Notice: Use of undefined constant REQUEST_URI - assumed 'REQUEST_URI' in /var/www/www-root/data/www/sound-talk.ru/index.php on line 2

Notice: Use of undefined constant DOCUMENT_ROOT - assumed 'DOCUMENT_ROOT' in /var/www/www-root/data/www/sound-talk.ru/index.php on line 5

Notice: Use of undefined constant REQUEST_URI - assumed 'REQUEST_URI' in /var/www/www-root/data/www/sound-talk.ru/index.php on line 5

Notice: Use of undefined constant DOCUMENT_ROOT - assumed 'DOCUMENT_ROOT' in /var/www/www-root/data/www/sound-talk.ru/index.php on line 11

Notice: Use of undefined constant REQUEST_URI - assumed 'REQUEST_URI' in /var/www/www-root/data/www/sound-talk.ru/index.php on line 11

Notice: Use of undefined constant REQUEST_URI - assumed 'REQUEST_URI' in /var/www/www-root/data/www/sound-talk.ru/index.php on line 28

Notice: Use of undefined constant REQUEST_URI - assumed 'REQUEST_URI' in /var/www/www-root/data/www/sound-talk.ru/index.php on line 28

Notice: Use of undefined constant REQUEST_URI - assumed 'REQUEST_URI' in /var/www/www-root/data/www/sound-talk.ru/index.php on line 28

Notice: Undefined variable: flag in /var/www/www-root/data/www/sound-talk.ru/index.php on line 28

Notice: Undefined variable: adsense7 in /var/www/www-root/data/www/sound-talk.ru/index.php on line 39

Notice: Undefined variable: adsense6 in /var/www/www-root/data/www/sound-talk.ru/index.php on line 40
Микрофон ультразвуковой. Ультразвуковое подслушивающие устройство это устройство для тайного подслушивания передаваемого звука, через невоспринимаемую ухом несущую частоту 40 кгц, для

Ультразвуковой микрофон – ЧАСТЬ 1. Микрофон ультразвуковой


Ультразвуковой микрофон – ЧАСТЬ 1

Этот интересный электронный проект позволяет вам ясно слышать мир звуков, находящихся за пределами человеческого восприятия. Ультразвуковой микрофон, который вы создадите (рис. 26.1), имеет очень широкую сферу бытового и технического применения: от выявления утечки газов, жидкостей, механического износа подшипников, механизмов вращения и возвратно-поступательного движения, например, в автомобилях до обнаружения электрической утечки в изоляторах линий электропередачи. Слышимым также становится весь мир звуков живых существ. Простые события – кошку, идущую по мокрой траве, по- звякивание цепочки ключа, даже лопнувший пластиковый пакет – можно услышать очень отчетливо. Теплой летней ночью можно услышать хор замечательных звуков, поскольку природный оркестр из самых разных созданий – от летучих мышей до насекомых – создает какофонию естественных природных звуков, выше диапазона восприятия человеческого уха, а благодаря ультразвуковому микрофону неслышные звуки станут слышными.

Этот ручной направленный микрофон легко обнаруживает и преобразует ультразвуковые колебания в звуковые. Добавление параболического отражателя еще больше усиливает возможности данного устройства. Рассчитывайте потратить от 30 до 50 долларов на это компенсирующее затраты устройство.

Данный проект позволяет вам вслушаться в мир звуков, о существовании которого знают немногие люди. Устройство выполнено в форме пистолета, в стволе которого расположен узел электроники. На задней панели размещены выключатели и регулятор звука, подстроечное переменное сопротивление и гнездо для наушников. Передняя часть устройства представляет собой направленный приемный преобразователь. В рукоятке размещены батареи.

Добавление опции параболического отражателя увеличивает направленность на источник ультразвука, и благодаря этому обеспечивается сверхвысокое усиление и значительно усиливаются возможности устройства по дальнему приему звука.

Рис. 26.1. Ультразвуковой микрофон с параболическим отражателем

Применение устройстве

Одним из наиболее интересных источников ультразвуковых механических колебаний являются многие виды насекомых, издающих брачные и предупреждающие сигналы. Обычной летней ночью можно провести много часов, слушая летучих мышей и другие странные шумы, издаваемые представителями флоры и фауны. Целый мир естественных звуков ожидает пользователя устройства. Многие искусственные звуки также являются источниками ультразвуковых колебаний, они регистрируются устройством. Ниже приведено несколько примеров, но это лишь малая толика потенциальных источников ультразвука:

•          утечка газов и поток воздуха;

•          вода из пульверизаторов in при утечке из устройства;

•          коронный разряд, устройства искрового разряда или создания молний;

•          пожары и химические реакции;

•          животные, идущие по мокрой траве и создающие шелест. Это прекрасное средство для охотников и наблюдателей или же просто средство отыскать домашнее животное ночью;

•          компьютерные мониторы, телевизионные приемники, высокочастотные генераторы, механические подшипники, посторонние звуки в автомобилях, пластиковые пакеты, позвякивание монет.

Демонстрация данного ультразвукового микрофона показывает также использование эффекта Доплера, где движение к источнику вызывает увеличение частоты, а движение от источника вызывает соответственно уменьшение частоты.

Эффект Доплера возникает, когда наблюдатель, движущийся к источнику звука, ощущает увеличивающуюся частоту. Это легко представить себе, если понять, что звук распространяется в виде волны с относительно постоянной скоростью. Когда наблюдатель движется по направлению к источнику звука, он перехватывает большее количество волн за более короткий период времени, слышит таким образом звук, который, как кажется, имеет более короткую длину волны или, соответственно, частоту более высокого топа. Если он движется от источника звука, слышна частота более низкого тона по сравнению с частотой, которую слышит неподвижный наблюдатель.

Чтобы устроить развлечение и для взрослых, и для детей, можно спрятать небольшой тестовый генератор ультразвука и предложить сопернику найти его за кратчайшее время.

Принципиальна» схема устройства

Микрофон ультразвукового пьезопреобразователя TD1 воспринимает ультразвуковые механические колебания и преобразует их в электрический сигнал за счет действия пьезоэлектрического эффекта (рис. 26.2). Катушка L1 и собственная емкость пьезопреобразователя образуют эквивалентный резонансный контур на частоте резонанса около 25 кГц. Параллельно к контуру подключен резистор Rd. Эта параллельная эквивалентная резонансная схема образует источник сигналов с большим импедансом, которая через конденсатор С2 подключена к затвору полевого транзистора Q1. Резистор R1 и конденсатор С1 развязывают напряжение смещения на стоке. Схемотехнические решения и экранирование входных проводов играют здесь важное значение, поскольку эта схема очень чувствительна к шумам, сигналам обратной связи и др.

Сигнал с выхода нагрузочного резистора R2 транзистора Q1 через разделительный конденсатор СЗ и резистор R4 поступает на вход усилителя I1A с безразмерным коэффициентом усиления, равным 50 и определяемым соотношением сопротивлений резисторов R6/R4.

Выход I1A через конденсатор С4 связан по переменному току со смесителем- усилителем I1B. Выход генератора I1C подключен к схеме с помощью «специального приспособления» на базе конденсатора монтажа СМ, создаваемого коротким проводом от вывода 8 элемента IC1, который скручен с аналогичным проводом от вывода 2 элемента ИВ (предлагается проверить работу прибора без этого приспособления). Генератор IIC вырабатывает сигналы одной из частот, которая смешивается с принимаемыми сигналами через СМ на входе I1B. Результатом будет смесь двух сигналов, один из которых представляет собой сумму, а другой – разность указанных сигналов, лежащую в звуковом диапазоне частот.

Конденсатор С7 и резистор R17 образуют полосовой фильтр, вырезающий из смеси частот сумму частот и пропускающий разность частот с уровнем 20 дБ. Таким образом, результирующий низкочастотный сигнал представляет собой разность между частотами генератора и реального сигнала. Это подобно эффекту супергетеродина. Фильтр из С7 и R17 дополнительно развязывает сигнал

Рис. 26.2. Принципиальная схема ультразвукового микрофона

Примечание:

Правильное размещение проводов питания улучшит шумовые характеристики схемы.

Провода к J1 должны быть короткими и подходить как можно более прямыми.

Провода питания должны подключаться с тыльной стороны монтажной платы.

Rd выбирается для демпфирования (успокоения) реакции преобразователя. Предполагаемое значение составляет 39 кОм.

По возможности скручивайте провода в виде витых пар.

высокой частоты. Профильтрованный сигнал представляет собой разность частот, выпрямляется диодом D1 и интегрируется конденсатором С8. Выпрямленный сигнал находится в звуковом диапазоне, его можно реально слушать. Он настраивается с помощью переменного резистора R12 в секции генератора и позволяет выполнять избирательную настройку на конкретные частоты в пределах допустимого диапазона пьезопреобразователя TD1. Результирующие сигналы звуковых частот через блокирующий по постоянному току конденсатор СЮ подаются на регулятор громкости R19. Конденсатор С12 дополнительно отфильтровывает сохранившиеся высокочастотные сигналы. Со среднего вывода переменного сопротивления R19 подается звуковой сигнал на усилитель наушников 12 с выходным сопротивлением 8 Ом. Сигнал с выхода 12 через конденсатор С16 поступает на гнездо наушников J1. Усиление по мощности у 12 невелико, и кроме наушников к гнезду J1 можно подключить маломощный 8-омный громкоговоритель для группового прослушивания. Фильтр R21/C4 еще больше ослабляет высокие частоты.

Питание 12 развязано с помощью резистора R20 и конденсатора С15. Это обеспечивает стабильность схемы, предотвращает колебания в цепи обратной связи и другие нежелательные эффекты.

Рабочая точка I1A, I1B, I1C установлена на среднее значение напряжения питания с помощью резистивного делителя R7/R11. Резисторы R5, RIO, R15 компенсируют ток смещения.

Порядок сборки устройство

При сборке устройства выполните операции сначала по сборке макетной платы с перфорацией отверстий, затем других секций конструкции устройства:

1. Разложите компоненты по номиналам и назначению (отдельно резисторы, конденсаторы и т.д.) и сверьте их со спецификацией (табл. 26.1).

Таблица 26.1. Спецификация ультразвукового микрофона

Обозначение

Кол-во

Описание

№ в базе данных

R1.R21

2

Резистор 10 Ом, 0,25 Вт (коричневый-черный-черный)

 

R2

1

Резистор 3,9 кОм, 0,25 Вт (оранжевый-белый-красный)

 

R3

1

Резистор 10 МОм, 0,25 Вт (коричневый-черный-синий)

 

R4.R8.R18

3

Резистор 10 кОм, 0,25 Вт (коричневый-черный-оранжевый)

 

R12

1

Переменное сопротивление ЮкОм, 17 мм

 

R5, R7, R10, R11.R14.R15

6

Резистор 100 кОм, 0,25 Вт (коричневый-черный-желтый)

 

R6.R9

2

Резистор 470 кОм, 0,25 Вт (желтый-фиолетовый-желтый)

 

R13

1

Резистор 2,2 кОм, 0,25 Вт (красный-красный-красный)

 

R16

1

Резистор 1 МОм, 0,25 Вт (коричневый-черный-зеленый)

 

R17

1

Резистор 4,7 кОм, 0,25 Вт (желтый-фиолетовый-красный)

 

R19/S1

1/1

Переменное сопротивление ЮкОм, 17мм, движкового типа/переключатель

 

R20

1

Резистор 47 Ом, 0,25 Вт (желтый-фиолетовый-черный)

 

*Rd

1

Резистор 10-47 кОм (подборный, выбирается для схемы гасящего преобразователя), 0,25 Вт

 

С1

1

Электролитический конденсатор 10 мкФ, 25 В вертикальной установки

 

C2.C3.C4, С6,С10,С12

6

Дисковый или пластиковый конденсатор 0,01 мкФ, 25 В

 

С5,С7,С13, С14

4

Дисковый или пластиковый конденсатор 0,1 мкФ, 25 В

 

С8

1

Пластиковый конденсатор 0,047 мкФ, 50 В

 

С9.С16

 

Электролитический конденсатор 100 мкФ, 25 В вертикальной установки

 

С15

1

Электролитический конд енсатор 1000 мкФ, 25 В вертикальной установки

 

D1

1

Кремниевый диод IN914

 

L1

1

Индуктивная катушка 27 мГн

#IU27H

Q1

1

Транзистор полевой п-канальный J202 (FET)

 

И

1

Операционный усилитель LM074 в корпусе DIP

 

t2

1

УНЧ LM386 в корпусе DIP

 

J1

1

Стереозвуковой разъем 3,5 мм, подключенный в режиме «Моно»

 

TD1

1

Приемный акустический преобразователь 25 кГц

#llfTR8925

Sh2

45 см

Экранированный микрофонный кабель

 

РВ1

1

Печатная плата РСВ или макетная плата размерами 5,06×5,06 см с перфорацией отверстий шагом 0,25 см

 

BAF1

1

Тонкий лист пластика 5,06×5,06 см для изолирования

 

BU1

1

Неопреновый проходной изолятор 2,54×1,27×0,48 см

 

CL1

1

Зажим для батарей с выводами 30 см

 

PARA12

1

Опция параболического отражателя

#IUPARA12

РСНТ9

1

Опция печатной платы РСВ

#IUPCHT9

2. Вставьте компоненты, начиная с левой стороны макетной платы с перфорацией, следуя плану, показанному на рис. 26.3, для подключения платы к другим секциям конструкций и используя 2 отверстия справа внизу в качестве ориентиров. Плата имеет размеры 5,72×5,72×0,25 см. Вместо нее можно использовать плату с печатной разводкой проводников РСВ, которую также можно приобрести через сайт www.amasingl.com. При соединениях используйте выводы компонентов, соединения между компонентами проводятся с обратной стороны платы (показаны пунктирной линией). Со стороны установки компонентов идут соединения, показанные сплошной линией. Более крупные детали рекомендуется примерить, прежде чем начинать пайку их выводов.

Всегда избегайте перемычек из неизолированного провода, некачественных паяных соединений, возможных замыканий вследствие пайки. Проверьте компоненты схемы устройства на наличие холодной пайки и некачественных паяных соединений.

Обратите внимание на полярность конденсаторов, на корпусе которых знаком «+» указана положительная полярность, другой вывод полярного конденсатора будет иметь, соответственно, отрицательную полярность,

Рис. 26.3. Макетная плата в сборе

а также на полярность всех полупроводниковых приборов. Цоколевка каждой из микросхем определяется ключом в форме полукруга и выводом микросхемы 1 слева от ключа. Выводы переменных сопротивлений и гнезда J1 должны физически совпадать с отверстиями для их установки в RP1.

3.              Нарежьте, зачистите и облудите провода для соединения с J1 и припаяйте их. Эти провода должны быть скручены и иметь длину 5,08 см.

4.              Изготовьте шасси CHAS1, переднюю панель RP1, корпус EN1 и рукоятку HAND1, как показано на рис. 26.4.

Рис. 26.4. Общий вид секций конструкций устройства для сбора, с указанными размерами для изготовления

Рис. 26.5. Установка макетной платы на шасси и внешние соединения платы

Примечание:

Очень важно обеспечить правильный отвод тепла от контактов преобразователяTD1 перед началом пайки. Если у вас есть сомнения, используйте гайки или надевающиеся соединения для отвода тепла. Учтите, что короткий контакт внутренне соединен с корпусом преобразователя и с заземлением схемы. Если между этим контактом и алюминиевым корпусом приоЛразивателя нет короткого замыкания, то данный преобразователь в результате перегрева будет испорчен!

Вы можете использовать батарею из 6 элементов ААна9Вилина12Вс использованием 8 элементов АА, которая размещается в рукоятке НА1. Питание 12В позволяетувеличить звуковую отдачу маломощного громкоговорителя 8 Ом и его громкость.

5. Подготовьте оба конца экранированного кабеля описанным ниже способом. Если используется опция параболического отражателя, вам понадобится 45 см кабеля, если нет – 15 см (рис. 26.5).

Рис. 26.6. Окончательный вид конструкции устройства с использованием отражателя

Примечание:

Экранированный кабель имеет длину 45 см и проходит через небольшое отверстие в задней крышке САРЗ и отражателе PARA12.

TD1 размещается впроходном изоляторе BU1 .Затем эта сборка вставляется во внутрь цилиндрического корпуса длиной 13,2 см, с внешним диаметром 4,13 см с помощью кольцевых прокладок. Такое размещение TD1 фиксирует преобразователь и защищает его оттолчков.

щ

Соединения преобразователя выполняются всоответствии с рис. 26.5.

–           аккуратно удалите 1,9 см внешней изоляции, но так, чтобы не повредить оплетку экрана;

–           прорежьте оплетку экрана острым предметом, например булавкой, и скрутите из него провод. Аккуратно облудите только кончики, чтобы удержать составляющие его нити вместе;

–           аккуратно зачистите 0,64 см изоляции центрального провода и облудите;

–           проверьте готовый кабель на наличие замыкания или утечек с помощью измерительного прибора-мультиметра в режиме измерения сопротивления.

6. Припаяйте катушку L1, контакты пьезопреобразователя и демпфирующий резистор Rd друг к другу в параллель, а также концы кабеля Sh2 (центральную жилу к одной общей точке, оплетку кабеля – к другой), см. рис. 26.5. При пайке будьте осторожны, чтобы не перегреть контакты преобразователя или изоляцию центрального проводника. При перегреве контактов компонент, особенно пьезопреобразователь, как было сообщено выше, выйдет из строя. Вы можете выполнить простой тест на

Рис. 26.7. Вид конструкции устройства в сборе без использования отражателя

короткое замыкание между металлическим корпусом компонента и самым коротким выводом. Если сопротивление при этом выше 1 Ом, это означает, что вы испортили эту деталь и ее необходимо заменить. Механические соединения с использованием скручивания жгута, проволочных гаек и т.д. показаны выше (см. рис. 26.5).

7. Соберите устройство как показано. Сборка с использованием параболического отражателя показана на рис. 26.6, а на рис. 26.7 – без него.

Предварительные электрические испытания

Для проверки работоспособности системы выполните следующие действия:

1.         Выключите устройство, подключите наушники HS30, вставьте батарею 9 В. Подключите измерительный прибор-мультиметр в режиме измерения тока 100 мА к контактам переключателя R19 и быстро измерьте ток, который должен быть около 20 мА. Отключите мультиметр и установите регулятор R19 на среднее положение. Обратите внимание на мягкий шипящий звук в наушниках. Затем включите компьютер или телевизор и настройте R19 для получения четкого тонового сигнала от одного из этих источников звука. Выключите источник звука и мягко потрите двумя пальцами друг о друга, слушая в наушниках ясно различимый звук. Проверьте весь диапазон регулятора на возникновение нежелательных сигналов обратной связи или ложных сигналов.

Теперь устройство готово к окончательной сборке. Обратите внимание на контрольные точки и форму сигналов (см. рис. 26.2). Форма и амплитуда сигналы должны соответствовать указанным на рис. 26.2.

2.         Завершите окончательную сборку, добавив параболический отражатель PARA12 для значительного увеличения дальности приема звуков прибором (см. рис. 26.6).

Имейте в виду, что ваш прибор может воспринимать сильные магнитные поля, поскольку он не экранирован от них. Выполнение теста на эффект Доплера, который был описан выше, позволяет легко различить эти поля.

Особое замечание: использование стоячей волны

Можно сформировать стоячую волну перед пьезопреобразователем TD1 и улучшить чувствительность системы. Направьте прибор на стабильный неинтенсивный источник ультразвуковой энергии и аккуратно отрегулируйте расстояние до металлической пластины 2,54×2,54 см, установленной перед лицевой стороной преобразователя, наблюдайте увеличение сигнала по мере приближения к пьезопреобразователю. Этот эффект будет возникать в полуволновых умножителях и наиболее сильно проявляться вблизи преобразователя. Используйте собственную изобретательность для модификации этого простого действия.

Дополнительное зомечоние по поводу применения устройство

Прибор может доставить немало веселых часов для взрослых и детей. Например, можно спрятать где-либо небольшую коробочку с генератором частоты 25 кГц. Узкая диаграмма направленности устройства и его способность регистрировать различные уровни сигналов позволят быстро обнаружить этот спрятанный источник поочередно участниками игры, под шутки и прибаутки! Имейте в виду, что дальность действия устройства может превышать 400 м! Это дает много вариантов выбора места для тайника с генератором, и ваше воображение подскажет, как затруднить его поиск. Я провел много приятного времени со своими детьми и друзьями, используя в игре это оборудование.

Запись выходного сигнала

Вы можете легко записать выходной сигнал с помощью записывающего устройства, подключив к выходному гнезду наушников дополнительный вход. Для одновременного прослушивания при записи может использоваться адаптер «У». С адаптером можно использовать два комплекта наушников с выходным импедансом 8 Ом.

nauchebe.net

Ультразвуковой приёмник - Акустические микрофоны и преобразователи - Шпионские штучки

Прием сигналов на частотах выше 20 кГц, за порогом слышимости человеческого уха, представляет определенный интерес. Ультразвук излучают не только представители фауны (например, летучие мыши и кузнечики), но и некоторые источники искусственного происхождения (например, разряды в плохих контактах, излучатели охранных систем и т.д.).

В настоящее время существует несколько типов ультразвуковых приемников [1] — с делением частоты входного сигнала, гетеродинные (с преобразованием частоты), с "замедлением", с цифровой обработкой сигнала (DSP).Описываемый ультразвуковой приемник [2] с делением частоты является довольно простым устройством. Принцип его работы заключается в приеме сигнала ультразвуковым микрофоном с последующим усилением до уровня, достаточного для подачи на вход делителя частоты. Импульсы с выхода делителя поступают на усилитель низкой частоты, к которому подключается громкоговоритель или головные телефоны.Рассмотрим принципиальную схему приемника. На транзисторах VT1 — VT3 выполнен усилитель ультразвукового сигнала, принятого микрофоном ВМ1. С выхода усилителя сигнал поступает на пороговый детектор на диоде VD1, а затем через формирователь прямоугольных импульсов (инверторы DD1.1 и DD1.2) — на делитель частоты на 10 (DD2). Выходной сигнал делителя усиливается микросхемой УНЧ (DA1) и подается на громкоговоритель. С помощью регулятора громкости (резистора R16) можно подобрать комфортный уровень принимаемых сигналов. Постоянство этого уровня обеспечивает система АРУ, выполненная на транзисторах VT4 и VT5. На вход АРУ поступает сигнал с порогового детектора. От амплитуды этого сигнала зависит сопротивление канала полевого транзистора VT5, включенного в цепь регулировки усиления микросхемы DA1. Соответственно, при изменении уровня сигнала на входе АРУ меняется коэффициент усиления УНЧ, что обеспечивает поддержание определенной громкости принимаемых сигналов.

Достоинствами такого приемника (кроме простоты) являются широкая полоса рабочих частот и отсутствие посторонних шумов, что делает его идеальным устройством для обнаружения ультразвуковых сигналов. Однако применение порогового детектора ограничивает чувствительность устройства, а выходной звуковой сигнал не является "копией" входного ультразвукового сигнала и фактически представляет собой последовательность щелчков.

При изготовлении приемника можно использовать (кроме указанных на схеме) ультразвуковой микрофон UST-40, SQ40-R, диоды КД521 или КД522, транзисторы КТ3102, КТ3107.КП501.Правильно изготовленное устройство в настройке не нуждается.

Литература1. В.Беседин, UA9LAQ. Ультразвуковой приемник. — Радиомир, 2007, №№1-2.2. Guy Boniface, Jean Rowenczyn. BAT. — Elector, 2010, №№ 7-8.

cxema.my1.ru

Как услышать ультразвук? — Меандр — занимательная электроника

Читать все новости ➔

Известно, что ультразвук оказывает определенное воздействие как на живот­ных, так и на человека. Да, человек ультразвук не слышит. Но, когда вы нахо­дитесь рядом с мощным источником ультразвука острота вашего слуха снижается. Почему это происходит? Да потому что мы, люди, слышим ультразвук, просто не понимаем этого. И очень часто это оказывает на нас весьма негативное влияние. Длительное нахождение рядом с достаточно мощным источником ультра­звука оказывает на человека почти такое же влияние, как и нахождение рядом с источником слышимого звука. Но, ультра­звук мы вроде бы не слышим, и потому не понимаем почему голова болит и закладывает уши.

Для того чтобы зарегистрировать наличие ультразвука существуют различ­ные акустические приборы, измеряющие его уровень, частоту и т.д. Но, хотелось бы его еще и услышать (вернее, осознать как звук). Сделать это можно с помощью прибора, который понизит частоту ультра­звука, так как в приемнике прямого преобразования понижается частота радиосигнала до звуковой частоты.1

Схема, показанная на рисунке, во многом напоминает схему приемника прямого преобразования, только вместо антенны на её входе включен микрофон. За неи­мением ультразвукового микрофона здесь используется обычный электретный микрофон типа МСЕ-2500 или анало­гичный. Согласно тех. данным АЧХ этого микрофона практически линейна до 20 кГц. Далее что происходит с АЧХ в тех. данных не указывается. Как показали испытания (проведенные в радиолюби­тельских условиях, и потому не претен­дующие на исключительную точность), микрофон неплохо слышит аж до 70-100 кГц, но конечно его чувствительность с ростом частоты сильно снижается.

И так, схема показана на рисунке в тексте. Ультразвук воспринимается электретным микрофоном М1. Питание на него поступает через R6. Переменное напря­жение с выхода микрофона через конден­сатор С5 подается на двухкаскадный УНЧ на транзисторах VT1 и VT2. Здесь исполь­зуются  малошумящие транзисторы ВС550С. Основное усиление происходит в транзисторе VT1. Транзистор VT2 служит эмиттерным повторителем. С него переменное напряжение ультразвуковой частоты поступает на вход смесителя на основе микросхемы А1 типа SA612 (или NE612).

Микросхема SA612 представляет собой преобразователь частоты и широко при­меняется в разнообразной связной и радиоприемной технике. Здесь она тоже работает по прямому назначению, - преобразователь частоты.

Для того чтобы понизить частоту ультра­звука, лежащего обычно по частоте от 22кГц до 100 кГц в слышимый звук, нужно соответственно, подать на смеситель частоту гетеродина, которая будет на 200- 5000 Гц отличаться от частоты принима­емого ультразвука. То есть, желательно чтобы частоту гетеродина можно было оперативно регулировать от 10 до 100 кГц.

Схема гетеродина выполнена на цифро­вых микросхемах D1 и D2. На инверторах микросхемы D1 сделана схема генера­тора прямоугольных импульсов частоту которых можно регулировать переменным резистором R2 в пределах от 20 кГц до 200 кГц. Как известно, на выходе мульти­вибратора на логических элементах импульсы не симметричные, поэтому для придания им симметричной формы используется D-триггер на микросхеме D2, включенный в режиме одноразрядного двоичного счетчика. Он делит частоту входных импульсов, подаваемых на его вход «С» на два, но придает им строго симметричную форму. Таким образом, частота на выводе 1 D2 регулируется переменным резистором R2 в пределах от 10 кГц до 100 кГц.

Амплитуда этих импульсов понижается до необходимого для нормальной работы смесителя микросхемы А1, уровня дели­телем на резисторах R3 и R4.

На выходе смесителя, как обычно, есть суммарный и разностный сигнал. Суммарный подавляется как простейшим фильтром, состоящим из конденсатора С9, так и самим УНЧ, на который сигнал поступает с регулятора громкости R13, так и нашим слухом. Таким образом, в остатке остается разностный сигнал, который, при соответствующей установке частоты гетеродина (резистором R2) и можно услышать вполне отчетливо. Например, можно услышать звук от кварцевого резонатора на 32768 Гц, работающего в электронных часах. Или звуки импульсных источников питания различной аппара­туры, а так же, весьма странные изменяю­щиеся звуки, происхождение которых мне кажется непонятным.

УНЧ желательно чтобы работал на наушники. Можно использовать любой УНЧ, на транзисторах или микросхеме, например, использовать в качестве УНЧ плату неисправного аудиоплеера (с точки входа телефонного УНЧ). Или УНЧ от слухового аппарата.

Детали. Конечно, лучше всего исполь­зовать специальный ультразвуковой электретный микрофон, если конечно есть возможность его приобрести. В против­ном случае - любой обычный электретный, но желательно меньшего диаметра (чтобы мембрана была более подвижной и могла лучше двигаться с большой частотой).

Транзисторы ВС550С можно заменить отечественными КТ3102Е. Микросхему SA612 можно заменить на SA602 или NE612, NE602.

Цифровые микросхемы можно заменить отечественными аналогами К561ЛЕ1 или К561ТМ2. Впрочем, микросхему D1 можно заменить любой КМОП-микросхемой, у которой есть не менее трех инверторов, то есть это может быть и CD4011 (К561ЛА7) и CD4025 (К561ЛА9), CD4023 (К561ЛЕ10) или К561ЛН2.

Вполне возможно гетеродин вообще сделать по совсем другой схеме, напри­мер, по схеме генератора НЧ на опера­ционном усилителе или транзисторах, на интегральном таймере 555, или другие варианты, важно чтобы можно было частоту регулировать в указанных пределах и импульсы были либо симметричные, либо неискаженный синус.

Так как устройство собиралось с чисто экспериментальными целями, плата для него не разрабатывалась, - так на «макетке» и работает.

Автор: Снегирев И.

Возможно, Вам это будет интересно:

meandr.org

ДЕТЕКТОР УЛЬТРАЗВУКА

Необычные схемы

Основное назначение предлагаемого вниманию читателей устройства — индикация уровня звукового давления сигналов, частоты которых составляют от 16 до 40 кГц (такие сигналы нередко применяются в охранных системах). Не воспринимаемые ухом взрослого человека, сигналы этих частот, тем не менее, угнетающе действуют на человеческую психику, а если человек длительное время находится в зоне действия мощного ультразвукового сигнала, то велика вероятность повреждения слуха. Кроме того, устройство может успешно применяться для поиска ультразвуковых сигналов естественного и искусственного происхождения.

Детектор ультразвука

В схеме ультразвукового детектора используются две микросхемы — счетверенный широкополосный операционный усилитель TS924 и светодиодный драйвер LM3915, а приемником ультразвуковых колебаний является электретный микрофон, АЧХ которого имеет подъем на частотах около 20 кГц. На этих частотах при звуковом давлении 90 дБ выходное напряжение микрофона составляет 8 мВ.

На операционном усилителе DA1.1 собран микрофонный усилитель с коэффициентом усиления 40. Ослабление низкочастотных сигналов происходит благодаря выбору соответствующих емкостей конденсаторов С1 и СЗ, а значительное подавление сигналов на частотах ниже 16 кГц обеспечивает фильтр верхних частот 5-го порядка, выполненный на операционном усилителе DA1.2. С помощью под-строечного резистора R20 добиваются максимальной линейности АЧХ фильтра в полосе пропускания (16-40 кГц).

Детектор принятого сигнала собран на операционном усилителе DA1.3. Диод VD11 обеспечивает защиту входа ОУ при больших входных напряжениях отрицательной полярности. Коэффициент передачи детектора регулируется с помощью подстроечного резистора R21.

Положительное напряжение с выхода детектора через резистор R18 заряжает конденсатор С13. Заряд конденсатора осуществляется очень быстро — за 22 мкс. Резистор R18 ограничивает ток заряда конденсатора.

На операционном усилителе DA1.4 выполнен повторитель напряжения, используемый для “развязки" детектора и светодиодного драйвера. Уровень звукового сигнала на входе устройства определяет величину постоянного напряжения на выходе детектора, которое, будучи поданным на вход светодиодного драйвера, вызывает свечение одного из светодиодов. Таким образом, по свечению светодиодов можно судить как о наличии ультразвукового сигнала, так и о его интенсивности.

По материалам статьи “Ultrasonic Sound Detector”, опубликованной в журнале “Elektor”, №9/2008.

 

radiopolyus.ru

Ультразвуковое подслушивающие устройство это устройство для тайного подслушивания передаваемого звука, через невоспринимаемую ухом несущую частоту 40 кгц, для

Ультразвуковой жучек____________________________________ОбзорУльтразвуковое подслушивающие устройство - это устройство для тайного подслушивания передаваемого звука, через невоспринимаемую ухом несущую частоту 40 КГц, для удаленного прослушивания какого - либо места. Использование ультразвуковых частот - очень эффективный способ для предотвращения обнаружения жука.

Идеальное использование ультразвуковых прослушивающих устройств - при внешних и крупных внутренних работах. Ультразвуковые волны являются узконаправленными (ширина луча примерно 15°), но также и легко ослабляемыми. Двери, стекла, органические стекла и др. будут блокировать ультразвук (в разной степени), но он может проникать сквозь любые щели вокруг окон или под дверью. Для получения большей информации об использовании ультразвуковых подслушивающих устройствах, купите книгу The Basement Bugger's Bible, написанную Шифти Багманом (Shifty Bugman).Принцип работы и особенности схемы

Ультразвуковой датчик, работающий на частоте 40 КГц, найти сегодня довольно просто. "Чистый" источник таких датчиков это старые детекторы движения или охранные сигнализации. Некоторые из них продавались в Radio Shack (Деталь # 49-303A) лет 10 - 20 назад. Новые ультразвуковые датчики Kobitone на 40 КГЦ есть в Mouser Electronics, номера деталей 255-400ER18 (приемник) и 255-400ET18 (передатчик). А вообще, нет разницы между приемными и передающими датчиками. Большинство устройств, использующих датчики на 40 КГц, работают на максимальном размахе напряжения 20 В, но некоторые могут работать вплоть до 100 В. Чем выше подаваемое напряжение, тем выше давление звука на выходе и тем дальше будет передавать передатчик. Также, ограничена их частотная девиация, так что не ждите качество звука "HiFi". Максимальная девиация составляет всего приблизительно 1.5 - 2 kHz. Качество принятого звука можно сравнить со звучанием дешевого FRS радио. Любые низкие частоты также будут сильно ослабленными.

Принцип действия передатчикаЧто касается схемы передатчика... Во время работы убедитесь, что не заграждается небольшое воздушное отверстие микрофона. Поэкспериментируйте с резистором смещения электретного микрофона (10 kohm), чтобы улучшить отношение сигнал / помеха. Сигнал с микрофона подается на одну часть операционного усилителя LM833. Этот операционный усилитель сконфигурирован так, чтобы иметь усиление около 40 дБ в полосе звуковых частот. На частоте около 1.7 КГц спад АЧХ 3 дБ. Другая часть LM833 работает как активное смещение для первого операционного усилителя. С выхода LM833 сигнал проходит через RC фильтр нижних частот, чтобы убрать все оставшиеся ультразвуковые частоты. Наконец этот обработанный аудио сигнал, подается на пин 5, КМОП таймера 555, работающего на частоте около 40 КГц. Наиболее важный аспект в этом устройстве - настройка этой средней частоты. Средняя частота несущей таймера 555 настраивается через переменный, многооборотный резистор 10 КОм. Попробуйте использовать мультиметр, имеющий частотомер, для помощи в любой настройке. Рекомендуется использовать КМОП таймер 555, чтобы избежать каких- либо перепадов в электропитании, которые могут ухудшать качество передаваемого звука. Сигнал на выходе таймера 555 это последовательность прямоугольных волн, отцентрированных около 40 КГц резонансной частоты датчика. Затем вам потребуется медленно уменьшать частоту таймера 555, чтобы дать датчику приемника вновь получить аудио посредством "дискриминации". Если не знаете что это означает, просто подстраивайте переменный резистор 10 КОм, пока не достигнете наилучшего качества звука. Этот новый сигнал на выходе (пин 3) широтно - импульсно модулируется входящим звуковым сигналом.Затем сигнал изолируется и подается на трансформатор согласующий сопротивление 8 Ом к 1,000 Ом (Деталь в Radio Shack # 273-1380). Это быстрый путь, для увеличения напряжения поданного на датчик, без использования активных компонентов перехвата тока. С выхода трансформатора сигнал подается на ультразвуковой датчик. Если вы используете повышающий трансформатор, убедитесь, что изолировали контакт заземления датчика (и корпуса) от остальной схемы. Для скрытого применения с "ограниченным пространством", сигнал с выхода таймера 555 может быть направлен напрямую к ультразвуковому датчику.Стабилизатор напряжения с низким выпадением сигнала, TL750L08CD, производства Texas Instruments, обеспечивает стабильные + 8 постоянного тока, для всей схемы, запитанной от щелочной батарей 9 В. Вся схема потребляет ток около 13 мА.Принцип действия приемника.Что касается схемы приемника... Принимающий ультразвуковой датчик связывается по постоянному току с одним из четырех операционных усилителей в Maxim MAX414 (деталь в Digi-Key # MAX414CPD-ND). MAX414 была выбрана из за того, что она может обеспечить усиление 60 дБ на 40 kHz. Простой TL074 также будет работать, но усиление будет всего лишь около 40 дБ. С выхода операционного усилителя сигнал поступает на прецизионный полноволновой выпрямитель, состоящий из двух операционных усилителей и двух диодов 1N34. Он конвертирует модулированный сигнал 40 кГц в изменяющиеся постоянное напряжение посредством метода, называемого дискриминацией. Так как датчик в передатчике модулируется время от времени своими резонансными пиками, на выходе датчика в приемнике также появляется большее или меньшее напряжение. Это меняющиеся, постоянное напряжение - восстановленный сигнал с микрофона. Затем этот сигнал проходит через фильтр нижних частот, использующий одну часть LM833 и одну фильтра верхних частот. Это избавляет от любого низкочастотного шума и высокочастотного свиста. Наконец, аудио сигнал подается на усилитель для наушников с низким уровнем шума. Приемник работает от обычной щелочной батарейки на 9 В, потребляет ток около 63 мА. РисункиMy FileВид ультразвукового передатчика. По часовой стрелке с верхнего левого угла... Стабилизатор напряжения TL750L08CD (поверхностный монтаж), LM833 с вспомогательными пассивными элементами, электретный микрофон, ультразвуковой датчик на 40 кГц, трансформатор, согласующий сопротивление 8 Ом к 1,000 Ом, и наконец КМОП таймер 555 и его подстраивающий переменный резистор 10 Ком. Зажим батарейки 9 В находится над платой и не показан.My FileВид ультразвукового приемника. Корпус от старого переключателя в принтере. На передней панели разъем для наушников (PHONE), регулировка звука (VOL), регулировка усиления приемника (GAIN). Датчик приемника и печатная плата прикрепляются при помощи пузырьковой ленты. Это помогает уменьшить любые шумы, создаваемые вибрацией.My FileДругой вид. По часовой стрелки с верхнего левого угла. LM833 формирующая аудио фильтр верхних / нижних частот, датчик в приемнике выше, операционный усилитель Maxim MAX414, вход +9 В постоянного тока, и MC34119 - усилитель наушников. Убедитесь, что скрутили проводки, ведущие к управляющим переменным резисторам, датчик и вход для наушников. Резистор, контролирующий звук, имеет встроенный SPST выключатель.My FileВид сбоку. Один недостаток именно этого устройства в том, что MAX414 мешает генерации, когда переменный резистор, контролирующий усиление (GAIN) установлен на максимум. Это происходит, даже если провода закручены, и есть заземленный экран, поэтому будьте внимательны.Также будьте внимательны при использовании германиевых диодов 1N34 или 1N60 в части полноволнового выпрямителя ультразвукового приемника. Эти диоды имеют меньшие падение напряжения (~200 mV) чем обычные кремниевые 1N4148, 1N914, или 1N4001 (~700 mV). Согласование прямого падения напряжения не является необходимым, но полезно для "точных" задач.

Другой вид.Вместо обычного LM386, для наушников использует

gigabaza.ru

Ультразвуковые датчики | Академия робототехники

Что бы робот мог объезжать препятствия, ему нужно их видеть. Для того что бы робот стал зрячим обычно используют  ультразвуковой датчик измерения расстояния. Дальность действия датчика — 180 см.

Эйдзи Накано — Введение в робототехнику. Глава V. Сенсорные устройства роботов. Ультразвуковые датчики

Пьезоэлектрический эффект

 

Принцип действия

     Ультразвуковой дальномер определяет расстояние до объектов точно так же, как это делают дельфины или летучие мыши. Он генерирует звуковые импульсы на частоте 40 кГц и слушает эхо. По времени распространения звуковой волны туда и обратно можно однозначно определить расстояние до объекта.

   В отличие от инфракрасных дальномеров, на показания ультразвукового дальномера не влияют засветки от солнца или цвет объекта. Но могут возникнуть трудности с определением расстояния до пушистых или очень тонких предметов. Поэтому высокотехнологичную мышеловку выполнить на нём будет затруднительно.

    При отражении звука от препятствия мы слышим эхо. Летучая мышь использует отражение ультразвуковых волн для полётов в темноте и для охоты на насекомых. По такому же принципу работает эхолот, с помощью которого измеряется глубина воды под днищем корабля или поиск рыбы.

     Принцип передачи и приема ультразвуковой энергии лежит в основе многих очень популярных ультразвуковых датчиков и детекторов скорости. Ультразвуковые волны являются механическими акустическими волнами, частота которых лежит за пределами слышимости человеческого уха — более 20 кГц. Однако сигналы этих частот воспринимаются некоторыми животными: собаками, кошками, грызунами и насекомыми. А некоторые виды млекопитающих, таких как летучие мыши и дельфины, общаются друг с другом ультразвуковыми сигналами.

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДАТЧИК Lego Mindstorm EV 3. ЗРИ В КОРЕНЬ

 

tbs_20130108_1_11

Технические спецификации и особенности продукта:

    • Измерение расстояния в диапазоне от 1 до 250 см
    • Точность измерения до +/- 1 см
    • Передняя подсветка в виде красного кольца горит постоянно при передаче сигнала и мигает при прослушивании эфира
    • Если ультразвуковой сигнал распознан, датчик возвращает логическое значение «Истина»
    • Автоматическая идентификация производится программным обеспечением микрокомпьютера EV3

 

 

 

 

Рис. 1 Ультразвуковой датчик Lego Mindstorm EV 3  (стоимость вместе с внутренним микроконтроллером и микросхемами усиления сигнала $50, при себестоимости $5)ultrasonic-LEGO-TRANSMITultrasonic-LEGO-RECIV

Рис. 2  Схема ультразвукового датчика Lego Mindstorm EV 3 (ultrasonic sensor hardware schematics) построена на микроконтроллере STM8S103F3

 

226N0046000                                               226N0045000

Рис. 3 Ультразвуковые излучатель  AW8T40 и приемник AW8R40 ультразвукового датчика Lego Mindstorm EV 3

 

Ультразвуковой датчик  HC-SR04

Ультразвуковой датчик HC-SR04 — Ultrasonic Ranging  Module HC — SR04 —  Ultrasonic Sensor Distance Measuring Module — Sonar

      Ультразвуковой дальномер HC SR04 самый известный датчик для применения в Arduino, Raspberry Pi,  ESP8266 и  ESP32 модулях. Позволяет измерять расстояние до объекта  в диапазоне от 2 до 400 (180) см. Например, если вы хотите собрать робота, который объезжает преграды, то данный дальномер прекрасно подойдет для ваших задач. Датчик имеет небольшие габариты и простой интерфейс.

Рис. 4 Внешний вид  ультразвукового датчика (сонара, ультразвукового сенсора, ультразвукового модуля) HC-SR04

Названия выводов и ультразвуковых излучателей модуля

  • Vcc — положительный контакт питания.
  • Trig — цифровой вход. Для запуска измерения необходимо подать на этот вход импульс (логическую единицу) длительностью 10 мкс. Следующий импульс рекомендуется подавать не ранее чем через 50 мс. что связано со временем обработки первого импульса.
  • Echo — цифровой выход. После обработки отраженного сигнала, на этот выход будет подан импульс (логическая единица), длительностью пропорциональной расстоянию до объекта.
  • GND — отрицательный контакт питания (земля).
  • Левый ультразвуковой излучатель (маркирован буквой Т — transmiter) это передатчик ультразвукового сигнала, правый ультразвуковой излучатель (маркирован буквой R — resiver)  это приемник отраженного от объекта ультразвукового сигнала (эха).

Характеристики

  • Напряжение питания: 5 В. Модель HC-SR04 +  работает в диапазоне от 3,3В-5В (помечено как HC-SR04 + на задней стороне платы модуля)
  • Потребление в режиме тишины: 2 мА
  • Потребление при работе: 15 мА
  • Максимальная частота опроса датчика: 20 Гц (Период опроса 50 мс)
  • Частота ультразвука: 40 кГц
  • Дальность обзора: 2 см – 4 м (1,8 м)
  • Разрешение (градация выходного сигнала): 0,3 см
  • Эффективный угол наблюдения: 15°
  • Рабочий угол наблюдения: 30°
  • вес — 8,28 грамм
  • Размеры: 45*20*15 мм. ДхШхГ (Ш — без  учета контактов подключения)

PhoXo1(36)

Рис. 5 Размеры  ультразвукового датчика  HC-SR04

  • Внимание:! Модуль не рекомендуется подключать непосредственно к подключенной к электропитанию плате микроконтроллера, необходимо отключить электропитание  в момент подключения модуля , первым должен быть подключен вывод GND  модуля, в противном случае,это может повлиять на нормальную работу модуля.
  • ! При испытании модуля на дальность и точность измерения, размер площади объекта сканирования должен не менее 0,5 квадратных метров и его поверхность должна быть как можно тверже и ровнее, в противном случае, это будет влиять на результаты измерений.

Рис. 6 Диаграмма направленности   ультразвукового датчика  HC-SR04. Взята из документации на этот датчик

 

Описание работы:

Тест угла обзора датчика, взят из описания с сайта www.iteadstudio.com

Ультразвуковой датчик расстояния определяет расстояние до объекта, измеряя время отображения звуковой волны от объекта. Частота звуковой волны находится в пределах частоты ультразвука, что обеспечивает концентрированное направление звуковой волны, так как звук с высокой частотой рассеивается в окружающей среде меньше. Типичный ультразвуковой датчик расстояния состоит из двух мембран, одна из которых генерирует звук, а другая регистрирует отображенное эхо. Образно говоря, мы имеем дело со звуковой колонкой и микрофоном. Звуковой генератор создает маленький, с некоторым периодом ультразвуковой импульс и запускает таймер. Рисунок 3 – Ультразвуковой датчик расстояния HC-SR04 Вторая мембрана регистрирует прибытие отображенного импульса и останавливает таймер. От времени таймера по скорости звука возможно вычислить пройденное расстояние звуковой волны. Расстояние объекта приблизительно половина пройденного пути звуковой волны. Рисунок 4 –Принцип работы ультразвукового датчик расстояния Ограничения, связанные с применением ультразвукового датчик расстояния : 1. Частичные отражения, или как их называют паразитный эхо-сигнал, могут исказить результаты измерений (причиной могут стать криволинейные или наклонные по отношению к направлению излучения сигнала поверхности). 2. Измерения объектов из звукопоглощающих, изоляционных материалов или имеющих тканевую (шерстяную) поверхность могут привести к неправильным измерениям вследствие поглощения (ослабления) сигнала. 3. Чем меньше объект, тем меньшую отражающую поверхность он имеет. Это приводит к более слабому отраженному сигналу. 4. При высокой влажности (дождь, снег) сигнал также может частично отражаться от капель (снежинок), что приводит к паразитному эхо- сигналу.

Принцип работы датчика следующий: один из пьезоэлементов излучает ультразвуковую волну при подачи импульса длительностью 15 микросекунд, а другой пьезоэлемент принимает эту же отражённую волну от препятствия. Затем замеряется время задержки от передачи до приёма волны, далее вычисляется расстояние и передаётся сигнал на ногу Echo датчика, длительностью пропорциональной расстоянию до препятствия. Нам остаётся только подавать импульс на датчик, принять его и вычислить расстояние. Сегодня мы научимся работать с HC-SR04 на BASCOM-AVR.

Поставим перед собой задачу: собрать устройство, которое должно замерять расстояние до какого либо объекта с помощью датчика HC-SR04 и передавать данные через UART на ПК.

Для этой цели можно использовать практически любой AVR микроконтроллер, так как алгоритм очень простой. Я взял Atmega8, в итоге получилась следующая принципиальная схема устройства:

grafik-raboty-ul'trazvukovogo-datchika

    Описание принципа работы ультразвукового дальномера HC—SR04 можно разделить на следующие шаги:

   

Следующий импульс может быть излучён, только после исчезновения эха от предыдущего. Это время называется периодом цикла (cycle period). Рекомендованный период между импульсами должен быть не менее 50 мс.

Если на сигнальный пин (Trig) подаётся импульс длительностью 10 мкс, то ультразвуковой модуль будет излучать восемь пачек ультразвукового сигнала с частотой 40кГц и обнаруживать их эхо. Измеренное расстояние до объекта пропорционально ширине эха (Echo) и может быть рассчитано по формуле, приведённой на графике выше.

  Датчик отправляет ультразвуковые импульсы и слушает эхо. На вход Trig датчика подаем импульс высокого уровня длительностью 10–15 микросекунд. Датчик отправляет ультразвуковой сигнал «chirp» из восьми коротких импульсов частотой выше предела диапазон слуха человека. Электроника датчика знает скорость звука в воздухе. Измеряя время между отправленным и принятым ультразвуком, ультразвуковой датчик HC-SR04 формирует выходной сигнал. Этот принцип эхолокации используют дельфины и летучие мыши. Спустя примерно микросекунду ультразвуковой датчик HC-SR04 выдает на выходе Echo импульс высокого уровня длительностью до 38 миллисекунд. Если препятствий не обнаружено, то на выходе будет сигнал с длительностью 38 мс. Таким образом, для работы с датчиком от электроники прибора требуется один цифровой управляющий выход и один вход для сигнала датчика. Длина импульса на выходе Echo пропорциональна расстоянию до препятствия. Расстояние вычисляется по формуле: S=F/58, где S – расстояние в сантиметрах, F – продолжительность импульса в микросекундах. Для взаимодействия Arduino с датчиком есть программная библиотека Ultrasonic.          

Шаг 1: На вход Trig подаётся импульс длительностью 10 микроСекунд. Для дальномера это команда начать измерение расстояния перед ним.

                Шаг 2: Устройство генерирует 8 ультразвуковых импульсов с частотой 40 кГц через выходной сенсор T.

                Шаг 3: Звуковая волна отражается от препятствия и попадает на принимающий сенсор R.

                Шаг 4: На выходе Echo формируется импульс, длительность которого прямо пропорциональна измеренному расстоянию.

                Шаг 5: На стороне управляющего контроллера переводим длительность импульса Echo в расстояние по формуле: ширина импульса(мкс) / 58 = дистанция (см).

 

        Ниже на рисунке приведены временные диаграммы, наглядно поясняющие перечисленные шаги.

На сигнал Trig нужно подавать короткие импульсы длительностью 10мкс. Этот импульс запускает эхо-локатор. Он уже сам генерирует пачку ультразвуковых импульсов (40кГц) для излучателя и сам ловит отраженное эхо. По времени распространения звука туда и назад датчик определяет расстояние. Нам же сам датчик на контакт Echo выдает импульс с длительностью пропорциональной расстоянию. Длительность сигнала Echo от 150мкс до 25мс. Если ответа нет, то длительность Echo около 40мс. Расстояние до объекта можно вычислить разделив длительность в микросекундах эха на 58. Получаются расстояние в сантиметрах. Максимальное расстояние, которое можно мерить судя по документации — 5 метров.Рекомендуемый период опроса датчика 50-10мс. Диаграмма направленности датчика не очень острая — примерно градусов под тридцать.

  • Действие ультразвукового дальномера HC-SR04 основано на принципе эхолокации. Он излучает звуковые импульсы в пространство и принимает отражённый от препятствия сигнал. По времени распространения звуковой волны к препятствию и обратно определяется расстояние до объекта.Запуск звуковой волны начинается с подачи положительного импульса длительностью не менее 10 микросекунд на ножку TRIG дальномера. Как только импульс заканчивается, дальномер излучает в пространство перед собой пачку звуковых импульсов частотой 40 кГц. В это же время запускается алгоритм определения времени задержки отражённого сигнала, а на ножке ECHO дальномера появляется логическая единица. Как только датчик улавливает отражённый сигнал, на выводе ECHO появляется логический ноль. По длительности этого сигнала («Задержка эхо» на рисунке) определяется расстояние до объекта.Диапазон измерения расстояния дальномера HC-SR04 — до 4 метров с разрешением 0,3 см. Угол наблюдения — 30 градусов, эффективный угол — 15 градусов. Ток потребления в режиме ожидания 2 мА, при работе — 15 мА.
  • Запуск звуковой волны начинается с подачи положительного импульса длительностью не менее 10 микросекунд на ножку TRIG дальномера. Как только импульс заканчивается, дальномер излучает в пространство перед собой пачку звуковых импульсов частотой 40 кГц. В это же время запускается алгоритм определения времени задержки отражённого сигнала, а на ножке ECHO дальномера появляется логическая единица. Как только датчик улавливает отражённый сигнал, на выводе ECHO появляется логический ноль. По длительности этого сигнала («Задержка эхо» на рисунке) определяется расстояние до объекта.Диапазон измерения расстояния дальномера HC-SR04 — до 4 метров с разрешением 0,3 см. Угол наблюдения — 30 градусов, эффективный угол — 15 градусов. Ток потребления в режиме ожидания 2 мА, при работе — 15 мА.
  • image332

Рис. 40. Пьезоэлектрический ультразвуковой преобразователь: А — входное напряжение приводит к изгибу элемента, что вызывает генерацию ультразвуковых волн. И наоборот, в результате воздействия волн на выходе преобразователя появляется напряжение; Б — ультразвуковой преобразователь с открытой апертурой для работы в воздухе

  • Подробнее: https://www.kakprosto.ru/kak-918792-kak-podklyuchit-ultrazvukovoy-dalnomer-hc-sr04-k-arduino#ixzz4PeP45Mxx
  • Контакты, по порядку слева направо, с лицевой стороны:
    • Vcc – питание 5В
    • Trig – вход
    • Echo – выход
    • Gnd –земля

    Процесс работы:

    • Подключаем датчик к питанию и к управляющему устройству
    • Посылаем на вход дальномера (Trig) сигнал длительностью 10мкс (или чуть больше, он срабатывает с 10мкс)
    • Динамик датчика издает 8 сигналов частотой 40кГц, и микрофон получает их эхо (или не получает)
    • Датчик подает на свой выход (Echo) сигнал длительностью соответствующей расстоянию до препятствия: 150мкс (при 2см до препятствия) – 25мс (при 4м до препятствия) и 38мс при отсутствии преграды. На заметку: звук проходит расстояние 4см (2см от динамика до препятствия и 2см обратно до микрофона) за 0.04м / 335м/с = 0,000119с=119мкс и 8м за 8м / 335м/с = 0,023881с = 23,881мс.

    Какое время проходит от срабатывания датчика по входному сигналу до начала пункта 3 и от начала пункта 3 до начала пункта 4 нигде не сказано – это скоро будет выяснено мной опытным путём.

    Для расчета расстояния до препятствия используются следующие формулы:

    • Длина выходного импульса в микросекундах / 58 = расстояние в сантиметрах
    • Длина выходного импульса в микросекундах / 148 = расстояние в дюймах

hcsr04_schematic

Схема модуля HC-SR04 имеет 2 преобразователя ультрозвуковых сигналов в электрические сигналы малой мощности, один TCT40-16T — (T — Transmiter на схеме обозначен как Emit MK2 смотри схему) предназначен для передачи (эмиссии) ультразвуковых волн в окружаюшее пространство а второй TCT40-16R (R — Receive на схеме обозначен как Receive  MK1 смотри схему) для приема отраженных ультрозвуковых волн от предметов окружающего мира.

104727_563264b4dc43b563264b4dc477

Для передачи ультразвуковых волн требуется относительно высокое напряжение. Микросхема MAX232 (обозначение на плате — U3 смотри схему)   усиливает  5 вольт входного питающего напряжения до +/- 9-10 вольт. Микросхема MAX232 подключается между двумя выходами ( T OUT1 — вывод 14 и T OUT2 вывод 7 смотри схему) , так что на самом деле амплитуда значения напряжения импульсов подающихся на ультрозвуковой передатчик достигает до 20 вольт. Питание подается на микросхему MAX232 через транзистор Q2 (в новой схеме отсутствует и питание подается напрямую на вход 16 микросхемы и в этом случае отключения микроконтроллером не происходит) некоторое время до и во время излучения импульса , так как внутреннее переключение заряда создает избыточный  шум на приемной стороне модуля. Когда модуль  переходит в режим приема на микросхеме MAX232 отключается питание выходом 10 — Signal микроконтроллера EM78P153S (EM78P153S китайский микроконтроллер работает на частоте  < 27 МГц .

Прием и выделение электрических импульсов поступающих с преобразователя ультразвуковых  сигналов TCT40-16R  осуществляется   микросхемой  LM324 (обозначение на плате — U1 смотри схему)  , который содержит 4 операционных усилителя. Операционный усилитель U2D (смотри схему) усиливает сигнал в 6 раз. Операционный усилитель U2C имея обратную связь (1 — го порядка) является полосовым фильтром , затем операционный усилитель U2B усиливает входной сигнал еще 8 раз. Последний операционный усилитель U2A используется вместе с Q1 в качестве гистерезиса компаратора где происходит выделение прямоугольных импульсов и аналогового входного сигнала. Я моделировал фильтр в PSpice и не центрирована 40KHz , как это должно быть , но вместо этого он имеет пик 18kHz. Изменяя только два резистора (R13 до 2K2 и R11 до 18К) отклик фильтра смещается на частоту пульса , и это значительно повышает чувствительность обнаружения.

МИКРОКОНТРОЛЛЕР ESP-8266 И УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДАТЧИК HC-SR04

Переделка ультразвукового датчика HC-SR04

 

 

 

TCT40-16R TCT40-16R-T TCT40-16R-T1

Рис. 4 Ультразвуковой излучатель/приемник  TCT40-16R/T (стоимость вместе с внутренним микроконтроллером и микросхемами усиления сигнала < $1 )

diagramma-napravlennosti-3d

Рис. 5 Пространственная диаграмма излучения ультразвукового излучателя/приемника  TCT40-16R/T (если бы мы видели ультразвук, то так бы мы видели распространение ультразвуковых волн в пространстве)

Характеристики ультразвукового излучателя/приемника  TCT40-16R/T

1. Model: TCT40-16R/T (16 мм в диаметре)2. Номинальная частота (Кгц): 40 КГц3. Излучение At10v звукового давления (дб = 0.02mPa): ≥ 117dB4. чувствительность Приемника at40KHz (дб = V/ubar): ≥-65dB5. Электростатический потенциал at1KHz, < 1 В (PF): 2000 ± 30%

hcsr04_schematic1

Ультразвуковые преобразователи справка 1

Ультразвуковые преобразователи справка 2

ПРИМЕНЕНИЕ Эхолот. Рубрика «Как это работает?»

 

Ультразвуковые датчики Murata

017 Ultrasonic-Parking-Sensors-wit (1) Good-OEM-LCD-Parking-Sensor-with-Cameras ultrasonic_img0002

 

 

ultrasonic_img0003

ultrasonic_img0002Датчики, предназначенные для автоматов парковки, имеют высокую чувствительность: при резонансной частоте, равной 40 кГц. Дальность действия датчика достигает 1,5 метров при разрешающей способности 9 мм. Выпускаются датчики с различной диаграммой направленности, как симметричной (круговой), так и не симметричной (овальной).

Подключение к Arduino

Если вы планируете использовать ультразвуковой дальномер HC-SR04  с Arduino вы можете воспользоваться существующими библиотеками:

Распиновка:

  • Vcc — положительный вывод питания
  • TRIG — вход TRIG
  • ECHO — выход ECHO
  • GND — ноль питания

На выводы питания подается постоянное напряжение 5 В, потребляемый ток в рабочем режиме около 15 мА.

Вход TRIG подключается к любому выводу микроконтроллера. На этот вывод нужно подавать импульсный цифровой сигнал длительностью 10 мкс. По сигналу на входе TRIG датчик посылает ультразвуковые импульсы.

После приема отраженного сигнала, датчик формирует на выводе ECHO импульсный сигнал, длительность которого пропорционально расстоянию до преграды.

Контакты датчика можно соединить с макетной платой или Arduinoпроводами «мама-папа». А с Troyka Shield через провода «мама-мама».

Этот дальномер может служить прекрасным датчиком для робота, благодаря которому он сможет определять расстояния до объектов, объезжать препятствия, или строить карту помещения. Его можно также использовать в качестве датчика для сигнализации, срабатывающего при приближении объектов.

Технические характеристики

https://www.yourmestudio.com/rcw-0002-ultrasonic-ranging-module-p717.html

  • Напряжение питание: 5 В
  • Потребление в режиме тишины: 2 мА
  • Потребление при работе: 15 мА
  • Диапазон расстояний: 2–400 см
  • Эффективный угол наблюдения: 15°
  • Рабочий угол наблюдения: 30°

Описание продукта:

ТК T 40-16 т/r 1

  • (Tc): piezoceramics Ультразвуковой датчик

  • (T): Категория t-общность

  • (40): Центральная частота (кгц)

  • (16): наружный диаметр? (мм)

  • (T): использование режим: излучатель; r-приемник; tr-совместимость излучатель и приемник

  • (1): ID — 1,2, 3…

Тестирования цепи

  • 1 синусоидальный генератор 1 охватил сигнала Генератор
  • 2 cymometer 2 Частотомер
  • 3 стандартных динамик 3 вольтметр
  • 4 Получить модель датчика 4 излучают модель датчика
  • 5 осциллографа 5 Стандартный микрофон
  • 6 аудио частотные характеристики Дисплей прибора

Производительность продукта1). Номинальная частота (кГц): 40 кГц2). излучать звук pressureat10V (= 0.02Mpa):? 117dB3). Прием Чувствительность приемника at40KHz (дБ = v/ubar):?-65dB4). Электростатический потенциал at1KHz, <1 В (PF): 2000 +/-30%5). Диапазон обнаружения (м): 0.2 ~ 206).-6дБ угол направления: 80o7). Обшивка материал: алюминий8). Обшивка ЦВЕТ: серебристый

УСТРОЙСТВО

Пьезоэлемент

RCW-0012

Ультразвуковой датчик

Ultrasonic Ranging Module HC — SR04

РАЗРАБОТКА РОБОТА НА ОСНОВЕ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ДАЛЬНОМЕРА

Прототип мобильного робота на Arduino mega

Проекты Altera Quartus II для платы Марсоход

Ультразвуковой дальномер HC-SR04. Подключаем к Arduino.

Урок 19. Работа с ультразвуковым датчиком расстояния HC-SR04 в BASCOM-AVR

Radar проекта

Ультразвуковой дальномер HC-SR04 подключение к Arduino

HC-SR04 Дальномер ультразвуковой

Ультразвуковой датчик HC-SR04 – дальномер на микроконтроллере

https://www.alibaba.com/product-detail/HC-SR04-Ultrasonic-Module-Distance-Measuring_1898465949.html

https://www.elecfreaks.com/store/download/product/Sensor/HC-SR04/HC-SR04_Ultrasonic_Module_User_Guide.pdf

https://arduino-kit.ru/userfiles/image/HC-SR04%20_.pdf

https://robocraft.ru/blog/arduino/770.html

Ультразвуковой датчик измерения расстояния HC-SR04

The Application of PWM Capture (Data Acquisition) and Ultrasonic Sensors

Pengetahuan Dasar Таймер Untuk Pengukuran Jarak Dengan Ультразвуковой

Запуск сервопривода с помощью датчика расстояния HC-SR04 и Arduino

https://robocraft.ru/blog/electronics/772.html

Raspi-отстойника в октябре 2014 Embedded Выпуск LinuxJournal

https://www.arduino.cc/en/Tutorial/Ping

Простой искатель ультразвуковой диапазон с помощью HC-SR04

Датчик Препятствие с помощью Arduino и HCSR04

Как проверить DYP-ME007 Ультразвуковой дальномер с использованием NE555 и мультиметра

https://macduino.blogspot.ru/2013/11/HC-SR04-part1.html

Сонар для инвалидов по зрению

https://hackaday.io/project/5903/logs

https://hackaday.io/project/5903-sonar-for-the-visually-impaired/log/18329-ultrasonic-module-virtual-teardown

https://www.maxbotix.com/performance.htm

https://amperka.ru/product/ultrasonic-urm37

https://image.dfrobot.com/image/data/SEN0002/URM04V2.0Mannual1.1.pdf

https://people.ece.cornell.edu/land/courses/ece4760/FinalProjects/s2012/xz227_gm348/xz227_gm348/URM3.2_Mannual_Rev2.pdf

RCW-0012 Ультразвуковой Модуль Расстояние Измерительный Преобразователь Тест Модуля Индикации

https://www.farnell.com/datasheets/81163.pdf?_ga=1.169892256.1853603956.1478607467

https://chinaultrasound.en.alibaba.com/product/60268805778-800581237/40Khz_TCT40_16R_T_Air_Ultrasonic_Ceramic_Transducer_Ultrasonic_Sensor.html

https://ezoneda.company.weiku.com/item/SRF05-five-Pin-Ultrasonic-ranging-module-Ultrasonic-sensor-15404413.html

 

 

Использование ультразвукового дальномера

Пьезоэлектродвигатели

Пьезоэлектрический преобразователь как альтернативный источник энергииПьезоэлектрические преобразователи в ультразвуковой диагностике

Импульсные ультразвуковые сонары открытого типа

Пьезо-сенсор стука на Arduino UNO

Справочник ультразвуковых излучателей и приемников

Audiowell Electronics (Guangdong) Co, Ltd.

Pro-Wave Electronics Corporation (Тайвань)

Ultrasonic Sonar Ranging IC — PW0268

Miniature Tuning Fork Quartz Crystals

Air Ultrasonic Ceramic Transducers 320SR093

Sonar Ranging Module SRM400

400EP250 Pulse Transit Enclose Type Ultrasonic TransduceСеть магазинов «Кварц»

https://www.stroykat.by/tipyi-datchikov-rashoda-zhidkostey.html

mirrobo.ru

ИЗЛУЧАТЕЛЬ УЛЬТРАЗВУКА

   УЗ излучатель - это генератор мощных ультразвуковых волн. Как мы знаем, ультразвуковую частоту человек не слышит, но организм чувствует. Иными словами ультразвуковая частота воспринимается человеческим ухом, но определенный участок мозга, отвечающий за слух, не может расшифровать данные звуковые волны. Те, кто занимаются построением аудио систем должны знать, что высокая частота очень неприятна для нашего слуха, но если поднять частоту на еще высокий уровень (УЗ диапазон) то звук исчезнет, но на самом деле он есть. Мозг попытается безуспешно раскодировать звук, в следствии этого возникнет головная боль, тошнота, рвота, головокружение и т.п.

   Ультразвуковая частота давно применяется в самых разных областях науки и техники. При помощи ультразвука можно сваривать металл, провести стирку и многое другое. Ультразвук активно применяется для отпугивания грызунов в сельскохозяйственной технике, поскольку организм многих животных приспособлен к общению с себе подобными на УЗ диапазоне. Есть данные и про отпугивание насекомых с помощью УЗИ генераторов, многие фирмы выпускают такие электронные репелленты. А мы предлагаем вам самостоятельно собрать такой прибор, по приведённой схеме:

   Рассмотрим конструкцию достаточно простой УЗ пушки высокой мощности. Микросхема D4049 работает в качестве генератора сигналов ультразвуковой частоты, она имеет 6 логических инверторов.

Плата самодельного мощного излучателя ультразвука

   Микросхему можно заменить на отечественный аналог К561ЛН2. Регулятор 22к нужен для подстройки частоты, ее можно снижать до слышимого диапазона, если резистор 100к заменить на 22к, а конденсатор 1,5нФ заменить на 2,2-3,3нФ. Сигналы с микросхемы подаются на выходной каскад, который построен всего на 4-х биполярных транзисторах средней мощности. Выбор транзисторов не критичен, главное подобрать максимально близкие по параметрам комплементарные пары. 

Принципиальная схема самодельного мощного излучателя ультразвука

   В качестве излучателя можно использовать буквально любые ВЧ головки с мощностью от 5 ватт. Из отечественного интерьера можно использовать головки типа 5ГДВ-6, 10ГДВ-4, 10ГДВ-6. Такие ВЧ головки можно найти в акустических системах производства СССР.

В качестве излучателя можно использовать ВЧ головки

   Осталось только оформить все в корпус. Для направленности УЗ сигнала нужно использовать металлический рефлектор. 

el-shema.ru