Главная » Хабрахабр » Делаем простую гидроакустическую антенну из мусора

Делаем простую гидроакустическую антенну из мусора

Привет, глубокоуважаемые!

Значит кто-то из вас недорабатывает! (С) Полковник одного ведомства

Этот краткий туториал призван устранить мою давнишнюю недоработку — давно нужно было рассказать любителям, как сделать самый простой и дешевый гидрофон и передающую гидроакустическую антенну, если при прочтении этих слов в душе у вас что-то всколыхнулось — просим под кат!
В одной из предыдущих статей мы рассказывали как можно просто передавать «видео» звуком через воду, мы привели даже исходный текст и я подробно описал как и почему это работает, но не снабдил людей самым главным для проверки — инструкцией, как самому быстро без регистрации и смс сделать простейшие антенны чтобы звук в воду излучить и чтобы звук из воды принять.

Если в обычной жизни для излучения звука мы используем динамики (такие, как например у вас в ноутбуке или автомобиле) а для записи звука — микрофон, то спешу вас обрадовать: под водой и воспроизведение (мы говорим “излучение”) и запись звука (преобразование) выполняются зачастую одним и тем же устройством, которое и называется гидроакустической антенной.

пьезоэффектом: если подавать на элемент переменный электрический сигнал, то элемент начинает колебаться, а если элемент колебать, ну например, акустической волной, то на нем начинает вырабатываться переменный электрический сигнал. В подавляющем большинстве случаев гидроакустическая антенна представляет собой один или несколько пьезоэлементов: пластин, дисков, колец, сфер, полусфер и т.п.
Пьезоэлементы обладают т.н.

То есть, пьезоэлемент преобразует электрический сигнал в акустические волны (механические колебания) и наоборот — акустические волны в электрический сигнал.

Давайте не будем терять времени и сделаем пару гидроакустических антенн. Как говорится: теория без практики мертва!

Материалы, которые нам понадобятся:

  • пара пьезопищалок Ф35мм (мы купили 10 штук за 100 рублей на Алиэксперссе)
  • 10-ти метровый отрезок кабеля RG-174
  • два коннектора Jack 3.5 мм стерео
  • медная/латунная/нержавеющая пластина шириной 50х100 мм толщиной 1-2 мм
  • эпоксидный клей
  • силиконовый герметик (безуксусный)
  • припой и флюс
  • спирт для обезжиривания и протирки IP-пакетов
  • два любых резистора с номиналами ~100 Ом и другой 470 — 1000 кОм (мы взяли MF25 0.25 Вт)
  • два диода 1N4934

Инструменты:

  • дрель и сверла Ф3 и 2.5 мм (чтобы сверлить медную пластику)
  • ножовка по металлу или дремель (чтобы пилить медную пластину)
  • наждачная бумага 200-600 грит (чтобы зачистить медную пластину)
  • нож, кусачки (для зачистки проводов)
  • паяльник или паяльная станция
  • стоматологическая лопатка для разравнивания герметика

Просто так подключать пьезоэлемент к звуковой карте, ноутбуку или планшету нельзя — во-первых, пьезоэлемент может накапливать достаточно большой заряд, который может повредить электронику при подключении, а во-вторых, при подключении к линейному или микрофонному входу звуковой карты нужно защитить входной каскад входа, т.к. опять же, пьезоэлемент может выдавать сигнал с достаточно большим напряжением при сильном механическом воздействии.

5 — 1 МОм (R1). Для того, чтобы неподключенная антенна не накапливала заряд ей в параллель ставится резистор номиналом 0.

В качестве диодов можно взять 1N4934, а резисторы R1, R2 мы взяли MF25 номиналом 470 кОм. В приемной антенне, для ограничения максимального напряжения можно собрать простейший пороговый ограничитель из диодов D1, D2 и резистора 100 Ом (R2). 1… 1 uF, иначе питание, подаваемое звуковой картой на электретный микрофон окажется коротко замкнуто через диод D1. Обратите внимание, если планируется подключать приемную антенну в микрофонный вход (а не в линейный), то дополнительно потребуется конденсатор C1 номиналом 0.

Это, во-первых, понизит резонансную частоту пьезоэлемента (добавили неподрессоренную массу), а во-вторых, будучи приклеенной одной стороной к жесткой металлической пластине пьезоэлемент не сможет сжиматься и растягиваться и ему придется изгибаться.
Нехитрая схема подключения пьезы

Сами пьезоэлементы нужно приклеить на металлические пластины при помощи эпоксидки.


Размечаем металлическую пластину по размеру пьезоэлемента

Мы выпилили две квадратные пластины 50 х 50 мм и просверлили отверстия под кабель (диаметром 3 мм) и два отверстия для крепления кабеля при помощи тонкой нейлоновой нити, получилось вот так:


Почти собранная антенна =)

Мы от купленного 10-ти метрового куска кабеля отрезали два куска по 3 метра, остальное оставили про запас.

В параллель, как договаривались, припаиваем резистор номиналом 470 кОм. Кабель заводим в отверстие, центральную его жилу припаиваем к металлизации пьезоэлемента, а экран — к его металлической подложке.

Другой конец кабеля зачищаем и собираем разъем:

Я всегда забываю надеть корпус разъема на кабель и мне приходится все перепаивать по два раза — не повторяйте моей ошибки) Центральную жилу запаиваем в центральный контакт (самый кончик разъема), средний оставляем нетронутым, а корпус разъема припаиваем к оплетке кабеля.

Если этого не сделать, то со временем он разъест пайку. После пайки очень важно отмыть флюс — особенно на пьезоэлементе.

Теперь самое время замешивать эпоксидку и одевать латексные перчатки. Итак, мы подготовили две антенны (на одной из них стоит пороговый ограничитель).

Ни к коем случае не используйте для этих целей что-либо другое — бензин или керосин — эти вещества оставляют жирные следы, ухудшающие адгезию. Перед приклейкой пьезоэлементов к медным пластинам и то и другое стоит тщательно обезжирить спиртом (этиловым или изопропиловым) или ацетоном.

Не пренебрегайте правилами техники безопасности! Стоит напомнить, что все работы со спиртами, ацетоном и эпоксидкой нужно проводить в хорошо провертриваемом пощещении, защищать руки и глаза.


Наносим эпоксидку

Пропитываем нейлоновую нить, крепящую кабель к пластине.


Продолжаем наносить эпоксидку

Не перебарщиваем — эпоксидка не должна попасть на верхнюю часть, иначе при полимеризации она может разрушить тонкий слой пьезокерамики, плюс ко всему эпоксидка портится в воде. Для приклейки пьезоэлемента к пластине достаточно совсем немного эпоксидного клея.

В итоге должно получиться примерно так:

Пьезоэлементы приклеены, оставляем все до полной полимеризации

Мы например, так и сделали — оставили наши антенны до следующего дня. Обычно эпоксидные клеи полностью полимеризуются за 24 часа.

….ждем 24 часа

Если включить музыку и поднести нашу антенну к уху то можно убедится, что как минимум слышимый диапазон частот она воспроизводит совсем неплохо — есть даже намек на басы — так повлияла медная подложка. Придя в лабораторию утром мы первым делом подключили первую антенну (без порогового ограничителя) в разъем наушников ноутбука.

Чтобы исправить это недоразумение антенну нужно повторно обезжирить и покрыть тонким слоем герметика. Понятно дело, что в таком виде это уже акустическая передающая антенна, но еще все же не гидроакустическая.

Важное замечание: не применяйте ацетатсодержащий санитарный герметик, содержащаяся в нем уксусная кислота разъест пайку, кабель и металлизацию пьезоэлемента.

Если у кого уже есть в наличии вместо герметика можно воспользоваться отличными полиуретановыми компаундами от фирмы Smooth-On или 3M — так гораздо более технологично и модно. Мы рекомендуем жидкую резину от KimTek, предназначенную для лодок и катеров.


Cиликоновый герметик на основе MS-полимера отлично подходит для наших целей

Для удобства мы сначала заполняем герметиком медицинский одноразовый шприц, и уже из него наносим герметик на пьезоэлемент и паяные соединения:


Начинаем наносить герметик, стараемся чтобы не было воздушных пузырей

В итоге у нас получилось так: После нанесения герметика разравниваем его стоматологической лопаткой или кому чем удобно (можно даже пальцем).


Эстетическое совершенство =)

Достаточно слоя толщиной 1 мм. Не стоит делать слой герметика слишком толстым — антенна потеряет чувствительность. Тщательно защищаем герметиком места пайки, резисторы и диоды.

Можно покрыть герметиком и обратную сторону пластины — на одной антенне мы так и сделали, а на другой не стали.

Если перенести резисторы и диоды ближе к кабелю, то пьезоэлемент намазывать герметиком будет гораздо удобнее и слой получится ровнее.

После завершения скульпторской работы опять оставляем антенны на 24 часа.

Давайте посчитаем чего нам стоили эти две антенны:

2 Пьезопищалки Ф35 мм — 20 руб
10 метров кабеля RG-174 — 300 руб
2 Коннектора Jack 3.5 mm — 70 руб
медная пластина 100х50х1 мм — 120 руб
Итого: 510 рублей

Правда, если брать в расчет стоимость эпоксидного клея, обезжиривателя и особенно силиконового герметика, 500 мл которого стоят 900 руб итоговые затраты оказываются немного больше.

P.S.

Собственно, теперь смело можно передавать видео звуком через воду. Моя совесть чиста)

P.P.S.

С удовольствием примем обоснованную критику и вопросы по существу, если тема вам интересна — дайте нам знать, это очень мотивирует в том числе на новые статьи.


Оставить комментарий

Ваш email нигде не будет показан
Обязательные для заполнения поля помечены *

*

x

Ещё Hi-Tech Интересное!

Теория счастья. Случайности неслучайны

Продолжаю знакомить читателей Хабра с главами из своей книжки «Теория счастья» с подзаголовком «Математические основы законов подлости». Это ещё не изданная научно-популярная книжка, очень неформально рассказывающая о том, как математика позволяет с новой степенью осознанности взглянуть на мир и жизнь ...

Снежинки в стилистике StarWars своими руками (upd. 2018)

Для изготовления снежинок вам потребуется: Файл со схемой.2. 1. Ножницы.4. Принтер (думаю лазерный будет предпочтительней).3. Бумага.5. Скальпель.5. Лично мое мнение — при печати на стандартной офисной бумаге плотностью 80г/м2 становится не очень удобно вырезать (все-таки при складывании бумаги получается толстый ...