|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Echosonda. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Dom, gospodarstwo domowe, hobby Echosonda skierowana do czytelników może służyć do określania topografii dna i pomiaru głębokości zbiorników wodnych, wyszukiwania obiektów zatopionych, a także znajdowania najbardziej obiecujących miejsc do wędkowania. Urządzenie jest bardzo łatwe w konfiguracji, proste w obsłudze i nie wymaga kalibracji. Echosonda przeznaczona jest do pomiaru głębokości zbiorników wodnych w czterech granicach: do 2,5; 5; 12,5 i 25 m. Minimalna zmierzona głębokość to 0,3 m. Błąd wskazania nie przekracza 4% górnej wartości na żadnej granicy pomiaru. Urządzenie posiada tymczasową automatyczną regulację wzmocnienia (TAG), która pozwala na zmianę jego wzmocnienia podczas każdego cyklu pomiarowego od minimum do maksimum i tym samym zwiększenie odporności na zakłócenia. Potrzeba TVG wynika z faktu, że każde promieniowanie energii akustycznej do wody prowadzi do intensywnego pogłosu, czyli wielokrotnych odbić sygnału ultradźwiękowego od dna i powierzchni wody. Dlatego na płytkich głębokościach mogą wystąpić fałszywe alarmy jednostki rejestracji sygnału echa. Dzięki VAR znacznie poprawia się działanie urządzenia przy pomiarze głębokości w zakresie 0,3...3m. Echosonda wykorzystuje liniową skalę głębokości składającą się z 26 diod LED jako wskaźnik, który może wyświetlać do czterech odbitych granic pomiaru. Okres aktualizacji informacji na wskaźniku wynosi około 0,1 s, co ułatwia śledzenie topografii dna w ruchu. Dodatkowo odporność echosondy na zakłócenia zwiększa programowy filtr impulsów, który chroni ją przed przypadkowymi zakłóceniami. Gdy filtr jest włączony, na wskaźniku wyświetlane są tylko te sygnały odbite, których wartości w okresie pomiaru (0,1 s) zmieniły się nie więcej niż o 1/50 włączonej granicy pomiaru. Urządzenie zasilane jest sześcioma elementami A316, a jego wydajność utrzymuje się przy spadku napięcia do 6 V. Pobierany prąd mieści się w przedziale 7...8 mA (bez uwzględnienia prądu płynącego przez diody - 10 mA dla każda świecąca dioda). Echosonda zapewnia możliwość szybkiego przełączania granicy pomiaru, liczby odbić odbitych, a także regulacji wydajności TVG. W razie potrzeby filtr impulsów można wyłączyć. Wartości wszystkich parametrów można przechowywać w pamięci w trybie niskiego poboru mocy („SLEEP”). W tym trybie prąd pobierany przez urządzenie wynosi około 70 μA, co praktycznie nie wpływa na żywotność baterii. Echosonda składa się z czterech funkcjonalnie kompletnych zespołów: generatora impulsów sondujących, odbiornika, jednostki sterującej oraz jednostki wskazującej (rys. 1).
Schemat ideowy generatora impulsów sondujących przedstawiono na ryc. 2.
Główny generator impulsów jest montowany na chipie DD1. Generuje impulsy o częstotliwości 600 kHz, które są następnie dzielone na dwa przez wyzwalacz na chipie DD2. Stopień buforowy jest montowany na mikroukładzie DD3, dopasowując wyzwalacz do wzmacniacza mocy wykonanego zgodnie z obwodem przeciwsobnym na tranzystorach kompozytowych VT1, VT2 i transformatorze T1. Z jego wtórnego uzwojenia oscylacje elektryczne o częstotliwości 300 kHz podawane są do emitera piezoceramicznego - czujnika BQ1 i emitowane są do otoczenia zewnętrznego w postaci pakietów ultradźwiękowych. Działanie generatora jest dozwolone, jeśli na pinach 12, 13 układu DD1 i 4, 6 układu DD2 występuje logiczny poziom zerowy. Impuls zezwalający o czasie trwania 50 µs dociera do generatora na początku każdego cyklu pomiarowego z urządzenia sterującego (rys. 3). Wszystkie sygnały niezbędne do pracy urządzenia tworzą jednoukładowy mikrokontroler DD1 (AT89S2051). W tabeli przedstawiono kody maszynowe programu sterującego znajdującego się w wewnętrznej pamięci programowej mikrokontrolera.
Sumy kontrolne zostały obliczone przy użyciu algorytmu „Radio-86RK”. Tranzystory VT1-VT4 są wyposażone w stabilizator napięcia 5 V. Charakteryzuje się małym poborem prądu - 25 μA i małym spadkiem napięcia na tranzystorze sterującym - poniżej 1 V. Tranzystor VT5 wyłącza zasilanie z odbiornika w tryb „SLEEP”, który, jak wskazano powyżej, zmniejsza zużycie prądu.
Sygnał impulsowy odbity od dołu odbierany jest w przerwie między transmisjami przez nadajnik-czujnik i podawany na wejście odbiornika (ryc. 4), gdzie jest wzmacniany przez trójstopniowy wzmacniacz rezonansowy oparty na tranzystorach VT1, VT2 , VT4-VT7, po czym jest wykrywany przez diody VD4, VD5. Przerzutnik Schmitta na tranzystorach VT8, VT9 generuje standardowe poziomy logiczne. Diody VD1, VD2 chronią wejście odbiornika przed przeciążeniem. Tranzystor VT3 pełni funkcje elementu sterującego VAG, który zmienia wzmocnienie kaskady na tranzystorach VT1, VT2 w szerokim zakresie.
Kształt napięcia sterującego na kondensatorze C1 przy maksymalnej wydajności TVG pokazano na ryc. 5.
Czas ładowania kondensatora jest określony stałą czasową obwodu R2C1, a dolny poziom napięcia jest określony przez rezystancję rezystora R4 i czas trwania impulsu rozładowania z urządzenia sterującego, który może wynosić od 0 do 1,25 SM. W związku z tym zmienia się również wydajność TVG, co pozwala szybko dostosować czułość echosondy do określonych warunków pracy. Z kolektora VT9 wygenerowany odbity impuls jest podawany na wyjście P3.2 mikrokontrolera DD1 urządzenia sterującego w celu dalszego przetwarzania. Schemat wyświetlacza pokazano na ryc. 6. Jest to 32-bitowy rejestr przesuwny na czterech mikroukładach DD1-DD4 (K561IR2) z wtórnikami emiterów na wyjściu.
Rezystory R1-R30 ustawiają prąd 10 mA przez diody LED HL1-HL30. Przy takim prądzie wskaźnik jest dobrze widoczny przy każdej pogodzie. Ostatnie dwa bity układu DD4 nie są używane. Diody LED HL1-HL26 tworzą główną skalę wskaźnika, a HL27-HL30 wskazują granicę pomiaru, liczbę wyświetlanych odbić oraz włączenie filtru szumów impulsowych. Ich rozmieszczenie na płycie czołowej pokazano na rys. 7.
Na płycie czołowej znajdują się również przyciski SB1-SB4 (patrz rys. 1), za ich pomocą można szybko zmieniać tryby pracy echosondy. Konstrukcja ultradźwiękowego emitera-czujnika jest przedstawiona na ryc. 8. Jest to okrągła płyta 1 o średnicy 31 mm i grubości 6 mm wykonana z ceramiki piezoceramicznej TsTS-19 o częstotliwości rezonansowej 300 kHz. Trzy kawałki drutu MGTF-0,1 są przylutowane do posrebrzanych płaszczyzn płytki stopem Wood's. Punkty lutownicze powinny znajdować się na krawędzi płytki i równomiernie rozmieszczone na jej obwodzie.
Czujnik jest montowany w aluminiowej misce 3 z kondensatora tlenkowego o średnicy około 40 i długości 30...40 mm. Na środku dna szyby wiercony jest otwór na złączkę 5, przez który wchodzi elastyczny kabel koncentryczny 6 o długości 1 ... 2,5 m, łączący czujnik z echosondą. Płytka czujnika jest przyklejona do krążka z miękkiej mikroporowatej gumy 2 o grubości 5...10 mm i średnicy równej średnicy płytki. Konkluzje przylutowane do elementu piezoelektrycznego są składane w wiązkę tak, aby jej oś pokrywała się z osią elementu piezoelektrycznego. Podczas instalacji oplot kabla jest lutowany do kształtki, przewód centralny - do zacisków okładziny czujnika przyklejony do gumowej tarczy, wyprowadzenia drugiej okładziny - do oplotu kabla. Stojaki technologiczne 4 ustalają położenie płyty tak, aby jej powierzchnia była zagłębiona w szkle 2 mm poniżej jej krawędzi. Szkło jest mocowane ściśle pionowo i wylewane do krawędzi za pomocą żywicy epoksydowej. W takim przypadku musisz upewnić się, że nie ma w nim pęcherzyków powietrza. W echosondzie zastosowano często używane części. Cewka L1 generatora jest nawinięta na ramę o średnicy 5 mm za pomocą trymera 1000НН. Zawiera 110 zwojów drutu PEV 0,12. Transformator T1 jest wykonany na pierścieniowym obwodzie magnetycznym K16x8x6 mm z ferrytu M1000NM. Uzwojenie pierwotne jest nawinięte na dwa druty i zawiera 2x20, wtórne - 150 zwojów drutu PEV 0,21. Pomiędzy uzwojeniami układana jest warstwa lakierowanej tkaniny. Cewki odbiornika nawinięte są na ramki z obwodów IF (465 kHz) odbiorników kieszonkowych. Cewki pętlowe L1, L3, L5 zawierają po 90 zwojów, a cewki komunikacyjne L2 i L4 zawierają po 10 zwojów drutu PEV 0,12. Można również skorzystać z gotowych układów IF z odbiorników kieszonkowych z lat 70. i 80., dobierając kondensatory tak, aby uzyskać częstotliwość rezonansową 300 kHz. Kondensatory C1, C2 generatora i C5, C9, C13 odbiornika muszą mieć mały TKE (nie gorszy niż M75), na przykład odpowiednie są kondensatory KSO-G, KM-5, KM-6. Kondensator C1 odbiornika - K73-17. Diody sygnalizacyjne HL1-HL30 o czerwonym blasku o prostokątnym kształcie, na przykład KIPM01B-1K. Tranzystory polowe VT2, VT4 stabilizatora (patrz ryc. 3) - KP303, KP307 z dowolnym indeksem literowym, ale z napięciem odcięcia nie większym niż 2 V. Mikrokontroler AT89C2051 można zastąpić AT89C51 lub 87C51. W takim przypadku konieczne jest uwzględnienie różnic w numeracji wniosków. Krajowym odpowiednikiem 87C51 jest KR1830BE751. Zastosowanie mikrokontrolera KR1830BE31 z zewnętrzną pamięcią programu jest niepraktyczne, ponieważ znacznie zwiększy to pobór prądu i wymiary urządzenia. Z wewnętrzną strukturą i systemem poleceń mikrokontrolera można zapoznać się szczegółowo w [1]. Nie ma specjalnych wymagań dla pozostałych szczegółów. Wszystkie jednostki sonarowe mogą być montowane na jednej lub kilku płytkach drukowanych, których wymiary i konfiguracja zależą od wymiarów dostępnej obudowy, a także zastosowanych części. Pożądane jest zamontowanie odbiornika na osobnej płytce "w linii" i umieszczenie go w obudowie jak najdalej od urządzenia sterującego. Aby zmniejszyć nagrzewanie od bezpośredniego światła słonecznego, obudowa powinna być lekka. Ustanowienie echosondy rozpoczyna się od instalacji +5 V na wyjściu stabilizatora urządzenia sterującego napięciem.Odbywa się to za pomocą rezystora R5. W takim przypadku układ DD1 należy wyjąć z gniazda. Po zainstalowaniu mikrokontrolera na miejscu należy upewnić się, że urządzenie sterujące i wyświetlacz działają. Po włączeniu zasilania na wskaźniku powinna zapalić się jedna z diod wagi dodatkowej (HL27-HL30), wskazując granicę pomiaru. Naciskając przyciski SB2 „Up” i SB3 „Down”, można przełączać granice pomiaru. Jednokrotne naciśnięcie przycisku SB4 „Select” przełącza urządzenie w tryb ustawiania liczby odbić odbitych. Podobnie, naciskając przyciski SB2 i SB3, można zmienić tę liczbę z 1 na 4, co sygnalizowane jest miganiem diody na skali granicznej. Kolejne naciśnięcie przycisku SB4 włącza tryb ustawiania stopnia VAGC, który jest również regulowany przyciskami SB2 lub SB3 i jest sygnalizowany miganiem diody na głównej skali głębokości. Ponowne naciśnięcie przycisku SB4 umożliwia również wyłączenie lub włączenie filtra szumów tętna za pomocą odpowiednio przycisków SB2 i SB3. Ostatecznie czwarte naciśnięcie przycisku SB4 przywraca urządzenie do głównego trybu przełączania limitów. We wszystkich trybach odbite impulsy (jeśli występują) będą wyświetlane na wskaźniku głębokości, a jeśli głębokość jest większa niż ustawiony limit, ostatnia dioda wskaźnika głębokości - HL26 - będzie migać w trybie głównym. Aby zapamiętać wybrane tryby, naciśnij i przytrzymaj przycisk SB4 przez około 2 s. Następnie wskaźnik gaśnie, a urządzenie przechodzi w tryb niskiego zużycia energii „SLEEP”. Wyjście z tego trybu następuje po naciśnięciu przycisku SB1 „Reset”. Jeśli jednak naciśniesz SB1 w trybie pracy, wszystkie parametry zostaną zresetowane do pierwotnego stanu zapisanego w pamięci ROM. Po upewnieniu się, że mikrokontroler działa prawidłowo, przystępują do konfiguracji generatora impulsów sondujących. Najpierw musisz użyć oscyloskopu, aby upewnić się, że na styku P50 mikrokontrolera występuje impuls ujemny o czasie trwania 100 μs i okresie 1.0 ms. Następnie oscyloskop jest podłączony równolegle do emitera-czujnika i obserwowane są generowane impulsy sondujące. Ich amplituda może dochodzić do 100 V. Opuszczając emiter do naczynia z wodą o głębokości co najmniej 40 cm, można również obserwować odbite impulsy. Obracając trymerem cewki L1, należy dostroić generator do częstotliwości rezonansowej emitera, skupiając się na maksymalnej amplitudzie odbitych impulsów. Amplituda pierwszego z nich może sięgać 5...10 V. Amplituda impulsu sondującego jest praktycznie niezależna od częstotliwości. Ustanowienie odbiornika rozpoczyna się od ustawienia trybów tranzystora dla prądu stałego zgodnie z tymi wskazanymi na schemacie obwodu. Czynność tę należy wykonać przy wyjętym mikrokontrolerze z gniazda. W razie potrzeby tryby można regulować za pomocą rezystorów dzielnika w obwodzie tranzystora bazowego. Następnie musisz dostroić obwody rezonansowe do częstotliwości generatora. Aby to zrobić, emiter umieszczony w powietrzu umieszcza się w odległości 15 ... 20 cm od jakiejkolwiek przeszkody i za pomocą oscyloskopu obwody są regulowane zgodnie z maksymalną amplitudą impulsów na kolektorach VT1, VT4, VT6. W takim przypadku należy wziąć pod uwagę, że charakterystyka promieniowania emitera w powietrzu jest bardzo wąska. Podczas dostrajania należy zwiększyć skuteczność TVG lub zwiększyć odległość do przeszkody, aby uniknąć przesterowania sygnału. Na koniec kontury są korygowane przez obserwację sygnału za detektorem na styku elementów R21, C17, C18. Wreszcie, podłączając oscyloskop do kolektora tranzystora VT9, rezystor trymera R22 ustawia próg wyzwalania Schmitta, osiągając maksymalną czułość i brak fałszywych alarmów. Czułość odbiornika wynosi około 15 μV. Pracą TVG steruje się obserwując przebieg napięcia na kondensatorze C1 odbiornika. W razie potrzeby można to zmienić, wybierając wartości elementów R4 i C1. Teorię i praktykę pomiaru głębokości zbiorników wodnych echosondą ultradźwiękową można znaleźć w poniższej literaturze [2-7]. literatura
Autor: I. Chlyupin, Dolgoprudny, obwód moskiewski
Pułapka powietrzna na owady
01.05.2024 Zagrożenie śmieciami kosmicznymi dla ziemskiego pola magnetycznego
01.05.2024 Zestalanie substancji sypkich
30.04.2024
▪ Telefon surfuje po internecie ▪ Organizmy wielokomórkowe się zestarzały
▪ sekcja witryny Rzeczy szpiegowskie. Wybór artykułów ▪ artykuł Jak bezprawna kometa w kręgu obliczonych luminarzy. Popularne wyrażenie ▪ artykuł Jakie zwierzęta mogą umrzeć z powodu wzrostu własnych kłów? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Przechowywanie maszyn rolniczych. Standardowe instrukcje dotyczące ochrony pracy ▪ artykuł Elektroniczna huśtawka. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki ▪ artykuł Wskaźnik napięcia LED. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony