستگاه ، که به آن آنتن زیرآب آکوستیک (هیدروآکوستیک) یا هیدروفون (اگر دستگاه فقط گیرنده است) یا مبدل در صورت کارکرد هر دو طرف گفته می شود.

در اکثریت قریب به اتفاق موارد ، یک آنتن هیدروآکوستیک از یک یا چند عنصر پیزوالکتریک تشکیل شده است: صفحات ، دیسک ها ، حلقه ها ، لوله ها ، کره ها ، نیمکره ها و غیره.

عناصر پیزو دارای اصطلاحاً اثر پیزوالکتریک هستند. اگر یک سیگنال الکتریکی متناوب روی یک عنصر اعمال شود ، عنصر شروع به نوسان می کند ، و اگر عنصر مثلاً توسط یک موج صوتی نوسان کند ، یک سیگنال الکتریکی متناوب روی آن شروع به تولید می کند.

بنابراین ، عنصر پیزوالکتریک یک سیگنال الکتریکی را به امواج صوتی (ارتعاشات مکانیکی) و بالعکس - امواج صوتی را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کند.

به قول معروف: نظریه بدون عمل مرده است! بیایید زمان را از دست ندهیم و یک جفت آنتن هیدروآکوستیک بسازیم.

مرحله 1: صورتحساب مواد

مواد مورد نیاز ما:

• یک جفت پیزر F35mm (ما 10 قطعه را با قیمت 1.5 دلار در Aliexpress خریداری کردیم)
• یک قطعه 10 متری کابل RG-174
• دو جک 3.5 میلی متری استریو
• صفحه مس / برنج / ضد زنگ 50x100 میلی متر عرض 1-2 میلی متر ضخامت
• چسب اپوکسی
• درزگیر سیلیکونی (غیر استیک)
• لحیم کاری و شار
• الکل برای چربی زدایی
• هر دو مقاومت با مقادیر اسمی Ω 100Ω و 470-1000 kΩ (ما 0.25 وات MF25 گرفتیم)
• دو دیود 1N4934
• نخ نایلونی

ابزارها:

• مته و مته Ф3mm و 2.5 میلی متر (برای حفاری صفحه مسی)
• اره برقی یا dremel (برای برش یک صفحه مسی)
• کاغذ سنباده 200-600 شن و ماسه (برای تمیز کردن صفحه مسی)
• چاقو ، سیم برش (برای جدا کردن سیم)
• لحیم کاری یا ایستگاه کار مجدد PCB
• اسپاتول دندان برای ترمیم سیلانت

مرحله 2: مدار بسیار آسان

فقط اتصال یک عنصر پیزو به کارت صدا ، لپ تاپ یا رایانه لوحی ایده خوبی نیست.

در مرحله اول ، عنصر پیزوالکتریک می تواند یک بار به اندازه کافی جمع کند که هنگام اتصال به وسایل الکترونیکی آسیب برساند.

ثانیاً ، هنگام اتصال به ورودی خط یا میکروفون کارت صدا ، باید از آبشار ورودی کارت صدا محافظت کنید.

به منظور جلوگیری از انباشت آنتن متصل ، ما مقاومت 0.5-1 MΩ (R1) را به موازات آن قرار می دهیم.

در آنتن دریافت کننده برای محدود کردن حداکثر ولتاژ ، می توانید ساده ترین محدود کننده آستانه را از دیودهای D1 ، D2 و مقاومت 100Ω (R2) مونتاژ کنید. به عنوان دیود ، ما از 1N4934 و به عنوان مقاومت R1 ، R2 از MF25 (R1 470 کیلو اهم) استفاده کردیم.

لطفاً توجه داشته باشید که اگر قصد دارید آنتن گیرنده را به ورودی میکروفون (و نه به خط یک) متصل کنید ، به علاوه به یک خازن C1 با 0.1 0.1 uF اسمی نیاز خواهید داشت ، در غیر این صورت ، برق مورد نیاز کارت صدا میکروفون الکتریکی از طریق دیود D1 اتصال کوتاه می یابد.

مرحله 3: طراحی آنتن

خود عناصر پیزو باید با صفحات اپوکسی به صفحات فلزی چسبانده شوند. این فرکانس تشدید عنصر پیزوالکتریک را کاهش می دهد (با اضافه شدن جرم بدون معلق).

همچنین ، با چسباندن یک طرف به یک صفحه فلزی سفت و سخت ، عنصر پیزوالکتریک نمی تواند منقبض و کشیده شود و باید خم شود. این همان چیزی است که ما نیاز داریم.

• ما دو صفحه مربع 50 50 50 میلی متر و سوراخ کابل (قطر 3 میلی متر) و دو سوراخ برای بستن کابل با یک نخ نایلونی نازک برش دادیم ، مانند عکس معلوم شد
• آنتن ها از قطعه 10 متری کابل خریداری شده دو قطعه 3 متری دریافت کردند ، مابقی در ذخیره باقی ماند
• کابل را داخل سوراخ می کنیم ، هسته مرکزی آن را به لایه متالایزاسیون عنصر پیزوالکتریک و صفحه نمایش را به پایه فلزی آن می چسبانیم. به موازات ، همانطور که توافق شد ، ما مقاومت 470 کیلو وات را لحیم کردیم.
• ما انتهای دیگر کابل را تمیز کرده و کانکتور را مونتاژ می کنیم: هسته مرکزی را به کنتاکت مرکزی (قسمت انتهایی کانکتور) لحیم می کنیم ، قسمت میانی را دست نخورده می گذاریم و بدنه کانکتور را به غلاف کابل لحیم می کنیم.

من همیشه فراموش می کنم که بدنه کانکتور را روی کابل قرار دهم و باید همه چیز را دو بار دوباره لحیم کنم. اشتباه من را تکرار نکنید).

پس از لحیم کاری ، تمیز کردن شار بسیار مهم است - مخصوصاً روی عنصر پیزوالکتریک. در غیر این صورت ، به مرور زمان لحیم کاری را می خورد.

بنابراین ، ما دو آنتن آماده کرده ایم (یکی از آنها محدود کننده آستانه است). اکنون وقت آن است که اپوکسی را ورز دهید و دستکش لاتکس بپوشید.

مرحله 4: چسباندن

قبل از چسباندن عناصر پیزوالکتریک به صفحات مسی ، هر دو باید کاملاً سنباده شده و با الکل (اتیل یا ایزوپروپیل) یا استون چرب شوند.

از هیچ چیز دیگری استفاده نکنید! بنزین یا نفت سفید آثار چربی به جا می گذارند که چسبندگی را مختل می کند.

لازم به یادآوری است که کلیه کارها با الکل ، استون و اپوکسی باید در یک اتاق با تهویه مناسب و دست ها و چشم های محافظت شده انجام شود. از قوانین ایمنی غافل نشوید!

نخ نایلونی را که کابل را روی صفحه نگه می دارد ، اشباع می کنیم. برای چسباندن عنصر پیزوالکتریک به صفحه فقط کمی چسب اپوکسی استفاده کنید. زیاده روی نکنید! اپوکسی نباید به بالا برسد ، در غیر این صورت ، می تواند یک لایه نازک از پیزوکرامیک ها را در حین پلیمریزاسیون از بین ببرد ، به علاوه اپوکسی در آب خراب می شود.

نتیجه باید چیزی شبیه به عکسها باشد. معمولاً اپوکسی در عرض 24 ساعت کاملاً پلیمریزاسیون می شود. برای مثال ما آنتن های خود را تا روز بعد رها کردیم.

مرحله 5: ضد آب

وقتی صبح به آزمایشگاه رسیدیم ، اولین آنتن (بدون محدود کننده آستانه) را به جک هدفون لپ تاپ متصل کردیم. اگر موسیقی را روشن کنید و آنتن را به گوش خود بیاورید ، می توانید مطمئن شوید که حداقل بازه فرکانس شنیداری آن به خوبی بازتولید می شود. حتی یک باس وجود دارد که نتیجه پایه مسی است.

بنابراین اکنون ما یک آنتن انتقال دهنده صوتی داریم ، اما هنوز آنتن هیدروآکوستیک نداریم. برای رفع این مشکل ، باید دوباره آنتن را چرب کرده و آن را در یک لایه نازک سیلانت بپوشانیم.

نکته مهم: از درزگیر بهداشتی حاوی استات استفاده نکنید! اسید استیک موجود در آن باعث خوردگی اتصالات لحیم کاری ، کابل و متالایزاسیون عنصر پیزوالکتریک می شود.

ما لاستیک مایع Kim Tek را برای قایق ها و قایق های تفریحی توصیه می کنیم. DIY-ers از ایالات متحده می توانند از ترکیبات پلی اورتان عالی شرکت Smooth-On به جای درزگیر استفاده کنند.

برای سهولت کار ، ابتدا سرنگ یکبار مصرف پزشکی را با درزگیر پر می کنیم و سپس آن را روی عناصر پیزوالکتریک و اتصالات لحیم کاری اعمال می کنیم.

پس از استفاده از سیلانت ، آن را با یک کاردک دندان یا با آنچه مناسب است (حتی با انگشت) تراز می کنیم. در نهایت ، ما آن را مانند تصویر دریافت کردیم.

نباید یک لایه سیلانت را خیلی ضخیم کنید - آنتن حساسیت خود را از دست می دهد. یک لایه 1 میلی متر کاملاً کافی است. اتصالات لحیم کاری ، مقاومت ها و دیودها را با دقت از سیلانت محافظت کنید.

می توانید پشت صفحه را با یک سیلانت بپوشانید - ما این کار را روی یک آنتن انجام دادیم.

اگر مقاومتها و دیودها را به کابل نزدیک کنید ، عنصر پیزوالکتریک بسیار راحت تر است که با درزگیر آغشته شود و لایه هموارتر شود.

پس از اتمام این نوع مجسمه سازی ، دوباره آنتن ها را به مدت 24 ساعت ترک می کنیم….

و تبریک می گویم! حالا شما دو هیدروفون دارید!

مرحله 6: ارسال اسکریپت

اکنون می توانید با اتصال مستقیم آنتن به لپ تاپ ، رایانه لوحی یا تلفن خود ، میزان خوب بودن آنتن ها را بررسی کنید.

متأسفانه ، همه دستگاه ها با آکوستیک زیر آب سازگار نیستند. بیشتر کارت های صدای مدرن دارای فیلترهای کم گذر در ورودی میکروفون هستند که همه چیز را از 15 کیلوهرتز قطع می کند. اما برخی از لپ تاپ ها چنین فیلترهایی ندارند.

این هیدروفون و مبدل که ما ساخته ایم فقط یک شروع است: ما قصد داریم مجموعه ای از دستورالعمل ها در مورد ارتباطات صوتی و ناوبری زیر آب را منتشر کنیم ، لطفا در صورت علاقه به ما اطلاع دهید!