船用回声深度探测声纳


在下面: 超声波电路
过去,测深(海底测量)是用“子弹”完成的,即用沉重的铅制物体将海员从校准的绳索上吊入海中。一旦“子弹”到达底部,深度就直接从绳索的校准中出现。这种布置在某些游艇中仍然存在。这种方法的最大缺点是只能在停止位置或非常低的速度下使用,而且对于深度测量也不容易。我们将要构造的电子声纳没有这些缺点,它的指示可以与其他导航仪一起在驾驶舱内完成。它本质上是一个声纳系统,可测量从发出超声波脉冲到接收到来自底部的反射之间的时间量。

单击此处下载上述电路的完整尺寸。

电子声纳的通常布置是由一个超声波发射器组成,该发射器发出一个短的150-200kHz超声波脉冲。该脉冲在底部反射,并且其回声被水听器检测到。水听器将回声转换为电信号,该电信号用于通过同心校准盘上的电动机照亮以固定频率移动的小的霓虹灯。因此,霓虹灯照亮对应于所测量深度的细分区域。

由于超声波发射发生在灯从零通过的那一刻,因此光盘的刻度校准会直接指示深度。经验丰富的海员仍然可以从光亮的方式了解海床的类型。例如,沙质底部会引起短暂的瞥见,岩石会产生较长的模糊闪烁,而软质底部会导致在模糊的基础上更长时间的闪烁。

我们的结构带有数字标牌,不幸的是,该标牌没有提供有关底部类型的任何详细信息。但是它较小,可以更准确地指示深度。

如功能图所示,它很容易构建。一个有趣的简化是,变送器和水听器被嵌入同一外壳中。收发器连接到IC9(美国国家半导体的LM 1812)。

声纳电路

超声波脉冲传播的距离是水深的两倍。由于水中的平均声速为1500 m / s(在20°C和2%的盐含量下),因此双向深度覆盖所需的时间(例如7.5m)为10ms。因此,如果IC1的计时器频率为750Hz,并记录了10ms的脉冲到达,则发声为7.5m。但是,由于显示仅代表整数,因此显示为7m。为了获得更精确的读数,时钟频率可以为7500Hz,因此测深将精确到十分之一米。

显示,内存和成像驱动器包含在IC1中。收到回声后,显示屏将接收来自IC9的停止脉冲。然后,显示信息进入内存,并最终显示在七段LED中。

然后,新的测量周期从零周期脉冲开始,每200ms产生IC5。最多可以计数1500次。这意味着该电路可用于深度达1500十分之一米(即150米)的深度。复位信号执行其他两项功能,开始脉冲传输,并通过MMV4和FF2激活警报。如果在回波检测时MMV4的输出电平为逻辑1,则FF2的输出宣布存在“浅”。警报阈值通过P1从1m调整到10m。

当在一定时间内没有回波检测(由P2设置)时,单稳态MMV3将关闭显示器。当没有收到回声时,LED D2保持熄灭。在更改MMV2之前,显示一直有效。收到回声后,D2立即开始闪烁。

值得更仔细地研究IC9。这是设备的心脏。下图显示了IC9的各个步骤以及必要的外围元件。

当IC5每200ms提供0.5s的脉冲持续时间时,IC9引脚8会激活内置调制器并生成脉冲以传输超声波(在我们的情况下为200kHz)。调制器和第二高频放大器(hf)共享协调电路L1 / C14。在广播中,此电路连接到调制器,而接收器连接到放大器。这样可以确保广播和接收中的调谐频率相同。该频率的绝对值不是特别关键。

输出级放大200 kHz脉冲信号,并通过晶体管驱动器T8和线圈L2驱动超声波发射器。L2,分布式发射电容和C22形成200kHz的调谐电路。

在发射脉冲之间的间隔中,检测并评估回波。它被应用到第一个高频放大器(hf),然后通过P4施加到第二个放大器hf,第二个放大器hf现在连接到协调的L1 / C14。电位器可调节声纳灵敏度。选择放大器的输出驱动一个电平检测器,该检测器对高于一定电平的信号做出反应。接收信号中存在的噪声脉冲通过脉冲中继器和积分检测器的组合被丢弃。如果脉冲串被打断,则脉冲中继器检测器将接收到的回声判断为偶发,并使C15积分电容器放电。

如果接收到的脉冲非常短(例如,噪声脉冲),则C15不会完全充电,并且脉冲会被随机拒绝。但是,如果脉冲转发器检测器达到真回波脉冲,则驱动成像。如果保护电路工作时间过长,则会使其停止运行。这是通过从驱动信号对C19充电来实现的:当C19充电时,它将运行内置在IC中的晶体管。

C9确保在脉冲传输之后立即减小第二hf的放大率,以使传输元件的任何振荡都不会回波。因此,最小可测深度约为2m。如果此限制不可接受,则可能会降低C9值。请注意,在这种情况下,必须降低设备的灵敏度。

施工组装

最有趣的结构是发送/接收元件的安装。下图提出了一些解决方案。

重要的是,沿着容器垂直于可想象的线放置并且也垂直于对应于容器的宽度的可想象的线放置。如上面的diargam所示,可能最终需要将发射/接收元件放置在适配器盒中。如果船体是玻璃纤维,则整个设备都可以放置在船体内部。电池的连接电缆与电路的其余部分不得捆绑到其他电缆上,以免受到噪声脉冲的影响,噪声脉冲会降低电路的工作性能。注意:不要缩短发送/接收元件的电缆!如果您已经有这样的物品。您不必购买新的,因为您几乎可以确定它可以与Sonar电路配合使用。

VDO Echo Soynder Modis 120(以200 kHz运行),Sacece,Euroromarine,Seafarer(均以150 kHz运行)具有难以区分的发送/接收元素。您会在大多数船舶电气/电子设备商店中找到这些物品。

与放置发射/接收元件的困难相比,电路板上的电路板结构是儿童玩具。L2线圈必须用手缠绕,但可以购买L1。三位数显示在第二块板上。

将稳压器及其致冷器通过合适的绝缘体放置在铜面上,或者在经过适当绝缘后放置在盒子的其中一壁上。在两块板之间,必须插入一块金属板进行屏蔽。带有相同符号的两块板的触点必须相互连接。

注意:接地线与带有CL的板不在同一侧。

必须将同一板上的DS触点桥接在地面上,并且DP必须连接到+ 5V。

盒子可以是塑料或金属的,但不能渗透。电位器,开关,LED和插座的轴在安装过程中必须防水。红色显示窗口应使用防水胶粘在盒子中。不要忘记12±2V的连接。必须在将板子放入盒中之前进行设置。

设定值

首先设置P4,以使接收机达到最大灵敏度。然后将发射/接收元件垂直放置在反射表面的0.5m以内。如果该物品已经放置在其永久位置,则在其前面0.5m处放置一个反射面(船不在水中!!)。然后设置L1的核心,直到显示屏显示2.3m。这是因为水中的声音仅以其在海上的速度的0.217传播。由于空中的目标距离为0.5m,因此海中的等效距离为0.5m / 0.217 = 2.3m。

然后改变发射/接收元件和反射表面之间的距离。空气中的变化为0.5m-1.5m,对应于海洋中的深度变化为23-6.8m。图示应显示距离的变化。如果不是这样,则需要调整L1内核以实现真正的最大灵敏度。

如果您有示波器,则设置会有所简化。警告,因为如果您同时触摸IC9的两个引脚上的振荡器端子。您将需要一个新的IC9。

将示波器探头连接到IC9引脚1,并使示波器与IC9引脚3信号同步。然后将L1的核心设置为最大回波幅度。发射脉冲后几毫秒可见。

显示器工作时的声纳电流消耗约为200mA,在12V时平均为40mA。

最后的一些细节

线圈L2是手工制作的。它被包裹在直径约18mm高11mm的合适芯中。次级绕组L2b的电感必须使得形成L2b的电路的谐振频率,分布式发射/接收透射率和C22与相同的发射/接收元件频率相同。

该频率由以下关系式给出:f = 1 /2πx L x C,其中f是以Hz为单位的谐振频率,L是H处的电感,C是F中的总容量。

反转的术语,L = 1 /4π 2 XF 2,和对于f = 200kHz的,C = 3N2我们有L2b的= 198μH。

根据关系N = L2b / Ls计算相应的匝数N。其中Ls是铁氧体磁芯的比电感。例如,如果Ls = 250nH,则匝数变为28。

如果线圈比为1:9,则L2a必须绕3圈。

如果使用具有不同特殊电感值的铁氧体磁芯,则当然应该重新生成上述计算。匝数比可以保持在1:9。相应地,如果使用不同的发送/接收元件,则必须重新计算L2电感。

:另外,如果频率不200千赫,C14必须由重新计算C14 = 1 /4π 2 XF 2 X L1,其中f是新的频率和L1 =630μH。

触发“浅”警报的深度由以下关系确定:深度(m)= 9 x 10 6 x(P1 + R16 + R17)其中R16,R17和P1的单位为Ω。

如果发射/接收元件不在容器的最深处,则测量元件位置与龙骨深处之间的距离Dk(深度差)。

将4098(IC6)替换为4538。使C9 12n并与R13串联连接一个电阻Rk,该电阻的值根据关系式Dk = 9 x 10 6 x(Rk + 10 4计算得出,其中Dk为m,n Rk为in Ω。

因此,Rk =(10 6 Dk / 9)-10 4

例如,Dk = 1.5m Rk = 157k。此后,显示器将显示海底到船只最深处的距离,而不是到发射/接收元件的位置。

注意:设置P1时,应考虑Dk。

主PCB的组件

电阻
R9 = 10M
R10,R14,R21,R22 = 1k
R11 = 11k
R12 = 470k
R13,R15,R17-R20,R25 = 10k
R16,R23 = 100k
R24 = 1M
R26,R27,R28,R31 = 5k6
R29,R30 =100Ω
R32 =10Ω
R33 =5Ω6
P1 = 1M线性电位
P2 = 1M预先设定
P3 = 100k的可调
P4 = 5K,线性电位计

电容器
C4 = 10p
C5 = 22p
C6 = 560p
C7 = 10n
C8,C12,C16,C26 = 100n
C9,C10,C14,C17 = 1n(参见C14的文字)。
C11 =10μ/ 16V
C13 = 12n MKT
C15,C18 = 220n
C19 = 680n
C20 = 2n2
C21 = 150p(400V)
C22 = 1n5(400V)(参见文本)
C23 =220μ/ 25V
C24 = 470m / 16V
C25 =100μ/ 16伏

半导体
D1,D3 = 1N4148
D2 = LED
T5,T7 = BC547B
T6 = BC160
T8 = BD140
IC3 = 4060
IC4 = 40102
IC5 = 555
IC6 = 4098(或4538,参见文本)
IC7 = 4538
LCMS = 4013
IC9 = LM1812(National半导体)

线圈
L1 =630μH= YAN60033(Toko)
L2 =参见文本

其他
S1,S2,SPST锁定
X1 =石英晶体6MHz
传感器150 kHz或200 kHz

PCB显示器组件

电阻
R1-R7 =22ΩR8
=82Ω

电容器
C1 =10μ/ 10V钽
C2a = 470m / 16V
C3 = 100n

半导体
DP2-DP4 = 7760(D)
T2-T4 = BC140
IC1 = 74C928
IC2 = 7805

其他

IC2散热器(5°C / W)请注意你要保存的内容,粘贴到此文本框

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