สารบัญ:
2025 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2025-01-13 06:58
คุณต้องการบันทึกคำพูดของปลาโลมาหรือปลาวาฬหรือไม่? หรือสร้างระบบสื่อสารเสียงใต้น้ำ? ตกลง เราจะสอน "วิธีการ" ให้คุณ
เริ่มจากสิ่งสำคัญ: เสาอากาศ หากในชีวิตประจำวันเราใช้ลำโพง (เช่นในแล็ปท็อปหรือในรถยนต์) สำหรับการปล่อยเสียงและไมโครโฟนสำหรับการบันทึกเสียง ฉันรีบเร่งเพื่อทำให้คุณพอใจ: การส่งเสียงใต้น้ำ (เราพูดว่า "การแผ่รังสี") และการบันทึกเสียงมักจะดำเนินการโดย อุปกรณ์เดียวกันซึ่งเรียกว่าเสาอากาศอะคูสติกใต้น้ำ (hydroacoustic) หรือไฮโดรโฟน (หากเป็นอุปกรณ์รับสัญญาณเท่านั้น) หรือตัวแปลงสัญญาณหากใช้งานได้ทั้งสองทาง
ในกรณีส่วนใหญ่ เสาอากาศ hydroacoustic ประกอบด้วยองค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริกหนึ่งหรือหลายองค์ประกอบ: จาน, ดิสก์, วงแหวน, ท่อ, ทรงกลม, ซีกโลก ฯลฯ
องค์ประกอบ Piezo มีลักษณะพิเศษที่เรียกว่า piezoelectric หากมีการใช้สัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับกับองค์ประกอบ องค์ประกอบนั้นจะเริ่มสั่น และหากองค์ประกอบนั้นสั่น เช่น โดยคลื่นเสียง สัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับจะเริ่มสร้างขึ้นบนองค์ประกอบนั้น
ดังนั้นองค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริกจะแปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นคลื่นเสียง (การสั่นสะเทือนทางกล) และในทางกลับกัน - คลื่นอะคูสติกเป็นสัญญาณไฟฟ้า
ดังคำกล่าวที่ว่า ทฤษฏีที่ไม่ปฏิบัตินั้นตาย! อย่ามัวเสียเวลาทำเสาอากาศแบบ Hydroacoustic สักคู่
ขั้นตอนที่ 1: รายการวัสดุ
วัสดุที่เราต้องการ:
- คู่ของ Buzzers Piezo Ф35mm (เราซื้อ 10 ชิ้นในราคา $ 1.5 ใน Aliexpress)
- สาย RG-174 ยาว 10 เมตร
- ช่องเสียบสเตอริโอ 3.5 มม. สองช่อง
- ทองแดง / ทองเหลือง / แผ่นสแตนเลส 50x100 มม. กว้าง 1-2 มม. หนา
- กาวอีพ็อกซี่
- กาวซิลิโคน (ไม่ใช่อะซิติก)
- บัดกรีและฟลักซ์
- แอลกอฮอล์ล้างไขมัน
- ตัวต้านทานสองตัวใด ๆ ที่มีค่าเล็กน้อย ~ 100Ωและ 470-1000 kΩ (เราใช้ 0.25 W MF25)
- สองไดโอด 1N4934
- ด้ายไนลอน
เครื่องมือ:
- สว่านและสว่าน Ф3มม. และ 2.5 มม. (สำหรับเจาะแผ่นทองแดง)
- เลือยตัดโลหะหรือเดรเมล (เพื่อตัดแผ่นทองแดง)
- กระดาษทราย 200-600 เม็ด (สำหรับทำความสะอาดแผ่นทองแดง)
- มีด คีมตัดลวด (สำหรับปอกสายไฟ)
- หัวแร้งหรือสถานีทำใหม่ PCB
- ไม้พายสำหรับเคลือบหลุมร่องฟัน
ขั้นตอนที่ 2: วงจรที่ง่ายมาก
ไม่ควรเชื่อมต่อองค์ประกอบ piezo กับการ์ดเสียง แล็ปท็อป หรือแท็บเล็ตโดยตรง
ประการแรก องค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริกสามารถสะสมประจุได้มากพอที่จะทำลายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เมื่อเชื่อมต่อ
ประการที่สอง เมื่อเชื่อมต่อกับสายหรืออินพุตไมโครโฟนของการ์ดเสียง คุณต้องป้องกันน้ำตกอินพุตของการ์ดเสียง
เพื่อป้องกันไม่ให้เสาอากาศที่ไม่ได้เชื่อมต่อสะสมประจุ เราวางตัวต้านทาน 0.5-1 MΩ (R1) ขนานกับมัน
ในเสาอากาศรับสัญญาณเพื่อจำกัดแรงดันไฟฟ้าสูงสุด คุณสามารถประกอบตัวจำกัดขีดจำกัดที่ง่ายที่สุดจากไดโอด D1, D2 และตัวต้านทาน 100Ω (R2) ในฐานะไดโอด เราใช้ 1N4934 และในฐานะตัวต้านทาน R1, R2 เราใช้ MF25 (R1 470 kOhm)
โปรดทราบว่าหากคุณวางแผนที่จะเชื่อมต่อเสาอากาศรับกับอินพุตไมโครโฟน (และไม่ใช่กับสายหนึ่ง) คุณจะต้องใช้ตัวเก็บประจุ C1 เพิ่มเติมด้วย 0.1.. 1 uF เล็กน้อยมิฉะนั้นพลังงานที่จ่ายโดยการ์ดเสียง ไปยังไมโครโฟนอิเล็กเตรตจะลัดวงจรผ่านไดโอด D1
ขั้นตอนที่ 3: การออกแบบเสาอากาศ
องค์ประกอบ Piezo จะต้องติดกาวกับแผ่นโลหะด้วยอีพ็อกซี่ มันจะลดความถี่เรโซแนนซ์ขององค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริก (เมื่อมีการเพิ่มมวลที่ไม่ถูกระงับ)
นอกจากนี้ เมื่อติดกาวด้านหนึ่งกับแผ่นโลหะแข็ง องค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริกจะไม่สามารถหดตัวและยืดออกได้ และจะต้องโค้งงอ นั่นคือสิ่งที่เราต้องการ
- เราตัดแผ่นสี่เหลี่ยมสองแผ่น 50 x 50 มม. และเจาะรูสำหรับสายเคเบิล (เส้นผ่านศูนย์กลาง 3 มม.) และสองรูสำหรับยึดสายเคเบิลด้วยด้ายไนลอนบาง ๆ มันกลับกลายเป็นเหมือนในภาพ
- เสาอากาศได้สายยาว 10 เมตรที่ซื้อมา 3 เมตร 2 ชิ้น ที่เหลือเก็บไว้สำรอง
- เราม้วนสายเคเบิลเข้าไปในรู ประสานแกนกลางเข้ากับชั้นโลหะขององค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริก และหน้าจอเข้ากับฐานโลหะ เราประสานตัวต้านทาน 470 kΩ ในแบบคู่ขนานตามที่ตกลงกัน
- เราทำความสะอาดปลายอีกด้านของสายเคเบิลและประกอบขั้วต่อ: ประสานแกนกลางเข้ากับหน้าสัมผัสกลาง (ส่วนปลายสุดของขั้วต่อ) ปล่อยให้ปลายสายตรงกลางไม่เสียหาย และประสานตัวขั้วต่อเข้ากับปลอกสายเคเบิล
ฉันลืมใส่ตัวเชื่อมต่อบนสายเคเบิลเสมอ และฉันต้องบัดกรีทุกอย่างใหม่สองครั้ง อย่าทำผิดซ้ำนะครับ)
หลังจากการบัดกรี การทำความสะอาดฟลักซ์เป็นสิ่งสำคัญมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในองค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริก มิฉะนั้น ฟลักซ์เมื่อเวลาผ่านไปจะกินการบัดกรี
ดังนั้นเราจึงได้เตรียมเสาอากาศไว้สองอัน (หนึ่งในนั้นมีตัวจำกัดธรณีประตู) ถึงเวลานวดอีพ็อกซี่แล้วสวมถุงมือยาง
ขั้นตอนที่ 4: ติดกาว
ก่อนที่จะติดกาวองค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริกกับแผ่นทองแดง ทั้งคู่ควรขัดให้ละเอียดและล้างไขมันด้วยแอลกอฮอล์ (เอทิลหรือไอโซโพรพิล) หรืออะซิโตน
อย่าใช้อย่างอื่น! น้ำมันเบนซินหรือน้ำมันก๊าดทิ้งร่องรอยมันไว้ซึ่งทำให้การยึดเกาะแย่ลง
เป็นเรื่องที่ควรค่าแก่การจดจำว่าควรใช้แอลกอฮอล์ อะซิโตนและอีพ็อกซี่ทั้งหมดในห้องที่มีอากาศถ่ายเทได้ดีโดยใช้อุปกรณ์ป้องกันมือและดวงตาของคุณ อย่าละเลยกฎความปลอดภัย!
เราชุบด้ายไนลอนที่ยึดสายเคเบิลไว้กับจาน สำหรับการติดกาวองค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริกเข้ากับจาน ให้ใช้กาวอีพ็อกซี่เพียงเล็กน้อย ไม่หักโหมมัน! อีพ็อกซี่ไม่ควรขึ้นไปด้านบน มิฉะนั้น มันสามารถทำลายชั้นบาง ๆ ของ piezoceramics ในระหว่างการเกิดพอลิเมอไรเซชัน บวกกับอีพ็อกซี่เสื่อมสภาพในน้ำ
ผลลัพธ์ควรเป็นอย่างไรในภาพถ่าย โดยปกติอีพ็อกซี่จะเกิดพอลิเมอร์อย่างสมบูรณ์ภายใน 24 ชั่วโมง ตัวอย่างเช่น เราทิ้งเสาอากาศไว้จนถึงวันถัดไป
ขั้นตอนที่ 5: กันซึม
เมื่อเรามาถึงห้องปฏิบัติการในตอนเช้า เราเชื่อมต่อเสาอากาศตัวแรก (โดยไม่มีขีดจำกัด) กับแจ็คหูฟังของแล็ปท็อป หากคุณเปิดเพลงและนำเสาอากาศมาที่หู คุณจะมั่นใจได้ว่าช่วงความถี่ที่ได้ยินเป็นอย่างน้อยสามารถทำซ้ำได้ค่อนข้างดี แม้กระทั่งเสียงเบสอันเป็นผลมาจากฐานทองแดง
ตอนนี้เรามีเสาอากาศส่งสัญญาณเสียงแล้ว แต่ก็ยังไม่มีเสาอากาศแบบไฮโดรอะคูสติก ในการแก้ไขปัญหานี้ เราควรล้างเสาอากาศอีกครั้งแล้วปิดด้วยชั้นบางๆ ของสารเคลือบหลุมร่องฟัน
หมายเหตุสำคัญ: อย่าใช้วัสดุยาแนวสุขภัณฑ์ที่มีส่วนผสมของอะซิเตท! กรดอะซิติกที่บรรจุอยู่ในนั้นจะกัดกร่อนข้อต่อประสาน สายเคเบิล และการทำให้เป็นโลหะขององค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริก
เราขอแนะนำยางเหลว Kim Tek สำหรับเรือและเรือยอทช์ ผู้ที่ชื่นชอบ DIY จากสหรัฐอเมริกาสามารถใช้สารประกอบโพลียูรีเทนที่ดีเยี่ยมจากบริษัท Smooth-On แทนการเคลือบหลุมร่องฟัน
เพื่อความสะดวกของเรา เราเติมยาแนวเข็มฉีดยาที่ใช้แล้วทิ้งทางการแพทย์ด้วยวัสดุยาแนวก่อน จากนั้นจึงนำไปใช้กับองค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริกและข้อต่อบัดกรี
หลังจากทาเคลือบหลุมร่องฟันแล้วเราก็ปรับระดับด้วยไม้พายหรือตามสะดวก (แม้ด้วยนิ้ว) ในที่สุดเราก็ได้เหมือนในรูป
คุณไม่ควรทำชั้นเคลือบหลุมร่องฟันหนาเกินไป - เสาอากาศจะสูญเสียความไว ชั้น 1 มม. ก็เพียงพอแล้ว ปกป้องข้อต่อบัดกรี ตัวต้านทาน และไดโอดอย่างระมัดระวังด้วยสารเคลือบหลุมร่องฟัน
คุณสามารถปิดแผ่นด้านหลังด้วยวัสดุเคลือบหลุมร่องฟัน - เราทำบนเสาอากาศเดียว
หากคุณย้ายตัวต้านทานและไดโอดเข้าใกล้สายเคเบิลมากขึ้น องค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริกจะสะดวกกว่ามากในการทาเคลือบหลุมร่องฟันและชั้นจะเรียบขึ้น
หลังจากเสร็จสิ้นงานประติมากรประเภทนี้ เราก็ออกจากเสาอากาศอีกครั้งเป็นเวลา 24 ชั่วโมง….
และขอแสดงความยินดี! ตอนนี้คุณมีไฮโดรโฟนสองเครื่องแล้ว!
ขั้นตอนที่ 6: โพสต์ Scriptum
ตอนนี้คุณสามารถตรวจสอบได้ว่าเสาอากาศที่สร้างขึ้นใหม่ดีเพียงใดโดยเชื่อมต่อโดยตรงกับแล็ปท็อป แท็บเล็ต หรือโทรศัพท์ของคุณ
น่าเสียดายที่อุปกรณ์บางชนิดไม่เป็นมิตรกับเสียงใต้น้ำ การ์ดเสียงสมัยใหม่ส่วนใหญ่มีตัวกรองความถี่ต่ำในอินพุตไมโครโฟน ซึ่งตัดทุกอย่างที่เกิน 15 kHz แต่แล็ปท็อปบางเครื่องไม่มีตัวกรองดังกล่าว
ไฮโดรโฟนและทรานสดิวเซอร์ที่เราสร้างขึ้นเป็นเพียงจุดเริ่มต้น: เราวางแผนที่จะเผยแพร่ชุดคำแนะนำเกี่ยวกับการสื่อสารและการนำทางใต้น้ำ โปรดแจ้งให้เราทราบหากคุณสนใจ!