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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 음향 측심기. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
무선 전자 및 전기 공학 백과사전 / 가정, 가정, 취미 독자의 관심을 끌기 위해 제공되는 에코 사운 더는 바닥 지형을 결정하고 수역의 깊이를 측정하고 침몰 한 물체를 검색하고 가장 유망한 낚시 장소를 찾는 데 사용할 수 있습니다. 이 장치는 설정이 매우 쉽고 사용하기 쉬우며 보정이 필요하지 않습니다. 에코 사운더는 다음 네 가지 한계 내에서 수심의 깊이를 측정하도록 설계되었습니다. 최대 2,5; 5; 12,5 및 25m 최소 측정 깊이는 0,3m이며 표시 오류는 측정 한계에서 상한 값의 4%를 초과하지 않습니다. 이 장치에는 임시 자동 이득 제어(TAG)가 있어 각 측정 주기 동안 이득을 최소에서 최대로 변경하여 잡음 내성을 높일 수 있습니다. TVG의 필요성은 음향 에너지가 물에 방사되면 강렬한 잔향, 즉 물의 바닥과 표면에서 초음파 신호가 다중 반사된다는 사실 때문입니다. 따라서 얕은 수심에서는 에코 신호 등록 장치의 잘못된 경보가 발생할 수 있습니다. VAR 덕분에 0,3 ~ 3m 범위의 깊이를 측정할 때 장치 작동이 크게 향상되었습니다. 에코 사운더는 26개의 LED로 구성된 선형 깊이 눈금을 표시기로 사용하여 최대 0,1개의 반사 측정 한계를 표시할 수 있습니다. 지표 정보의 업데이트 주기는 약 0,1초로, 이동하면서 해저 지형을 쉽게 추적할 수 있습니다. 또한 무작위 잡음으로부터 보호하는 소프트웨어 임펄스 필터로 에코 사운더의 잡음 내성이 향상됩니다. 필터가 활성화되면 측정 기간(1초) 동안 값이 활성화된 측정 한계의 50/316 이하로 변경된 반사 신호만 표시기에 표시됩니다. 이 장치는 6개의 A7 요소로 전원이 공급되며 전압이 8V로 떨어지면 성능이 유지됩니다. 소비되는 전류는 10 ~ XNUMXmA 범위입니다(LED를 통과하는 전류를 고려하지 않은 경우 - XNUMXmA의 경우). 각 점등 LED). 에코 사운더는 측정 한계, 반사 반사 수를 신속하게 전환하고 TVG 효율성을 조정할 수 있는 가능성을 제공합니다. 필요한 경우 임펄스 필터를 비활성화할 수 있습니다. 모든 매개변수의 값은 저전력 모드("SLEEP")에서 메모리에 저장할 수 있습니다. 이 모드에서 장치가 소비하는 전류는 약 70μA이며 실제로 배터리 수명에 영향을 미치지 않습니다. 에코 사운더는 프로빙 펄스 발생기, 수신기, 제어 장치 및 표시 장치의 1가지 기능적으로 완전한 장치로 구성됩니다(그림 XNUMX).
프로빙 펄스 발생기의 개략도는 Fig. 2.
마스터 펄스 발생기는 DD1 칩에 조립됩니다. 600kHz 주파수의 펄스를 생성한 다음 DD2 칩의 트리거에 의해 3개로 나뉩니다. 버퍼 스테이지는 DD1 마이크로 회로에 조립되어 복합 트랜지스터 VT2, VT1 및 변압기 T300의 푸시 풀 회로에 따라 만들어진 전력 증폭기와 트리거를 일치시킵니다. 1차 권선에서 주파수가 12kHz인 전기 진동이 압전 세라믹 방출기(센서 BQ13)에 공급되고 초음파 패키지 형태로 외부 환경으로 방출됩니다. DD1 칩의 핀 4, 6과 DD2 칩의 핀 XNUMX, XNUMX에 로직 제로 레벨이 있으면 생성기 작동이 허용됩니다. 50 µs 기간의 활성화 펄스는 제어 장치에서 각 측정 주기가 시작될 때 생성기에 도달합니다(그림 3). 장치 작동에 필요한 모든 신호는 단일 칩 마이크로 컨트롤러 DD1(AT89S2051)을 형성합니다. 마이크로 컨트롤러의 내부 프로그램 메모리에 있는 제어 프로그램의 기계 코드가 표에 나와 있습니다.
체크섬은 "Radio-86RK" 알고리즘을 사용하여 계산되었습니다. 트랜지스터 VT1-VT4에는 5V의 전압 안정기가 장착되어 있습니다. 특징적인 특징은 25μA의 작은 전류 소비와 1V 미만의 제어 트랜지스터 양단의 작은 전압 강하입니다. VT5 트랜지스터는 수신기에서 전원을 끕니다. 더 높게 표시된 "SLEEP" 모드는 전류 소비를 줄입니다.
바닥에서 반사 된 펄스 신호는 이미 터 센서의 전송 간격으로 수신되어 수신기의 입력으로 공급됩니다 (그림 4). 트랜지스터 VT1, VT2를 기반으로 한 4 단계 공진 증폭기에 의해 증폭됩니다. , VT7-VT4, 그 후 다이오드 VD5, VD8에 의해 감지됩니다. 트랜지스터 VT9, VT1의 슈미트 트리거는 표준 논리 레벨을 생성합니다. 다이오드 VD2, VD3는 수신기 입력을 과부하로부터 보호합니다. 트랜지스터 VT1은 넓은 범위에 걸쳐 트랜지스터 VT2, VTXNUMX의 캐스케이드 이득을 변경하는 제어 요소 VAG의 기능을 수행합니다.
TVG의 최대 효율에서 커패시터 C1의 제어 전압 모양은 그림 5에 나와 있습니다. XNUMX.
커패시터 충전 기간은 R2C1 회로의 시정 수에 의해 결정되며 낮은 전압 레벨은 저항 R4의 저항과 제어 장치의 방전 펄스 지속 시간에 의해 결정되며 0에서 1,25까지 다양합니다. ms. 이에 따라 TVG의 효율성도 변경되어 특정 작동 조건에 대해 에코 사운더의 감도를 신속하게 조정할 수 있습니다. 수집기 VT9에서 생성된 반사 펄스는 추가 처리를 위해 제어 장치의 마이크로 컨트롤러 DD3.2의 출력 P1로 공급됩니다. 디스플레이 장치의 다이어그램은 Fig. 6. 출력에 이미 터 추종자가있는 32 개의 마이크로 회로 DD1-DD4 (K561IR2)의 XNUMX 비트 시프트 레지스터입니다.
저항 R1-R30은 LED HL10-HL1을 통해 30mA의 전류를 설정합니다. 이 전류로 어떤 날씨에도 표시기가 명확하게 보입니다. DD4 칩의 마지막 두 비트는 사용되지 않습니다. LED HL1-HL26은 표시기의 기본 눈금을 형성하고 HL27-HL30은 측정 한계, 표시된 반사 수 및 펄스 노이즈 필터 포함을 나타냅니다. 전면 패널에서의 배치는 그림 7에 나와 있습니다. XNUMX.
버튼 SB1-SB4(그림 1 참조)도 전면 패널에 표시되며 도움을 받아 에코 사운더의 작동 모드를 빠르게 변경합니다. 초음파 이미터 센서의 설계는 그림 8에 설명되어 있습니다. 1. 공진주파수 31kHz의 압전세라믹 TsTS-6로 만든 직경 19mm, 두께 300mm의 원형판 0,1이다. 세 조각의 MGTF-XNUMX 와이어가 우드 합금으로 플레이트의 은도금된 평면에 납땜됩니다. 솔더 포인트는 플레이트의 가장자리에 위치해야 하며 그 둘레에 균일한 간격을 두어야 합니다.
센서는 직경이 약 3이고 길이가 40...30mm인 산화물 커패시터로 알루미늄 컵 40에 조립됩니다. 유리 바닥 중앙에는 피팅 5를 위한 구멍이 뚫려 있으며, 이 구멍을 통해 6 1 ... 2,5m 길이의 유연한 동축 케이블이 들어가 센서와 에코 사운더를 연결합니다. 센서 판은 두께가 2...5mm이고 직경이 판의 직경과 같은 부드러운 미세 다공성 고무 디스크(10)에 접착됩니다. 압전 소자에 납땜 된 결론은 축이 압전 소자의 축과 일치하도록 번들로 조립됩니다. 설치하는 동안 케이블 브레이드는 피팅, 중앙 도체-고무 디스크에 접착 된 센서 라이닝의 단자, 다른 라이닝의 리드-케이블 브레이드에 납땜됩니다. 기술 랙 4는 판의 위치를 고정하여 판의 표면이 가장자리 아래 2mm 유리 속으로 깊숙이 들어가도록 합니다. 유리는 엄격하게 수직으로 고정되고 에폭시로 가장자리에 부어집니다. 이 경우 기포가 없는지 확인해야합니다. 측심기는 일반적으로 사용되는 부품을 사용합니다. 발전기의 코일 L1은 트리머 5НН로 직경 1000mm의 프레임에 감겨 있습니다. 여기에는 PEV 110 와이어 0,12회가 포함되어 있습니다. 변압기 T1은 M16NM 페라이트의 환형 자기 회로 K8x6x1000mm에서 만들어집니다. 2차 권선은 20개의 와이어로 감겨 있으며 150x0,21, 465차 - PEV 1 와이어의 3턴을 포함합니다. 권선 사이에 니스 칠한 천 층이 놓여 있습니다. 수신기 코일은 포켓 수신기의 IF 회로(5kHz)의 프레임에 감겨 있습니다. 루프 코일 L90, L2, L4는 각각 10을 포함하고, 통신 코일 L0,12 및 L70는 각각 PEV 와이어 80의 300권을 포함합니다. XNUMX년대와 XNUMX년대 포켓 수신기의 기성 IF 회로를 사용하여 커패시터를 선택하여 XNUMXkHz의 공진 주파수를 얻을 수도 있습니다. 발전기의 커패시터 C1, C2와 수신기의 C5, C9, C13에는 작은 TKE(M75보다 나쁘지 않음)가 있어야 합니다. 예를 들어 커패시터 KSO-G, KM-5, KM-6이 적합합니다. 수신기의 커패시터 C1 - K73-17. 예를 들어 KIPM1B-30K와 같은 직사각형 모양의 빨간색 발광 표시기 LED HL01-HL1. 스태빌라이저의 전계 효과 트랜지스터 VT2, VT4 (그림 3 참조) - 문자 색인이있는 KP303, KP307이지만 차단 전압은 2V 이하입니다. AT89C2051 마이크로 컨트롤러는 AT89C51 또는 87C51로 교체 할 수 있습니다. 이 경우 결론 번호 매기기의 차이를 고려할 필요가 있습니다. 87C51의 국내 아날로그는 KR1830BE751입니다. 외부 프로그램 메모리와 함께 KR1830BE31 마이크로컨트롤러를 사용하는 것은 전류 소비와 장치 크기를 크게 증가시키기 때문에 비실용적입니다. 마이크로컨트롤러의 내부 구조와 명령 시스템은 [1]에서 자세히 알 수 있습니다. 나머지 세부 사항에 대한 특별한 요구 사항은 없습니다. 모든 소나 장치는 하나 이상의 인쇄 회로 기판에 장착할 수 있으며 그 치수와 구성은 사용 가능한 하우징의 치수와 사용된 부품에 따라 결정됩니다. 수신기를 "일렬로" 별도의 보드에 장착하고 제어 장치에서 가능한 한 케이스에 배치하는 것이 바람직합니다. 직사광선으로 인한 발열을 줄이려면 케이스가 가벼워야 합니다. 에코 사운 더의 설정은 전압 제어 장치의 안정기 출력에 +5V를 설치하는 것으로 시작되며 저항 R5를 사용하여 수행됩니다. 이 경우 소켓에서 DD1 칩을 제거해야 합니다. 마이크로 컨트롤러를 제자리에 설치한 후 제어 장치와 디스플레이 장치가 작동하는지 확인해야 합니다. 전원을 켠 후 추가 저울(HL27-HL30)의 LED 중 하나가 표시기에 켜져 측정 한계를 나타냅니다. SB2 "Up" 및 SB3 "Down" 버튼을 눌러 측정 한계를 전환할 수 있습니다. SB4 "선택" 버튼을 한 번 누르면 장치가 반사 반사 수를 설정하는 모드로 전환됩니다. 마찬가지로 SB2 및 SB3 버튼을 눌러 이 숫자를 1에서 4로 변경할 수 있으며 이는 한계 눈금에서 깜박이는 LED로 표시됩니다. 다음에 SB4 버튼을 누르면 VAGC 정도 설정 모드가 활성화됩니다. 이 모드는 SB2 또는 SB3 버튼으로도 조절되며 기본 수심 눈금에서 깜박이는 LED로 표시됩니다. SB4 버튼을 다시 누르면 SB2 및 SB3 버튼을 각각 사용하여 펄스 노이즈 필터를 끄거나 켤 수도 있습니다. 마지막으로 SB4 버튼을 네 번째로 누르면 장치가 제한 전환의 기본 모드로 돌아갑니다. 모든 모드에서 반사된 펄스(있는 경우)가 수심 표시기에 표시되고 수심이 설정된 한계보다 크면 마지막 수심 표시기 LED(HL26)가 기본 모드에서 깜박입니다. 선택한 모드를 기억하려면 SB4 버튼을 약 2초 동안 누르십시오. 그런 다음 표시등이 꺼지고 장치가 "SLEEP" 저전력 모드로 들어갑니다. SB1 "재설정" 버튼을 누르면 이 모드가 종료됩니다. 그러나 동작 모드에서 SB1을 누르면 모든 파라미터가 ROM에 기록된 원래 상태로 재설정됩니다. 마이크로컨트롤러가 제대로 작동하는지 확인한 후 프로빙 펄스 발생기 설정을 진행합니다. 먼저 오실로스코프를 사용하여 마이크로컨트롤러의 P50 핀에서 100ms 주기로 1.0μs 주기의 네거티브 펄스가 있는지 확인해야 합니다. 그런 다음 오실로스코프를 이미 터 센서에 병렬로 연결하고 생성된 프로빙 펄스를 관찰합니다. 진폭은 100V에 달할 수 있습니다. 이미터를 최소 40cm 깊이의 물이 담긴 용기로 낮추면 반사된 펄스도 관찰할 수 있습니다. 코일 트리머 L1을 회전시켜 반사 펄스의 최대 진폭에 초점을 맞춰 생성기를 이미 터의 공진 주파수로 조정해야 합니다. 그 중 첫 번째 진폭은 5...10V에 도달할 수 있습니다. 프로빙 펄스의 진폭은 실질적으로 주파수와 무관합니다. 수신기 설정은 회로도에 표시된 내용에 따라 직류에 대한 트랜지스터 모드를 설정하는 것으로 시작됩니다. 이 작업은 소켓에서 마이크로컨트롤러를 제거한 상태에서 수행해야 합니다. 필요한 경우 기본 트랜지스터 회로의 분할 저항으로 모드를 조정할 수 있습니다. 그런 다음 공진 회로를 발전기 주파수에 맞춰야 합니다. 이를 위해 공중에 위치한 이미 터는 장애물에서 15 ~ 20cm 떨어진 곳에 배치하고 오실로스코프를 사용하여 수집기 VT1, VT4의 펄스의 최대 진폭에 따라 회로를 조정합니다. VT6. 이 경우 공기 중에서 이미터의 방사 패턴이 매우 좁다는 점을 고려해야 합니다. 조정할 때 신호 클리핑을 방지하기 위해 TVG의 효율성을 높이거나 장애물까지의 거리를 늘려야 합니다. 마지막으로 요소 R21, C17, C18의 교차점에서 검출기 뒤의 신호를 관찰하여 윤곽을 조정합니다. 마지막으로 오실로스코프를 VT9 트랜지스터의 콜렉터에 연결하면 트리머 저항 R22가 슈미트 트리거 임계값을 설정하여 최대 감도를 달성하고 가양성이 없습니다. 수신기의 감도는 약 15μV입니다. TVG의 작업은 수신기 커패시터 C1의 전압 파형을 관찰하여 제어됩니다. 필요한 경우 요소 R4 및 C1의 값을 선택하여 변경할 수 있습니다. 초음파 측심기로 수심을 측정하는 이론과 실제는 아래 문헌[2-7]에서 찾아볼 수 있다. 문학
저자: I. Khlyupin, Dolgoprudny, 모스크바 지역
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