6 najboljih projekata ultrazvučnih sklopova za hobiste i inženjere

Post raspravlja o 6 vrlo korisnih, ali jednostavnih projekata ultrazvučnog kruga odašiljača i prijamnika koji se mogu koristiti za mnoge ključne primjene, kao što je ultrazvučni daljinski upravljač , protuprovalni alarmi, elektronske brave i za slušanje frekvencija u ultrazvučnom opsegu koje su obično nečujne za ljudske uši.

Uvod

Mnogi komercijalni ultrazvučni uređaji rade s unaprijed određenom frekvencijom i koriste pretvarače koji su napravljeni da dosegnu vrhunac ili rezoniraju na određenoj frekvenciji. Ograničena širina pojasa i cijena većine takvih pretvarača uzrokuju da postanu neprikladni za hobi i samostalne implementacije.

Ali zapravo to nije problem, jer gotovo bilo koji piezo zvučnik može se primijeniti poput ultrazvučnog pretvarača za oboje, u obliku izlaznog uređaja odašiljača, a također i kao senzor prijamnika.

Iako se učinkovitost piezo zvučnika ne može usporediti s učinkovitošću specijaliziranog industrijskog pretvarača, oni kao hobi i zabavan projekt mogu savršeno funkcionirati. Uređaj koji smo koristili sa dolje objašnjenim krugovima bio je piezo visokotonac veličine 33/4 inča koji je dostupan u većini internetskih trgovina.

1) Najjednostavniji ultrazvučni generator

Slika.1 Ovaj jednostavni ultrazvuk
generator se može konstruirati bez većih poteškoća
i to vrlo brzo.

Naš prvi krug, prikazan na gornjoj slici, je ultrazvučni generator koji koristi dobro poznati 555 IC tajmer u podesivom frekvencijskom nestalnom krugu multivibratora. Dizajn daje signal četvrtastog vala koji radi s R2 za podešavanje kroz frekvencijski raspon od 12 kHz do preko 50 kHz.

Ovaj se frekvencijski raspon može lako prilagoditi promjenom vrijednosti kondenzatora C1 koji koristi nižu vrijednost, što će dovesti do povećanja dometa, dok će veća vrijednost doseg učiniti toliko manjim.

2) Ultrazvučni generator s fiksnim radnim ciklusom od 50%

Sljedeći ultrazvučni generator, otkriven na gornjoj slici 2, koristi 6 ulaznih vrata usamljenog IC-a za invertiranje međuspremnika 4049 CMOS.

Nekoliko međuspremnika, U1a i U1b, mogu se vidjeti priključeni unutar promjenjive frekvencije nestabilni oscilator krug koji ima 50% radnog ciklusa, kvadratni val.

Ostatak od 4 međuspremnika povezani su paralelno kako bi se poboljšao izlaz preko povezanog piezo elementa. Frekvencijski raspon ovog mnogo boljeg ultrazvučnog generatora približno je sličan prethodnoj verziji IC 555. Međutim, glavna prednost ovog dizajna je točan radni ciklus od 50% oko punog frekvencijskog raspona.

Međutim, frekvencijski raspon mogao bi se povećati smanjenjem vrijednosti kondenzatora C1, a frekvencija se može smanjiti korištenjem većih vrijednosti za C1. Potenciometar 100k, zajedno s otpornikom R3, popravlja izlaznu frekvenciju.

3) PLL ultrazvučni generator

Precizan i moćan ultrazvučni krug generatora pomoću PLL LM567 IC i push pull izlaznog piezo drajvera

The LM567 IC s fazno zaključanom petljom (PLL) koristi se za generiranje ultrazvučne frekvencije u našem trećem konceptu, što je dokazano na gornjoj slici 3. Ovaj sklop pruža brojne značajke bolje od prethodna dva ultrazvučna koncepta.

Prvo, ugrađeni oscilator IC 567 razvijen je za rad u nevjerojatno velikom frekvencijskom spektru, ispod 1 Hz i do 500 kHz. Izlazni valni oblik generatora, na pinu 5, pokazuje izvanrednu simetriju kroz svoj raspon performansi.

Generator dodatno daje povećanu snagu u usporedbi s druga dva kruga iz razloga što je izlaz u velikoj mjeri usklađen s impedancijom piezo visokotonca (SPKR1).

Izlaz kruga mogao bi se prilagoditi kroz oko 10 kHz na više od 100 kHz rad s potenciometrom R5. Tranzistor Q1 spojen je poput zajedničkog kolektorskog kruga kako bi se izlaz 567 držao podalje, kao i za pogon kruga izlaznog pojačala koji je stvoren pomoću tranzistora Q2 i Q3. Strujni krug mogao bi se pretvoriti u ultrazvučni cw odašiljač prekidanjem veze IC-a 7 i serijskim umetanjem ključa prekidača.

U tom slučaju trebat će vam neki oblik ultrazvučnog prijemnika da čuje signale i to je upravo ono o čemu ćemo razgovarati u sljedećem krugu.

4) Ultrazvučni krugovi prijamnika

Ovaj prilagodljivi ultrazvučni prijemnik IC 567 može se upariti s uređajem
objasnio je ultrazvučni odašiljač LM 567 za najbolje rezultate.

U gornjem dijagramu prikazan je ultrazvučni krug prijemnika koji koristi 567 PLL IC koji ima mogućnost podešavanja frekvencije. Podesivi sklop oscilatora IC-a identičan je ranijem krugu generatora i obrađuje potpuno isti raspon frekvencije. Na pin 8 detektora IC-a nalazi se LED dioda koja brzo pokazuje otkrivene signale.

Tranzistor Q1 postavljen je tako da pojačava minute ultrazvučnih signala koje detektira piezo uređaj i prosljeđuje ih na PLL.

Kako testirati

Da biste testirali rad ultrazvuka, uključite krug ultrazvučnog generatora IC 567 i pomaknite piezo predajnika kroz cijelo područje. Počevši od minimalne postavke, fino podesite R5 malo po malo dok ne budete mogli slušati ništa iz zvučnika. To bi trebalo popraviti izlaznu frekvenciju sklopa približno na 16 i 20 kHz, ovisno o osjetljivosti vašeg uha na visoke frekvencije.

Sada uključite krug ultrazvučnog prijemnika i postavite njegov piezo pretvarač na približno 12 centimetara od zvučnika generatora, iako je usmjeren u potpuno istom smjeru. Prilagodite prijemnik kroz R5, počevši od točke minimalne frekvencije (koja odgovara maksimalnom opsegu otpora lonca), i malo po malo maksimizirajte frekvenciju dok ne vidite da LED prijemnika samo svijetli.

Ako primijetite da prijemnik ne reagira na izlazne signale odašiljača, pokušajte precizno usmjeriti piezo-signal prijemnika u zvučnik generatora i nastavite to raditi ustrajno. Čim prijemnik prepozna signal i LED lampica zasvijetli, pomaknite dva Tx / Rx piezoa najmanje deset metara i započnite ponovno fino podešavanje.

Jednom kada utvrdite da sve funkcionira zadovoljavajuće, možete koristiti priključeni telegrafski ključ na odašiljaču (nije obavezno na pin7) i provjeriti LED odziv na prijamniku.

LED dioda mora na to reagirati trepćući u stilu točkica i crtica onako kako ste je tapkali tipkom telegrafa. Dodatna primjena ovog ultrazvučnog kompleta generatora / prijamnika može biti u obliku izravnog senzora za protuprovalni alarm.

Pričvrstite relej od 5 V preko zatiča 8 na prijemniku LM567 i pozitivnog pola baterije. Rasporedite piex uređaje Tx i Rx približno metar i fokusirano unutar iste staze, ali bez ikakvih objekata u blizini.

Ako se osoba približi paru zvučnika i ispred njega, ultrazvučna frekvencija odrazit će se natrag i pokrenuti relej prijemnika da se uključi. Izlazni kontakti releja mogu se primijeniti za uključivanje alarma ili uređaja sirene.

5) Visoko osjetljivi sklop ultrazvučnog prijamnika

Posljednji dizajn sklopa ultrazvučnog prijamnika zapravo je izuzetno osjetljiv ultrazvučni prijemnik koji lako može pokupiti gotovo sve unutar ultrazvučnog frekvencijskog područja. Možete slušati insekte, šišmiše, komunikaciju, motore itd. Ideja se također može koristiti zajedno s gore objašnjenim ultrazvučnim generatorima za razvoj visokokvalitetnih ultrazvučnih sustava.

Dizajn radi na principu izravne konverzije. Tranzistori Q1 i Q2 pojačavaju ultrazvučne signale koje detektira piezo zvučnik. Izlaz kolektora Q2 zatim se koristi za pogon JFET (Q3) ulaza, koji se može vidjeti spojen poput sklopa detektora proizvoda.

Stupanj PLL (U1) u ovom se konceptu koristi poput prilagodljivog heterodinskog oscilatora koji dodatno napaja ulaz JFET kruga detektora. Ulazni ultrazvučni signal kombinira se s frekvencijom heterodin-oscilatora generirajući zbroj i razliku frekvencije.

Visokofrekventni element filtrira se kroz mrežu komponenata C3, R8 i C6. Preostali niskofrekventni izlaz smije ulaziti preko ulaza LM386 audio pojačala. Na audio izlaz kruga mogu se pričvrstiti zvučnik ili slušalice.

6) Još jedan sklop ultrazvučnog prijamnika za slušanje zvukova iznad 20 kHz

Raspon detekcije frekvencije našeg uha teško je do 13 kHz frekvencije. Funkcija ultrazvučnog detektora je pobijediti ovo ograničenje prebacivanjem frekvencije visokofrekventnih zvukova, na primjer zvižduci pasa, jedva čujno curenje plina, šišmiš i nekoliko umjetnih ultrazvučnih zvukova, na primjer laganim tapkanjem po novinama.

'Ultrazvuk' koji detektira ulazni pretvarač pojačava se i dovodi u detektor proizvoda. Uključen je nestabilni multivibrator, jer stabilnost BFO možda nije od velike važnosti. Uz potrebnu razliku signala, sklop dodatno generira BFO signal sam, kao i zbrajajuću frekvenciju, koja se zatim završava unutar niskopropusnog filtra fiksiranog na 4 kHz.

Ovdje dobiveni signal još je jednom pojačan za rad sa setom slušalica. Krug radi s oko 8 miliampera, stoga se lako može napajati iz suhe baterije od 9 V.