Đầu dò siêu âm và điện thoại siêu âm chi phí thấp: 6 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Bạn muốn ghi lại tiếng nói của cá heo hay cá voi? Hay xây dựng một hệ thống liên lạc âm thanh dưới nước? Được rồi, chúng tôi sẽ dạy bạn 'cách thực hiện'.

Hãy bắt đầu với điều chính: ăng-ten. Nếu trong cuộc sống hàng ngày, chúng tôi sử dụng loa (chẳng hạn như trong máy tính xách tay hoặc ô tô của bạn) để phát ra âm thanh và micrô để ghi âm, thì tôi nhanh chóng làm hài lòng bạn: truyền âm thanh dưới nước (chúng tôi nói là "bức xạ") và ghi âm thường được thực hiện bởi cùng một thiết bị, được gọi là ăng-ten âm thanh dưới nước (thủy âm), hoặc hydrophone (nếu là thiết bị chỉ thu), hoặc bộ chuyển đổi nếu nó hoạt động theo cả hai cách.

Trong phần lớn các trường hợp, anten thủy âm bao gồm một hoặc một số phần tử áp điện: tấm, đĩa, vòng, ống, hình cầu, bán cầu, v.v.

Các phần tử Piezo có cái gọi là hiệu ứng áp điện. Nếu một tín hiệu điện xoay chiều được đặt vào một phần tử, thì phần tử đó bắt đầu dao động, và nếu phần tử đó dao động, chẳng hạn bằng sóng âm, thì tín hiệu điện xoay chiều bắt đầu được tạo ra trên nó.

Do đó, phần tử áp điện chuyển tín hiệu điện thành sóng âm (dao động cơ học) và ngược lại - sóng âm thành tín hiệu điện.

Như người ta thường nói: lý thuyết mà không thực hành thì chết! Đừng lãng phí thời gian và làm một cặp ăng-ten thủy âm.

Bước 1: Hóa đơn nguyên vật liệu

Vật liệu chúng tôi cần:

• một cặp buzzers piezo Ф35mm (chúng tôi đã mua 10 chiếc với giá 1,5 đô la trên Aliexpress)
• một đoạn cáp RG-174 dài 10 mét
• hai giắc cắm 3,5 mm kết nối âm thanh nổi
• đồng / đồng thau / tấm không gỉ rộng 50x100 mm dày 1-2 mm
• keo epoxy
• keo silicon (không acetic)
• chất hàn và chất trợ dung
• cồn để tẩy dầu mỡ
• hai điện trở bất kỳ có giá trị danh nghĩa ~ 100Ω và 470-1000 kΩ (chúng tôi lấy 0,25 W MF25)
• hai điốt 1N4934
• sợi dây ni-lông

Dụng cụ:

• khoan và khoan Ф3mm và 2,5 mm (để khoan tấm đồng)
• cưa sắt hoặc dremel (để cắt một tấm đồng)
• giấy nhám 200-600 grit (để làm sạch tấm đồng)
• dao, máy cắt dây (để tuốt dây)
• mỏ hàn hoặc trạm gia công lại PCB
• thìa nha khoa để san lấp mặt bằng

Bước 2: Mạch rất dễ dàng

Không nên kết nối trực tiếp phần tử piezo với card âm thanh, máy tính xách tay hoặc máy tính bảng.

Thứ nhất, phần tử áp điện có thể tích tụ điện tích đủ lớn có thể làm hỏng các thiết bị điện tử khi kết nối.

Thứ hai, khi kết nối với đầu vào đường truyền hoặc micrô của card âm thanh, bạn cần bảo vệ tầng đầu vào của card âm thanh.

Để ngăn ăng ten không kết nối tích tụ điện tích, chúng tôi đặt một điện trở 0,5-1 MΩ (R1) song song với nó.

Trong ăng ten thu để giới hạn điện áp tối đa, bạn có thể lắp ráp bộ giới hạn ngưỡng đơn giản nhất từ các điốt D1, D2 và điện trở 100Ω (R2). Như điốt, chúng tôi sử dụng 1N4934 và làm điện trở R1, R2, chúng tôi lấy MF25 (R1 470 kOhm).

Xin lưu ý rằng nếu bạn định kết nối ăng-ten thu với đầu vào micrô (chứ không phải với đầu vào của micrô), thì bạn sẽ cần thêm tụ điện C1 với 0,1.. 1 uF danh định, nếu không, nguồn điện được cung cấp bởi card âm thanh đến micrô điện tử sẽ được đoản mạch qua diode D1.

Bước 3: Thiết kế Antenna

Bản thân các phần tử Piezo cần được dán vào các tấm kim loại bằng epoxy. Nó sẽ làm giảm tần số cộng hưởng của phần tử áp điện (khi khối lượng không bị gián đoạn được thêm vào).

Ngoài ra, được dán bởi một mặt vào một tấm kim loại cứng, phần tử áp điện sẽ không thể co lại và kéo dài và nó sẽ phải uốn cong. Đó là những gì chúng ta cần.

• Chúng tôi cắt hai tấm hình vuông 50 x 50 mm và khoan lỗ cho cáp (đường kính 3 mm) và hai lỗ để buộc cáp bằng một sợi nylon mỏng, nó thành ra như trên ảnh
• Ăng-ten có hai đoạn dài 3 mét từ đoạn cáp dài 10 mét đã mua, phần còn lại để dự trữ
• Chúng tôi cuộn dây cáp vào lỗ, hàn lõi trung tâm của nó với lớp kim loại hóa của phần tử áp điện và màn hình với đế kim loại của nó. Song song, theo thỏa thuận, chúng tôi hàn một điện trở 470 kΩ.
• Chúng tôi làm sạch đầu còn lại của cáp và lắp ráp đầu nối: hàn lõi trung tâm vào tiếp điểm trung tâm (chính đầu của đầu nối), để nguyên phần giữa và hàn thân đầu nối vào vỏ cáp.

Tôi luôn quên đặt thân đầu nối vào cáp và tôi phải hàn lại mọi thứ hai lần. Đừng lặp lại sai lầm của tôi).

Sau khi hàn, điều rất quan trọng là phải làm sạch từ thông - đặc biệt là trên phần tử áp điện. Nếu không, theo thời gian thông lượng sẽ ăn chất hàn.

Vì vậy, chúng tôi đã chuẩn bị hai ăng-ten (một trong số chúng có bộ giới hạn ngưỡng). Bây giờ là lúc nhào epoxy và đeo găng tay cao su.

Bước 4: Dán

Trước khi dán các phần tử áp điện vào các tấm đồng, cả hai đều phải được chà nhám và tẩy dầu mỡ bằng rượu (ethyl hoặc isopropyl) hoặc axeton.

Không sử dụng bất cứ thứ gì khác! Xăng hoặc dầu hỏa để lại vết nhờn làm giảm độ bám dính.

Cần nhắc lại rằng tất cả các công việc với rượu, axeton và epoxy nên được thực hiện trong phòng thông gió tốt với tay và mắt của bạn được bảo vệ. Đừng bỏ bê các quy tắc an toàn!

Chúng tôi thấm sợi nylon giữ cáp vào tấm. Để dán phần tử áp điện vào tấm, chỉ cần sử dụng một chút keo epoxy. Đừng làm quá lên! Epoxy không được để lên trên cùng, nếu không, nó có thể phá hủy một lớp mỏng của gốm sứ trong quá trình trùng hợp, cộng với việc epoxy bị phân hủy trong nước.

Kết quả sẽ giống như trên các bức ảnh. Thông thường, epoxy trùng hợp hoàn toàn trong vòng 24 giờ. Ví dụ, chúng tôi đã để ăng-ten của mình cho đến ngày hôm sau.

Bước 5: Chống thấm

Khi chúng tôi đến phòng thí nghiệm vào buổi sáng, chúng tôi kết nối ăng-ten đầu tiên (không có giới hạn ngưỡng) với giắc cắm tai nghe của máy tính xách tay. Nếu bạn bật nhạc và đưa ăng-ten vào tai, bạn có thể đảm bảo rằng ít nhất dải tần nghe được mà nó tái tạo khá tốt. Thậm chí còn có một chút âm trầm, kết quả của phần đế bằng đồng.

Vì vậy, bây giờ chúng ta có một ăng-ten truyền âm thanh, nhưng vẫn chưa phải là một ăng-ten thủy âm. Để khắc phục điều này, chúng ta nên tẩy dầu mỡ lại ăng-ten và phủ lên nó một lớp keo dán mỏng.

Lưu ý quan trọng: Không sử dụng chất bịt kín vệ sinh có chứa axetat! Axit axetic có trong nó sẽ ăn mòn các mối hàn, dây cáp và kim loại hóa phần tử áp điện.

Chúng tôi đề xuất cao su lỏng Kim Tek cho tàu thuyền và du thuyền. DIY-ers từ Hoa Kỳ có thể sử dụng các hợp chất polyurethane tuyệt vời từ công ty Smooth-On thay vì chất trám trét.

Để thuận tiện cho chúng tôi, chúng tôi đổ chất trám kín vào ống tiêm dùng một lần y tế trước, sau đó bôi chất này lên phần tử áp điện và các mối nối hàn.

Sau khi áp dụng chất trám bít, chúng tôi làm phẳng nó bằng thìa nha khoa hoặc bằng những gì nó thuận tiện (thậm chí bằng ngón tay). Cuối cùng thì chúng ta cũng có được nó như trong hình.

Bạn không nên làm một lớp keo quá dày - ăng-ten sẽ bị mất độ nhạy. Một lớp 1 mm là hoàn toàn đủ. Bảo vệ cẩn thận các mối nối hàn, điện trở và điốt bằng chất bịt kín.

Bạn có thể phủ một lớp keo lên mặt sau của tấm - chúng tôi đã làm điều đó trên một ăng-ten.

Nếu bạn di chuyển các điện trở và đi-ốt đến gần cáp hơn, thì phần tử áp điện sẽ thuận tiện hơn nhiều khi bôi chất trám kín và lớp sẽ mịn hơn.

Sau khi hoàn thành tác phẩm của nhà điêu khắc này, chúng tôi lại để ăng-ten trong 24 giờ….

Và xin chúc mừng! Bây giờ bạn có hai hydrophone!

Bước 6: Đăng Scriptum

Bây giờ bạn có thể kiểm tra xem ăng-ten mới được chế tạo tốt đến mức nào bằng cách kết nối trực tiếp nó với máy tính xách tay, máy tính bảng hoặc điện thoại của bạn.

Thật không may, không phải tất cả các thiết bị đều thân thiện với âm thanh dưới nước. Hầu hết tất cả các card âm thanh hiện đại đều có bộ lọc thông thấp trong đầu vào micrô, cắt mọi thứ trên 15 kHz. Nhưng một số máy tính xách tay không có bộ lọc như vậy.

Hydrophone và bộ chuyển đổi mà chúng tôi đã chế tạo mới chỉ là bước khởi đầu: chúng tôi dự định xuất bản một loạt Tài liệu hướng dẫn về giao tiếp và điều hướng âm thanh dưới nước, vui lòng cho chúng tôi biết nếu bạn quan tâm!