Goedkope hydrofoon en ultrasone transducer - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:17

Wilt u sprekende dolfijnen of walvissen opnemen? Of een akoestisch communicatiesysteem onder water bouwen? Oké, we gaan je leren ‘hoe’.

Laten we beginnen met het belangrijkste: antenne. Als we in het dagelijks leven luidsprekers gebruiken (zoals in je laptop of auto) voor geluidsemissie en een microfoon voor geluidsopname, dan haast ik me om je te plezieren: geluid dat onder water wordt uitgezonden (we zeggen "straling") en geluidsopname worden vaak uitgevoerd door hetzelfde apparaat, dat een onderwater akoestische (hydro-akoestische) antenne wordt genoemd, of hydrofoon (als het een apparaat is dat alleen kan worden ontvangen), of transducer als het in beide richtingen werkt.

In de overgrote meerderheid van de gevallen bestaat een hydro-akoestische antenne uit een of meerdere piëzo-elektrische elementen: platen, schijven, ringen, buizen, bollen, halve bollen, enz.

Piëzo-elementen hebben het zogenaamde piëzo-elektrische effect. Als een elektrisch wisselend signaal op een element wordt toegepast, begint het element te oscilleren, en als het element oscilleert, bijvoorbeeld door een akoestische golf, begint daarop een elektrisch wisselend signaal te worden gegenereerd.

Daarom zet het piëzo-elektrische element een elektrisch signaal om in akoestische golven (mechanische trillingen) en vice versa - akoestische golven in een elektrisch signaal.

Zoals het gezegde luidt: theorie zonder praktijk is dood! Laten we geen tijd verspillen en een paar hydro-akoestische antennes maken.

Stap 1: Stuklijst

Materialen die we nodig hebben:

• een paar piëzo-zoemers Ф35 mm (we kochten 10 stuks voor $ 1,5 op Aliexpress)
• een stuk RG-174-kabel van 10 meter lang
• twee jack 3,5 mm stereo-aansluitingen
• koper / messing / RVS plaat 50x100 mm breed 1-2 mm dik
• epoxy lijm
• siliconenkit (niet-azijnzuur)
• soldeer en flux
• alcohol om te ontvetten
• elke twee weerstanden met nominale waarden ~ 100Ω en 470-1000 kΩ (we namen 0,25 W MF25)
• twee diodes 1N4934
• nylondraad

instrumenten:

• boren en boren Ф3 mm en 2,5 mm (om koperplaat te boren)
• ijzerzaag of dremel (om een koperen plaat te snijden)
• schuurpapier korrel 200-600 (om koperen plaat schoon te maken)
• mes, draadknippers (voor het strippen van draden)
• soldeerbout of PCB-reworkstation
• tandheelkundige spatel voor het egaliseren van kit

Stap 2: Zeer eenvoudig circuit

Het is alleen geen goed idee om een piëzo-element rechtstreeks op een geluidskaart, laptop of tablet aan te sluiten.

Ten eerste kan het piëzo-elektrische element een voldoende grote lading accumuleren die de elektronica kan beschadigen wanneer deze is aangesloten.

Ten tweede moet u bij aansluiting op een lijn- of microfooningang van een geluidskaart de ingangscascade van de geluidskaart beschermen.

Om te voorkomen dat de niet-aangesloten antenne lading ophoopt, hebben we er een weerstand van 0,5-1 MΩ (R1) parallel aan geschakeld.

In de ontvangstantenne om de maximale spanning te begrenzen kunt u de eenvoudigste drempelbegrenzer monteren uit de diodes D1, D2 en de weerstand 100Ω (R2). Als diodes gebruikten we 1N4934 en als weerstanden R1, R2 namen we MF25 (R1 470 kOhm).

Houd er rekening mee dat als u van plan bent de ontvangstantenne op de microfooningang aan te sluiten (en niet op de lijn), u bovendien een condensator C1 nodig hebt met een nominale 0,1.. 1 uF, anders wordt de stroom geleverd door de geluidskaart naar de electretmicrofoon wordt kortgesloten via de diode D1.

Stap 3: Ontwerp van de antenne

Piëzo-elementen zelf moeten met epoxy op metalen platen worden gelijmd. Het zal de resonantiefrequentie van het piëzo-elektrische element verlagen (als de niet-gesuspendeerde massa wordt toegevoegd).

Bovendien zal het piëzo-elektrische element, omdat het aan één kant op een stijve metalen plaat is gelijmd, niet in staat zijn om samen te trekken en uit te rekken en zal het moeten buigen. Dat is wat we nodig hebben.

• We hebben twee vierkante platen van 50 x 50 mm gesneden en gaten geboord voor de kabel (3 mm in diameter) en twee gaten voor het bevestigen van de kabel met een dunne nylon draad, het bleek zoals op de foto
• Antennes kregen twee stukken van 3 meter van het gekochte stuk kabel van 10 meter, de rest bleef in reserve
• We winden de kabel in het gat, solderen de centrale kern aan de metallisatielaag van het piëzo-elektrische element en het scherm aan de metalen basis. Parallel solderen we, zoals afgesproken, een weerstand van 470 kΩ.
• We maken het andere uiteinde van de kabel schoon en monteren de connector: soldeer de centrale kern aan het centrale contact (het uiterste puntje van de connector), laat de middelste intact en soldeer het connectorlichaam aan de kabelmantel.

Ik vergeet altijd het connectorlichaam op de kabel te plaatsen en ik moet alles twee keer opnieuw solderen. herhaal mijn fout niet).

Na het solderen is het erg belangrijk om de flux te reinigen - vooral op het piëzo-elektrische element. Anders zal de flux na verloop van tijd het soldeer opeten.

We hebben dus twee antennes voorbereid (een ervan heeft een drempelbegrenzer). Nu is het tijd om de epoxy te kneden en latexhandschoenen te dragen.

Stap 4: Lijmen

Voordat de piëzo-elektrische elementen op de koperen platen worden gelijmd, moeten beide grondig worden geschuurd en ontvet met alcohol (ethyl of isopropyl) of aceton.

Gebruik niets anders! Benzine of kerosine laten vettige sporen achter die de hechting nadelig beïnvloeden.

Het is de moeite waard eraan te herinneren dat alle werkzaamheden met alcoholen, aceton en epoxy moeten worden uitgevoerd in een goed geventileerde ruimte met uw handen en ogen beschermd. Negeer de veiligheidsregels niet!

We verzadigen de nylondraad die de kabel aan de plaat houdt. Gebruik voor het verlijmen van het piëzo-elektrische element op de plaat slechts een beetje epoxylijm. Overdrijf het niet! De epoxy mag niet naar boven komen, anders kan het een dunne laag piëzokeramiek vernietigen tijdens de polymerisatie, en de epoxy verslechtert in water.

Het resultaat zou ongeveer moeten zijn zoals op de foto's. Gewoonlijk polymeriseert epoxy volledig binnen 24 uur. We hebben bijvoorbeeld onze antennes tot de volgende dag gelaten.

Stap 5: Waterdicht maken

Toen we 's ochtends bij het laboratorium aankwamen, hebben we de eerste antenne (zonder drempelbegrenzer) aangesloten op de koptelefoonaansluiting van de laptop. Als je de muziek aanzet en de antenne naar je oor brengt, kun je ervoor zorgen dat hij in ieder geval het hoorbare frequentiebereik vrij goed weergeeft. Er is zelfs een vleugje bas, het resultaat van de koperen voet.

Dus nu hebben we een akoestische zendantenne, maar nog steeds geen hydro-akoestische. Om dit te verhelpen moeten we de antenne opnieuw ontvetten en afdekken met een dun laagje kit.

Belangrijke opmerking: gebruik geen acetaathoudende sanitairkit! Het azijnzuur dat erin zit zal de soldeerverbindingen, de kabel en de metallisatie van het piëzo-elektrische element aantasten.

Voor boten en jachten raden wij Kim Tek vloeibaar rubber aan. Doe-het-zelvers uit de Verenigde Staten kunnen in plaats van kit de uitstekende polyurethaanverbindingen van het bedrijf Smooth-On gebruiken.

Voor ons gemak vullen we de medische wegwerpspuit eerst met afdichtmiddel en brengen deze vervolgens aan op het piëzo-elektrische element en soldeerverbindingen.

Na het aanbrengen van het afdichtmiddel, egaliseren we het met een tandheelkundige spatel of met wat het handigst is (zelfs met een vinger). Uiteindelijk hebben we het gekregen zoals op de foto.

Je moet een laag afdichtmiddel niet te dik maken - de antenne zal gevoeligheid verliezen. Een laag van 1 mm is absoluut voldoende. Bescherm soldeerverbindingen, weerstanden en diodes zorgvuldig met kit.

Je kunt de achterkant van de plaat afdekken met een afdichtmiddel - we hebben het op één antenne gedaan.

Als u de weerstanden en diodes dichter bij de kabel plaatst, zal het piëzo-elektrische element veel handiger zijn om met afdichtmiddel te smeren en zal de laag gladder zijn.

Na de voltooiing van dit soort beeldhouwwerk laten we de antennes weer 24 uur staan….

En gefeliciteerd! Nu heb je twee hydrofoons!

Stap 6: Post Scriptum

Nu kunt u controleren hoe goed nieuw gebouwde antennes zijn door deze rechtstreeks op uw laptop, tablet of telefoon aan te sluiten.

Helaas zijn niet alle apparaten even vriendelijk voor een onderwaterakoestiek. De meeste van alle moderne geluidskaarten hebben laagdoorlaatfilters in de microfooningang, waardoor alles boven de 15 kHz wordt geknipt. Maar sommige laptops hebben dergelijke filters niet.

Deze hydrofoon en transducer die we hebben gebouwd, zijn nog maar een begin: we zijn van plan een reeks Instructables te publiceren over akoestische communicatie en navigatie onder water, laat het ons weten als je geïnteresseerd bent!