Hidrofon murah dan Transduser Ultrasonik: 6 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:56

Apakah Anda ingin merekam lumba-lumba atau paus berbicara? Atau membangun sistem komunikasi akustik bawah air? Oke, kami akan mengajari Anda 'bagaimana caranya'.

Mari kita mulai dengan hal utama: antena. Jika dalam kehidupan sehari-hari kami menggunakan speaker (seperti di laptop atau mobil Anda) untuk emisi suara dan mikrofon untuk merekam suara, maka saya bergegas untuk menyenangkan Anda: transmisi suara di bawah air (kami katakan "radiasi") dan perekaman suara sering dilakukan oleh perangkat yang sama, yang disebut antena akustik bawah air (hidroakustik), atau hidrofon (jika perangkat hanya menerima), atau transduser jika berfungsi dua arah.

Dalam sebagian besar kasus, antena hidroakustik terdiri dari satu atau beberapa elemen piezoelektrik: pelat, cakram, cincin, tabung, bola, belahan, dll.

Elemen piezo memiliki apa yang disebut efek piezoelektrik. Jika sinyal listrik bolak-balik diterapkan pada suatu elemen, elemen tersebut mulai berosilasi, dan jika elemen tersebut berosilasi, misalnya, oleh gelombang akustik, maka sinyal listrik bolak-balik mulai dihasilkan di atasnya.

Oleh karena itu, elemen piezoelektrik mengubah sinyal listrik menjadi gelombang akustik (getaran mekanis) dan sebaliknya - gelombang akustik menjadi sinyal listrik.

Seperti kata pepatah: teori tanpa praktik adalah mati! Jangan buang waktu dan buat sepasang antena hidroakustik.

Langkah 1: Daftar Bahan

Bahan yang kami butuhkan:

• sepasang buzzer piezo 35mm (kami membeli 10 buah seharga $1,5 di Aliexpress)
• kabel RG-174 sepanjang 10 meter
• dua jack konektor stereo 3,5 mm
• plat tembaga / kuningan / stainless lebar 50x100 mm tebal 1-2 mm
• lem epoksi
• sealant silikon (non-asetat)
• solder dan fluks
• alkohol untuk degreasing
• dua resistor dengan nilai nominal ~100Ω dan 470-1000 kΩ (kami mengambil 0,25 W MF25)
• dua dioda 1N4934
• benang nilon

Instrumen:

• bor dan bor 3mm dan 2,5 mm (untuk mengebor pelat tembaga)
• gergaji besi atau dremel (untuk memotong pelat tembaga)
• amplas 200-600 grit (untuk membersihkan plat tembaga)
• pisau, pemotong kawat (untuk pengupasan kabel)
• besi solder atau stasiun pengerjaan ulang PCB
• spatula gigi untuk meratakan sealant

Langkah 2: Sirkuit Sangat Mudah

Menghubungkan elemen piezo ke kartu suara, laptop, atau tablet secara langsung bukanlah ide yang baik.

Pertama, elemen piezoelektrik dapat mengakumulasi muatan yang cukup besar yang dapat merusak elektronik saat terhubung.

Kedua, ketika terhubung ke saluran atau input mikrofon kartu suara, Anda perlu melindungi kaskade input kartu suara.

Untuk mencegah antena yang tidak terhubung dari mengumpulkan muatan, kami menempatkan resistor 0,5-1 MΩ (R1) secara paralel dengannya.

Di antena penerima untuk membatasi tegangan maksimum, Anda dapat memasang pembatas ambang paling sederhana dari dioda D1, D2 dan resistor 100Ω (R2). Sebagai dioda, kami menggunakan 1N4934 dan sebagai resistor R1, R2 kami mengambil MF25 (R1 470 kOhm).

Harap dicatat bahwa jika Anda berencana untuk menghubungkan antena penerima ke input mikrofon (dan bukan ke saluran satu), maka Anda juga memerlukan kapasitor C1 dengan nominal 0,1.. 1 uF, jika tidak, daya yang disuplai oleh kartu suara ke mikrofon electret akan dihubung pendek melalui dioda D1.

Langkah 3: Desain Antena

Elemen piezo sendiri perlu direkatkan ke pelat logam dengan epoksi. Ini akan menurunkan frekuensi resonansi elemen piezoelektrik (saat massa yang tidak tersuspensi ditambahkan).

Juga, direkatkan pada satu sisi ke pelat logam yang kaku, elemen piezoelektrik tidak akan dapat berkontraksi dan meregang dan harus menekuk. Itulah yang kami butuhkan.

• Kami memotong dua pelat persegi 50 x 50 mm dan mengebor lubang untuk kabel (berdiameter 3 mm) dan dua lubang untuk mengikat kabel dengan benang nilon tipis, ternyata seperti pada foto
• Antena mendapat dua potong 3 meter dari kabel 10 meter yang dibeli, sisanya dibiarkan cadangan
• Kami melilitkan kabel ke dalam lubang, menyolder inti pusatnya ke lapisan metalisasi elemen piezoelektrik, dan layar ke dasar logamnya. Secara paralel, seperti yang disepakati, kami menyolder resistor 470 kΩ.
• Kami membersihkan ujung kabel yang lain dan merakit konektor: solder inti pusat ke kontak pusat (ujung paling konektor), biarkan bagian tengah utuh, dan solder badan konektor ke selubung kabel.

Saya selalu lupa memasang badan konektor pada kabel dan saya harus menyolder ulang semuanya dua kali. Jangan ulangi kesalahan saya).

Setelah menyolder, sangat penting untuk membersihkan fluks - terutama pada elemen piezoelektrik. Jika tidak, seiring waktu fluks akan memakan solder.

Jadi, kami telah menyiapkan dua antena (salah satunya memiliki pembatas ambang). Sekarang saatnya untuk menguleni epoksi dan memakai sarung tangan lateks.

Langkah 4: Perekatan

Sebelum merekatkan elemen piezoelektrik ke pelat tembaga, keduanya harus diampelas dan dihilangkan lemaknya dengan alkohol (etil atau isopropil) atau aseton.

Jangan gunakan yang lain! Bensin atau minyak tanah meninggalkan bekas berminyak yang merusak daya rekat.

Perlu diingat bahwa semua pekerjaan dengan alkohol, aseton, dan epoksi harus dilakukan di ruangan yang berventilasi baik dengan tangan dan mata terlindungi. Jangan abaikan aturan keselamatan!

Kami menjenuhkan benang nilon yang menahan kabel ke pelat. Untuk menempelkan elemen piezoelektrik ke pelat, gunakan sedikit lem epoksi. Jangan berlebihan! Epoxy tidak boleh sampai ke atas, jika tidak, dapat menghancurkan lapisan tipis piezoceramics selama polimerisasi, ditambah epoksi memburuk dalam air.

Hasilnya harus seperti di foto. Biasanya, epoksi sepenuhnya berpolimerisasi dalam waktu 24 jam. Kami, misalnya, meninggalkan antena kami sampai hari berikutnya.

Langkah 5: Tahan air

Ketika kami tiba di laboratorium di pagi hari, kami menghubungkan antena pertama (tanpa pembatas ambang) ke jack headphone laptop. Jika Anda menyalakan musik dan mendekatkan antena ke telinga, Anda dapat memastikan bahwa setidaknya rentang frekuensi yang dapat didengar direproduksi dengan cukup baik. Bahkan ada sedikit bass, hasil dari dasar tembaga.

Jadi sekarang kami memiliki antena pemancar akustik, tetapi masih belum memiliki antena hidroakustik. Untuk memperbaikinya, kita harus menurunkan antena lagi dan menutupinya dengan lapisan tipis sealant.

Catatan penting: Jangan gunakan sealant sanitasi yang mengandung asetat! Asam asetat yang terkandung di dalamnya akan menimbulkan korosi pada sambungan solder, kabel dan metalisasi elemen piezoelektrik.

Kami merekomendasikan karet cair Kim Tek untuk kapal dan yacht. DIY-ers dari Amerika Serikat dapat menggunakan senyawa poliuretan yang sangat baik dari perusahaan Smooth-On alih-alih sealant.

Untuk kenyamanan kami, kami mengisi jarum suntik sekali pakai medis dengan sealant terlebih dahulu, dan kemudian menerapkannya ke elemen piezoelektrik dan sambungan solder.

Setelah mengoleskan sealant, kami meratakannya dengan spatula gigi atau dengan apa yang nyaman (bahkan dengan jari). Pada akhirnya, kami mendapatkannya seperti pada gambar.

Anda tidak boleh membuat lapisan sealant terlalu tebal - antena akan kehilangan sensitivitas. Lapisan 1 mm benar-benar cukup. Lindungi sambungan solder, resistor, dan dioda dengan hati-hati dengan sealant.

Anda dapat menutupi sisi belakang pelat dengan sealant - kami melakukannya di satu antena.

Jika Anda memindahkan resistor dan dioda lebih dekat ke kabel, maka elemen piezoelektrik akan jauh lebih nyaman untuk diolesi dengan sealant dan lapisannya akan lebih halus.

Setelah pekerjaan pematung semacam ini selesai, kami kembali meninggalkan antena selama 24 jam….

Dan selamat! Sekarang Anda memiliki dua hidrofon!

Langkah 6: Posting Naskah

Sekarang Anda dapat memeriksa seberapa bagus antena yang baru dibuat dengan menghubungkannya langsung ke laptop, tablet, atau ponsel Anda.

Sayangnya, tidak semua perangkat ramah terhadap akustik bawah air. Sebagian besar dari semua kartu suara modern memiliki filter low-pass dalam input mikrofon, memotong semuanya di atas 15 kHz. Tetapi beberapa laptop tidak memiliki filter seperti itu.

Hidrofon dan transduser yang kami buat ini hanyalah permulaan: kami berencana untuk menerbitkan serangkaian Instruksi tentang komunikasi & navigasi akustik bawah air, beri tahu kami jika Anda tertarik!