Ультразвуковой излучатель. Модернизированная ультразвуковая пушка "игла-м". Модель с двойной обмоткой

Ультразвук - это не слышимые человеком упругие акустические волны, частота которых превышает 20 кГц. Принято различать низкочастотные (20…100 кГц), среднечастотные (0.1… 10 МГц) и высокочастотные (более 10 МГц) ультразвуковые колебания. Несмотря на кил мегагерцы, ультразвуковые волны не следует путать с радиоволнами и радиочастотами. Это абсолютно разные вещи!

По своей физической природе ультразвук ничем не отличается от обычного слышимого звука. Частотная граница между звуковыми и ультразвуковыми волнами условна, она определяется субъективными свойствами человеческого слуха. Для справки, колебания высокой частоты хорошо чувствуют животные (в том числе и домашние), а для летучих мышей и дельфинов они являются жизненно важными.

Ультразвук, благодаря малой длине волны, хорошо распространяется в жидкостях и твёрдых телах. Например, ультразвуковые волны в воде затухают примерно в 1000 раз меньше, чем в воздухе. Отсюда следуют основные сферы их применения: гидролокация, неразрушающий контроль изделий, «звуковидение», молекулярная и квантовая акустика.

Для генерации ультразвуковых колебаний используют следующие виды излучателей (англ. «ultrasonic transducer»):

Пьезокерамические (piezo);

Электростатические (electrostatic);

Электромагнитные (electromagnetic).

Для последнего варианта годятся даже обычные высокочастотные звуковые громкоговорители (на сленге «пищалки»), которые имеют достаточный КПД для генерации сигналов в ближнем ультразвуковом диапазоне 20…40 кГц.

Пьезокерамические ультразвуковые излучатели (Табл. 2.10) выпускаются, как правило, в паре с согласованными по частоте пьезо приёмниками. Типовые параметры «ультразвукового тандема»: частота резонанса 37…45 кГц, уровень звукового давления на расстоянии 30 см - 95…105 дБ(А), рабочее напряжение 12…60 В, ёмкость 1000…3000 пФ, выходной импеданс передатчика 200…500 Ом, входной импеданс приёмника 10…30 кОм.

Таблица 2.10. Параметры ультразвуковых излучателей

На обкладки ультразвуковых пьезоизлучателей рекомендуется подавать не однополярные, а разнополярные импульсы, т.е. в паузах формировать напряжение обратной полярности. Это способствует ускоренному разряду эквивалентной ёмкости излучателя и повышению быстродействия.

На Рис. 2.53, а…л приведены схемы подключения ультразвуковых излучателей к MK. Для формирования разнополярных импульсов широко используются транзисторные мосты и разделительные трансформаторы. Если снизить частоту генерации, то приведенные схемы подойдут «один к одному» и для слышимого диапазона, т.е. для рассмотренных ранее звуковых пьезокерамических излучателей.

Рис. 2.53. Схемы подключения ультразвуковых излучателей к MK (начало):

а) сглаживание формы сигнала, подаваемого на ультразвуковой излучатель BQ1, с помощью катушки индуктивности L1. Резистором R1 регулируется амплитуда;

б) транзисторы VT1, VT2 попеременно открываются короткими импульсами от MK. Для надёжности следует выбирать транзисторы с большим допустимым коллекторным током, чтобы они не вышли из строя при низком омическом сопротивлении катушки индуктивности L1\

в) конденсатор C1 дифференцирует сигнал и устраняет постоянную составляющую, что позволяет подключить ультразвуковой пьезоизлучатель BQ1 к двухполярному источнику питания;

г) маломощный ультразвуковой приёмопередатчик. Делитель R1, R2 определяет рабочую точку АЦП MK при приёме сигнала и амплитуду выходных импульсов при передаче сигнала;

д) приёмопередатчик ультразвукового дальномера. Частота импульсов 36…465 кГц, напряжение на излучателе BQ1 50…100 В (максимум подбирается конденсатором C3). Диоды VD1, VD2 ограничивают сигнал для приёмника. Трансформатор 77 содержит в обмотках I, II по 15 витков провода ПЭВ-0.3, в обмотке III - 100…200 витков ПЭВ-0.08 (кольцо M2000HM K10x6x5); О

О Рис. 2.53. Схемы подключения ультразвуковых излучателей к MK (продолжение):

е) применение логической микросхемы DD1 аппаратно устраняет одновременное открывание транзисторов одного плеча. Импульсные помехи, возникающие в цепи питания из-за неодновременного переключения инверторов DD1.l…DD13 и разброса ВАХ транзисторов, устраняются фильтром L /, C1. Диоды VD1… VD4ставятся в случае замены звукового ВЧ-динамика BA1 (10ГД-35, 6ГД-13, 6ГДВ-4) более мощным ультразвуковым пьезоизлучателем;

ж) увеличение мощности излучателя BQ1 с помощью удвоителя напряжения на микросхеме DD1 и повышенного питания +9…+ 12 В. Транзистор VT1 согласует логические уровни;

з) увеличение амплитуды напряжения на излучателе BQJ происходит ввиду повышенного напряжения питания +9 В и накопления энергии в дросселе L1\

и) полевые транзисторы K77, VT2 (замена IRF7831) снижают потери энергии при коммутации. Резисторы R1, R2 не дают открываться транзисторам при рестарте MK; О

О Рис. 2.53. Схемы подключения ультразвуковых излучателей к MK (окончание):

к) ультразвуковой эхолокатор работает на частоте 40 кГц и генерирует импульсы длительностью 0.4 мс. Амплитуда сигнала на пьезоизлучателе BQ1 (фирма Murata) достигает 160 В. Индуктивность вторичной обмотки трансформатора T1 совместно с ёмкостью пьезоизлучателя BQ1 образует колебательный контур, настроенный на частоту, близкую к 40 кГц. Индуктивность первичной обмотки трансформатора T1 - 7.1 МК Гн, вторичной - 146 МК Гн, добротность Q > 80;

л) ультразвуковой гидроионизатор работает на частоте 1.8…2 МГц. Трансформатор T1 наматывается на трёх сердечниках 50BH K20x 10×5. Обмотки I и II содержат по 4 витка сложенного втрое провода ПЭВ-0.3, обмотка III - 12 витков провода ПЭВ-0.3. Катушка L1 содержит 5 витков провода ПЭВ-0.8 на оправке диаметром 8 мм с шагом 1 мм. Излучатель BQ1 имеет диаметр 30 мм (пьезокерамика ЦТС). Резистором R1 снижаются выбросы напряжения на стоке VT1.

Возвращаясь с работы ночью или бродя по темным переулкам, есть опасность подвергнутся нападению бродячих собак, укусы которых иногда опасны для жизни, если вовремя не обратится к врачам. Именно для этих случаев умные человеческие мозги придумали ультразвуковой отпугиватель.

Промышленные отпугиватели имеют достаточно сложную схему и выполнены на достаточно дефицитных компонентах.

В этой статье мы рассмотрим вариант такого отпугивателя с использованием знаменитого таймера 555 серии. Таймер, как известно, может работать в качестве генератора прямоугольных импульсов, именно такое подключение использовано в схеме.

Генератор работает на частоте 20-22 кГц, как известно многие животные "общаются" на ультразвуковом диапазоне. Опыты показали, что частоты 20-25 кГц вызывают у собак искусственный страх, благодаря построечному регулятору, генератором можно настроить на частоту 17-27кГц.

Сама схема содержит всего 6 компонентов и не вызовет никаких затруднений. Регулятор желательно использовать многооборотный, для более точной настройки на нужную частоту.
Пьезоизлучатель можно взять от калькулятора или любых других музыкальных игрушек, можно также использовать любые ВЧ головки с мощностью до 5 ватт, больше попросту нет смысла.

Устройство эффективно действует на расстоянии 3-5 метров, поскольку в схеме нет дополнительного усилителя мощности.

В качестве источника питания, удобно использовать крону, или любой другой источник с напряжением от 6 до 12 вольт.

Список радиоэлементов

МОДЕРНИЗИРОВАННАЯ УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ПУШКА "ИГЛА-М"

У льтразвук - это упругие волны высокой частоты. Обычно ультразвуковым диапазоном считают полосу частот от 20 000 до нескольких миллиардов герц. Сейчас ультразвук широко применяется в различных физических и технологических методах. То, что ультразвук активно воздействует на биологические объекты (например, убивает бактерии), известно уже более 70 лет. Электронная аппаратура со сканирующим ультразвуковым лучом используется в нейрохирургии для инактивации отдельных участков головного мозга мощным сфокусированным высокочастотным пучком. Высокочастотные колебания вызывают внутренний разогрев тканей.

До сих пор идут дискуссии о физическом влиянии ультразвуковых колебаний на клетку и даже о возможном нарушении структур ДНК. Более того, существуют сведения о том, что на микроуровне — не на уровне строения тела, а на каком-то более тонком, ультразвуковое воздействие оказывается вредным.

Ультразвук можно получить от механических, электромагнитных и тепловых источников. Механическими излучателями обычно служат разного рода сирены прерывистого действия. В воздух они испускают колебания мощностью до нескольких киловатт на частотах до 40 кГц. Ультразвуковые волны в жидкостях и твердых телах обычно возбуждают электроакустическими, магнитострикционными и пьезоэлектрическими преобразователями.

В промышленности давно уже изготавливают девайсы для ультразвукового воздействия на животных, например такие:

Назначение

Миниатюрный отпугиватель собак представляет собой носимый электронный прибор (собран в корпусе минифонарика), излучающий ультразвуковые колебания, слышимые собаками и не воспринимаемые человеком.

Принцип действия

Прибор разработан для защиты от нападения собак: ультразвуковое излучение определенной мощности обычно останавливает агрессивно настроенную собаку на расстоянии 3 - 5 метров или обращает ее в бегство. Наибольший эффект достигается при воздействии на агрессивных бродячих собак.

Технические характеристики

• Напряжение питания (1 аккумулятор типа 6F22 (KRONA)), В 9
• Ток потребления, не более, А 0,15
• Масса с аккумуляторами, не более, г 90

Как Вы понимаете, это слабая игрушка, но мы сделаем девайс гораздо мощнее! Продолжая эксперименты с ультразвуком (), было сделано ряд интересных усовершенствований и доработок. Так был произведён революционный метод воздействия (естественно негативного), на живой организм двух ультразвуковых излучателей с разностной частотой несколько герц. То есть частота одного излучателя например 20000 Гц, а другого - 20010 Гц. В результате на ультразвуковое излучение накладывается инф развуковое, что многократно усиливает деструктивный эффект!

Схема стандартная, генератор на CD4069 + усилитель на трёх Н-П-Н транзисторах. Питание не менее 12 В, при токе до 1 А.

Для усиления направленного эффекта используем цилиндрические звуковые резонаторы. Их роль будет выполнять обычная никелированная трубка от пылесоса. Только не надо портить пылесос, трубка отдельно продаётся на базаре или в магазине запчастей.

Обрезаем два куска на экспериментально определённую длинну (где-то пару сантиметров), и прикрепляем их к ВЧ головкам типа 5ГДВ-4 или любых других. Можно купить двойную насадку на выхлопную трубу автомобиля, монтаж гораздо удобнее, а эффект будет ещё лучше.

Внутрь вставляем ВЧ динамики, в задней части монтируем плату с аккумулятором.

Излучатели (ультразвуковые) активно применяются в эхолотах. Дополнительно устройства используются в приемниках. Современные модификации выделяются высокой частотностью и имеют хорошую проводимость. Чувствительность излучателя зависит от многих факторов. Также стоит отметить, что у моделей применяются клеммы, которые влияют на общий уровень сопротивления.

Схема устройства

Стандартная схема устройства содержит две клеммы и один конденсатор. Стержень используется диаметром от 1,2 см. Магнит для работы системы потребуется неодимового типа. В нижней части любого излучателя располагается подставка. Конденсаторы могут крепиться через расширитель либо клеммы. Обмотка селеноида применяется с проводимостью от 4 мк.

Кольцевая модификация

Кольцевые погружные ультразвуковые излучатели, как правило, производятся для эхолотов. Большинство моделей обладают дипольными конденсаторами. Подкладки под них подбираются из резины. Общий уровень сопротивления в устройствах данного типа равняется 50 Ом. Клеммы используются с переходником и без него. В верхней части селеноида располагается защитное кольцо. Стержень используется диаметром не менее 2,2 см. В некоторых случаях конденсаторы применяются канального типа с системой защиты. Проводимость при разряде у них составляет не менее 5 мк. При этом частотность может сильно меняться. В данном случае многое зависит от чувствительности элемента.

Устройство с яром

Ультразвуковой излучатель для увлажнителя с яром считается очень распространенным. Если рассматривать то у нее имеются три конденсатора. Как правило, они используются трехканального типа. Общий уровень сопротивления у излучателей данного типа составляет 55 Ом. Они часто ставятся на эхолоты и низкочастотные приемники. Также модели подходят для преобразователей. Магниты используются диаметром от 4,5 см. Подставки делаются из латуни либо стали. Проводимость при разряде составляет не более 5,2 Мк.

Некоторые модификации используются с верхним расположением яра. Как правило, он находится над подставкой. Также надо отметить, что есть излучатели с однополюсными переходниками. Соленоиды для них подходят только с высокой проводимостью. В верхней части устройства используется несколько колец. Чувствительность при разряде составляет примерно 10 мВ. Если рассматривать модификации на резисторных конденсаторах, то у них общий уровень сопротивления максимум доходит до 55 Ом.

Модель с двойной обмоткой

Излучатели (ультразвуковые) с двойной обмоткой в последнее время производятся с усилителем. Такие устройства активно применяются на преобразователях. Некоторые излучатели делаются с двойными конденсаторами. Обмотки используются с широкой лентой. Стержни подходят диаметром от 1,3 см. Клеммы должны обладать проводимостью не менее 5 мк. Частотность устройств зависит от многих факторов. В первую очередь учитывается диаметр стрежня. Также надо отметить, что расширители используются с подкладками и без них.

Излучатели на базе отражателя своими руками

Из отражателей можно сделать ультразвуковой излучатель своими руками. В первую очередь заготавливается неодимовый магнит. Подставка применяется шириной около 4,5 см. Обводку разрешается устанавливать только после стрежня. Также надо отметить, что магнит фиксируется на подкладке и замыкается кольцом.

Клеммы для устройства подбираются проводникового типа. Проводимость при разряде должна составлять около 6 мк. Общий уровень сопротивления у излучателей данного типа равняется не более 55 Ом. Конденсаторы используются разного типа. Непосредственно отражатели подбираются небольшой толщины. Для установки элементов придется воспользоваться Верхняя часть стрежня закручивается на пленке. В данном случае важно не перекрывать клеммы.

Устройства для эхолотов

Излучатели (ультразвуковые) для эхолотов обладают неплохой проводимостью. Диаметр стержня у стандартной модели равняется 2,4 см. Кольца, как правило, используются обтягивающего типа. Современные модели делаются с конусными подставками. У них малый вес и они могут работать в условиях повышенной влажности. Соленоиды применяются разного диаметра. В нижней части устройств обязательно накручивается изолента. При необходимости излучатель для эхолота можно сделать самостоятельно. Конденсаторы с этой целью применяются двухканального типа. Если рассматривать устройство со стержнем на 2,2 см, то общий уровень сопротивления у него составит 45 Ом.

Модификации для рыболокаторов

Излучатели (ультразвуковые) для рыболокаторов производятся с клеммами разной проводимости. Наиболее востребованными считаются модификации с переходниками и чувствительностью на уровне 12 мВ. Некоторые устройства оснащаются компактными одноканальными конденсаторами. Проводимость при загрузке у них составляет 2 мк. Магниты на излучатели устанавливаются разного диаметра.

Большинство моделей делаются с низкими подставками. Также надо отметить, что устройства выделяются высокой частотностью. Клеммы обладают неплохой проводимостью, но в данном случае многое зависит от толщины стрежня. В верхней части обмотки устанавливаются защитные кольца. Для увеличения проводимости излучателя применяются клеммы с чувствительностью от 15 мВ.

Модели низкого волнового сопротивления

Ультразвуковой излучатель для увлажнителя воздуха низкого выделяется компактными размерами. Обмотки используются толщиной от 0,2 см. Магниты устанавливаются на подставках либо подкладках. Клеммы фиксируются в верхней части устройства. Стандартная модификация включает в себя три конденсатора.

Показатель общего сопротивления составляет не более 30 Ом. Конденсаторы у некоторых моделей применяются двуканального типа. При этом проводимость составляет примерно 2 мк. Также есть модификации со стержнями большого диаметра. Они используются в эхолотах. Большинство излучателей производится специально для преобразователей. Кольца для зажима используются из резины либо пластика. В среднем диаметр стержня у модификации равняется 2,2 см.

Устройства высокого волнового сопротивления

Модификации данного типа делаются, как правило, для приемников. Общий уровень проводимости у них равняется 4 мк. Большинство устройств работает от контактных клемм. Также надо отметить, что существуют устройства с чувствительностью от 15 мВ. Конденсаторы на модификации подбирают трехканального типа. Также есть резисторные модели. У них общий уровень сопротивления стартует от 55 Ом. Магниты на мощный ультразвуковой излучатель устанавливаются только неодимового типа. В среднем диаметр детали составляет 4,5 см. Подставки могут производиться с накладками или защитными изолирующими пленками.

Модели с однопереходными конденсаторами

Устройства этого типа способны обеспечивать проводимость на уровне 5 мк. У них довольно высокая чувствительность. Стержни на ультразвуковой излучатель устанавливаются диаметром от 2 см. Обмотки используются только с кольцами из резины. В нижней части устройств применяются дипольные клеммы. Общий уровень сопротивления при загруженности составляет 5 Ом. Конденсаторы разрешается устанавливать на излучатели через расширители. Для продления низких частот используются переходники.

При необходимости можно сделать модификацию на два конденсатора. Для этого клеммы устанавливаются с проводимостью от 2,2 мк. Стержень подбирается небольшого диаметра. Также надо отметить, что потребуется короткая подставка из сплава алюминия. В качестве изоляции для клемм применяется изолента. В верхней части излучателя крепится два кольца. Непосредственно конденсаторы монтируются через дипольный расширитель. Общий уровень сопротивления не должен превышать 35 Ом. Чувствительность зависит от проводимости клемм.