8-900-374-94-44
Некоторые птицы, а также собаки, мыши, крысы, летучие мыши и другие животные могyт слышать звуки с частотами до 40000 Гц. Схема, предложенная здесь, издает непрерывный ультразвук частотой выше воспринимаемой человеком в диапазоне между 18000 и 40000 Гц. Устройство может быть использовано для лечения собак и других животных, в биологических экспериментах и для многих других целей. Рекомендуемый пьезодинамик отдает максимальную выходную мощность в диапазоне частот между 700 и 3000 Гц; он также будет работать на более высоких частотах, но с меньшей мощностью. Рекомендуемые источники питания — четыре пальчиковых батарейки или одна (батарейка или аккумулятор) на 9 В. Потребляемый ток очень мал. Схема (рис. 1) генерирует сигнал частотой от 18000 до 40000 Гц, но вы можете легко поменять этот диапазон подбором емкости конденсатора С1 или резистора R1. Перечень элементов приведен в таблице. Схема может быть помещена в небольшой пластмассовый корпус. динамик закрепляется па передней панели. Ультразвуковой генератор 1. Эта схема работает в диапазоне частот от 18 до 40 кГц
Ультразвуковой генератор второй вариантС помощью двух ИС 4093 можно изготовить мощный ультразвуковой генератор,
как показано на рисунке. Ультразвуковой генератор 2Частота может варьироваться путем изменения емкости С2. Верхний предел частоты схемы — 1 МГц. Генератор пригоден для проведения биологических экспериментов, связанных с изучением поведения животных и условий их содержания. Питание — четыре пальчиковых батарейки или батарейка/аккумулятор на 9 В. Схема потребляет всего несколько миллиампер, при этом срок службы батареек — до нескольких недель. Последовательно с R1 можно включить переменный резистор номиналом 47 кОм, что позволит регулировать частоту в широком диапазоне. Перечень элементов дан в таблице. В качестве громкоговорителя можно
использовать высокочастотный пьезодинамик — твитер.
Внутри этого компонента имеется небольшой выходной трансформатор,
как показано на рисунке. Вам нужно удалить его. Перечень элементов ультразвукового генератора 2
Трансформатор нужно удалитьУльтразвуковой генератор третий вариант Это третья версия ультразвукового генератора. Используется пьезоэлектрический
твитер. Выходной каскад на транзисторах обеспечивает мощный выходной сигнал. Схема питается от четырех пальчиковых батареек или от аккумулятора/батарейки напряжением 9 В, потребляемый ток — около 50 мА. Частота может задаваться резистором R1 в диапазоне между 18000 и 40000 Гц. Можно изменять частоту подбором емкости конденсатора С1. Значения между 470 и 4700 пФ могут быть подобраны экспериментально. Хотя твитер имеет наибольшую эффективность в диапазоне между 10000 и 20000 Гц, этот преобразователь, как экспериментально подтверждено, может нормально работать и на частотах до 40000 Гц. В данной схеме нет необходимости отсоединять внутренний трансформатор твитера, как мы делали в предыдущем проекте. Вы можете также использовать специальный ультразвуковой преобразователь с сопротивлением от 4 до 100 Ом. Принципиальная схема ультразвукового генератора показана на рисунке. Перечень элементов приведен в таблице. Устройство может быть собрано в небольшом пластмассовом корпусе. Ультразвуковой генератор 3
Для регулировки частоты используйте частотомер, подключая его к выводу 4 ИС. Мощный ультразвуковой генераторЭта схема может выдавать ультразвуковой сигнал мощностью в несколько ватт с применением пьезоэлектрического твитера или преобразователя другого типа. Рабочая частота — от 18000 до 40000 Гц, она может изменяться подбором емкости конденсатора С1. При больших значениях емкости будет формироваться сигнал в звуковом диапазоне, что позволяет использовать схему в аварийной сигнализации и других устройствах. В этом случае твитер может быть заменен обычным громкоговорителем. Схема потребляет несколько сот миллиампер от источника питания 9 или 12 В. Батарейки рекомендуются только для кратковременных режимов работы. Можно использовать это устройство для отпугивания собак и других животных, установив его около мест для сбора мусора и др. Ультразвуковой режим работы достигается при величине емкости С1 от 470 до 2200 пФ. Для сигнала звукового диапазона требуется емкость в диапазоне 0,01-0,012 мкФ. Принципиальная схема мощного ультразвукового генератора показана на рисунке, перечень элементов приведен в таблице. Мощный ультразвуковой генератор. Все транзисторы должны быть смонтированы на радиаторах
Транзисторы должны быть смонтированы на радиаторах. |
Чтобы преобразовать 50-герцевую частоту электросети в ультразвуковую (с частотой выше 20 кГц), необходимую для питания некоторых специализированных установок, используют спецальные ультразвуковые генераторы. Схема работы таких устройств предусматривает одновременное производство тока подмагничивания — он нужен для получения максимально возможной амплитуды колебаний частоты.
Источники ультразвука широко используются в промышленности и даже в быту. На основе звуковых волн такой высокой частоты работают отпугиватели собак, насекомых, грызунов. В промышленности такая энергия используется в:
Еще одна распространенная область использования звуковых волн высокой частоты — неразрушающий контроль качества продукции (УЗ-дефектоскопия). Также генераторы нужны в:
Работают генераторы на базе ламп или резисторов-полупроводников, могут иметь в основе функционирования схему с независимым или самостоятельным возбуждением. Вторые модели более простые по конструкции, но по стабильности выдаваемых частот могут уступать первым вариантам.
В конструктивном плане аппарат состоит из нескольких узлов, которые называются блоками или каскадами:
Любой генератор имеет ряд электротехнических характеристик, отражающихся на КПД.
Рабочая частота соответствует общепринятым промышленным стандартам, например, 44±4,4 или 18±1,35 кГц. Мощность на выходе имеет диапазон от 0,25 до 10 кВт (с возможностью регулировать этот параметр плавно или ступенчато). Стабильность частоты выражается в отклонении этого параметра от первоначально заявленного диапазона.
КПД генераторов определяется как отношение его мощности, получаемой на выходе, к общей, которая потребляется из электрической сети. Этот показатель зависит от множества факторов — режима работы и основной схемы генератора, выдаваемых частот, производителя устройства, качества его сборки и изготовления отдельных компонентов и узлов.
Ламповые генераторы мощностью не выше 0,4 кВт должны иметь КПД не меньше, чем 0,3, их резисторные аналоги — не меньше, чем 0,5. КПД генераторов с мощностью в диапазоне 2,5-10 кВт должен быть не менее 0,5 для генераторов ламповых и не менее 0,65 для резисторных.
Генераторы ультразвука активно применяется в микросварке, когда нужно, например:
Традиционная сварка для этого использоваться не может: малейший нагрев приведет материалы в негодность. Менее мощные токовые импульсы в диапазоне ультравысоких частот, создаваемые УЗ генераторами, используются также для неразъемного соединения полимеров.
Метод сварки на УЗ-частотах был разработан сравнительно недавно. Это «холодная» операция, не изменяющая структуру и свойства свариваемых изделий. Это важно для разных сфер промышленности, в частности, для работы с некоторыми металлами, используемыми в силовой электронике для резисторных и других схем.
Введение
Многие коммерческие ультразвуковые устройства работают с заданной частотой и используют преобразователи, которые настроены на пик или резонирование на определенной частоте. Ограниченная полоса пропускания и цена большинства таких преобразователей делают их непригодными для хобби и самостоятельной реализации.
Но на самом деле это не проблема, так как практически любой пьезодинамик может быть использован в качестве ультразвукового преобразователя как в качестве выходного устройства передатчика, так и в качестве датчика приемника.
Хотя эффективность пьезодинамиков не может сравниться с эффективностью специализированного промышленного преобразователя, в качестве хобби и развлечения они могут работать отлично. Устройство, которое мы использовали с описанными ниже схемами, представляло собой 33/4-дюймовый пьезо-твитер, который можно приобрести в большинстве интернет-магазинов.
Наша самая первая схема, показанная на рисунке выше, представляет собой ультразвуковой генератор, который использует хорошо известный таймер 555 IC в цепи мультивибратора с регулируемой частотой. Конструкция выдает сигнал прямоугольной формы, который работает с R2 для настройки в диапазоне частот от 12 кГц до более 50 кГц.
Этот диапазон частот можно легко настроить, изменив емкость конденсатора C1; использование более низкого значения приведет к увеличению диапазона, в то время как большее значение сделает диапазон намного меньше.
Следующий ультразвуковой генератор, показанный на рис. 2 выше, использует 6 буферных вентилей одиночной инвертирующей буферной микросхемы 4049 CMOS.
Несколько буферов, U1a и U1b, можно увидеть подключенными к схеме нестабильного генератора с переменной частотой, имеющей выходной прямоугольный сигнал с рабочим циклом 50 %.
Остальные 4 буфера подключены параллельно, чтобы улучшить выходной сигнал по сравнению с подключенным пьезоэлементом. Частотный диапазон этого значительно улучшенного ультразвукового генератора примерно аналогичен предыдущей версии IC 555. Тем не менее, основным преимуществом этой конструкции является ее точный рабочий цикл 50% во всем диапазоне частот.
Тем не менее, диапазон частот можно увеличить, уменьшив емкость конденсатора C1, а частоту можно уменьшить, используя более высокие значения емкости C1. Потенциометр 100к вместе с резистором R3 фиксирует выходную частоту.
ИС LM567 с фазовой автоподстройкой частоты (ФАПЧ) используется для генерации ультразвуковой частоты в нашей выше на рисунке 3. Эта схема обеспечивает ряд функций лучше, чем две предыдущие ультразвуковые концепции.
Во-первых, встроенный генератор IC 567 разработан для работы в невероятно широком диапазоне частот, от менее 1 Гц до 500 кГц. Форма выходного сигнала генератора на выводе 5 демонстрирует выдающуюся симметрию во всем рабочем диапазоне.
Генератор дополнительно обеспечивает повышенную выходную мощность по сравнению с двумя другими схемами по той причине, что выходная мощность очень близко согласована с импедансом пьезоизлучателя (SPKR1).
Выход схемы может быть настроен от 10 кГц до более чем 100 кГц с помощью потенциометра R5. Транзистор Q1 подключен как схема с общим коллектором, чтобы оставить выход 567 в стороне, а также управлять схемой выходного усилителя, созданной с использованием транзисторов Q2 и Q3. Схема может быть преобразована в ультразвуковой непрерывный передатчик, разорвав соединение контакта 7 микросхемы и последовательно вставив ключ переключателя.
В этом случае вам потребуется какой-нибудь ультразвуковой приемник, чтобы слышать сигналы; и это именно то, что мы собираемся обсудить в нашей следующей схеме.
Схема ультразвукового приемника, использующая микросхему 567 PLL с возможностью настройки частоты, показана на приведенной выше схеме. Схема перестраиваемого генератора ИС идентична предыдущей схеме генератора и работает точно в том же диапазоне частот.
Светодиод расположен на контакте 8 детектора микросхемы, который быстро указывает на обнаруженные сигналы.
Транзистор Q1 предназначен для усиления мельчайших ультразвуковых сигналов, обнаруженных пьезоустройством, и передачи их на PLL.
Чтобы проверить работу ультразвука, включите схему ультразвукового генератора IC 567 и перемещайте пьезоэлектрический преобразователь по всей площади. Начиная с минимальной настройки, постепенно подстраивайте R5 до тех пор, пока вы не сможете ничего слушать из динамика. Это должно зафиксировать выходную частоту схемы примерно на уровне 16 и 20 кГц, в зависимости от чувствительности вашего уха к высоким частотам.
Теперь включите схему ультразвукового приемника и расположите его пьезопреобразователь на расстоянии примерно 12 дюймов от динамика генератора, но направив его в том же направлении. Настройте приемник с помощью R5, начиная с точки минимальной частоты (которая соответствует максимальному диапазону сопротивления потенциометра), и понемногу увеличивайте частоту до тех пор, пока не увидите, что светодиод приемника просто загорается.
Если вы видите, что приемник не реагирует на выходные сигналы передатчика, попробуйте точно направить пьезоэлемент приемника на динамик генератора и продолжайте делать это настойчиво. Как только приемник обнаружит сигнал и загорится светодиод, отодвиньте два пьезоэлемента Tx/Rx как минимум на десять футов и снова начните точную настройку.
Как только вы обнаружите, что все работает удовлетворительно, вы можете использовать телеграфный ключ, прикрепленный к передатчику (дополнительно на контакте 7), и проверить реакцию светодиода на приемнике.
Светодиод должен реагировать на это миганием в виде точек и тире, когда вы нажимаете телеграфный ключ. Дополнительным применением этого комплекта ультразвуковой генератор/приемник может быть простой датчик охранной сигнализации.
Подсоедините реле 5 В к контакту 8 LM567 приемника и положительному полюсу батареи. Расположите пьезоустройства Tx и Rx примерно на расстоянии фута друг от друга и сфокусируйте их на одном пути, но вдали от любого близлежащего объекта.
Если человек находится в непосредственной близости от пары динамиков и перед ними, ультразвуковая частота будет отражаться обратно, вызывая включение реле приемника. Выходные контакты реле могут использоваться для включения сигнализации или сирены.
Последняя конструкция схемы ультразвукового приемника на самом деле представляет собой чрезвычайно чувствительный ультразвуковой приемник, который может легко улавливать почти все в диапазоне ультразвуковых частот. Вы можете прослушивать сообщения насекомых, летучих мышей, двигателей и т. д.; эта идея также может быть использована в сочетании с описанными выше ультразвуковыми генераторами для разработки высококачественных ультразвуковых систем.
Конструкция, работающая по принципу прямого преобразования. Транзисторы Q1 и Q2 усиливают ультразвуковые сигналы, воспринимаемые пьезодинамиком. Выход коллектора Q2 затем используется для управления входом JFET (Q3), который можно увидеть подключенным как схема детектора продукта.
Каскад PLL (U1) в этой концепции используется как перестраиваемый гетеродинный генератор, который дополнительно питает вход схемы детектора JFET. Входящий ультразвуковой сигнал объединяется с частотой гетеродина-генератора, образуя суммарную и разностную частоты.
Высокочастотный элемент отфильтровывается через цепь компонентов C3, R8 и C6. Оставшийся низкочастотный выход может поступать на вход аудиоусилителя LM386. К аудиовыходу схемы можно подключить динамик или наушники.
Частотный диапазон обнаружения нашим ухом едва достигает 13 кГц. Функция ультразвукового детектора состоит в преодолении этого ограничения путем переключения частоты высокочастотных шумов, например собачьих свистков, едва слышимых утечек газа, пищания летучих мышей и нескольких искусственных ультразвуковых звуков, например легкого постукивания по газете.
«Ультразвук», обнаруженный входным преобразователем, усиливается и подается на детектор продукта.
В качестве нагрузки в схеме используется пьезодинамик или
пьезонаушник на десятки милливатт. Генератор работает в частотном диапазоне между
18000 и 40000 Гц.
Динамик, являющийся нагрузкой выходного каскада, может выдавать ультразвуковой сигнал мощностью до 400 мВт.
Все компоненты можно поместить в пластмассовый корпус