[Halfback 0]

Всем доброго дня.

Хочу попробовать кое что смастерить по гидроакустике, сделать свой простенький сонарчик )))

Есть керамическая пъезопластина на резонанс 2,4 МГц, с али.

Вопрос - каким образом с нее можно получить ультразвуковой импульс определенной длительности на резонансной частоте? А если надо получить ЛЧМ на 2.4МГЦ +/- 400кГц ?

Измеряемая дальность - десятки сантиметров. 

Как это вообще работает? К пьезопластине припаяно 2 провода. Какое воздействие надо подать что получить то что мне нужно?

 

Изменено 27 мая, 2022 пользователем Halfback

[vladec 7]

27.05.2022 в 14:46, Halfback сказал:

А если надо получить ЛЧМ на 2.4МГЦ +/- 400кГц ?

Пьезоэлектрика хорошо работает на резонансных частотах, представляется, что при таких расстройках она работать хорошо не будет.

В плане элементной базы посмотрите у Микрочипа -- https://ww1.microchip.com/downloads/aemDocuments/documents/OTH/ProductDocuments/DataSheets/20005570A.pdf

Есть еще чипсеты для газо/водосчетчиков, например, у Тексаса: TDC1000, TDC7200, они правда с маломощным передающим выходом, но можно попробовать добавить туда высоковольтный МОП-драйвер затворов нижнего плеча или что то подобное.

[Halfback 0]

7 минут назад, vladec сказал:

Пьезоэлектрика хорошо работает на резонансных частотах, представляется, что при таких расстройках она работать хорошо не будет.

спасибо что откликнулись. Я понимаю что на границах полосы резонанса будут завалы.

Мне пока не понятно какой сигнал подавать на пьезопластину. По Вашей ссылке микрочиповский драйвер высоковольтных импульсов. Хотелось бы увидеть временные диаграммы отклика ультразвуковой пьезопластины на импульс/импульсы. Я планирую научиться генерировать импульс вполне определенной длительности, желательно без остаточных затуханий и т.п. Хотелось бы еще понять можно ли на пьезопластине сгенерировать ультразвук с изменяющейся на 180 градусов фазой. Я к тому что может на высоковольтных импульсах этого не получиться сделать, а понадобиться ЦАП, ФНЧ и что-то вроде звукового усилителя но на мегагерцы.

[vladec 7]

Только что, Halfback сказал:

Я к тому что может на высоковольтных импульсах этого не получиться сделать, а понадобиться ЦАП, ФНЧ и что-то вроде звукового усилителя но на мегагерцы.

Ну тогда посмотрите в сторону чипсета от Тексаса TDC1000, TDC7200. https://www.ti.com/product/TDC1000-Q1?keyMatch=&tisearch=search-everything&usecase=partmatches

И вообще здесь: https://www.ti.com/sensors/specialty-sensors/ultrasonic/overview.html

 

[k155la3 26]

35 minutes ago, Halfback said:

. . . Я планирую научиться генерировать импульс вполне определенной длительности, желательно без остаточных затуханий и т.п. Хотелось бы еще понять можно ли на пьезопластине сгенерировать ультразвук с изменяющейся на 180 градусов фазой. . . .

Насчет фазы. Изменить "электрическую" фазу вполне возможно. Но Вы скорее всего имеете ввиду "фазу" волны в среде распространения (это, насколько можно предположить - вода). В "среду" волна попадает от УЗ излучателя, который предсталяет механико-электрическую систему, с большим кол-вом параметров, один из которых - масса. В двух словах, как я себе это представляю. Как механический маятник, находящийся в положении-фазе 0 мгновенно переместить в положение-фазу 180. Явно за 1 период это сделать не получиться. Ладно, это на передачу. На прием нужно работать с очень ослабленным сигналом, который должен свой фазой воздействовать на приемник (приемник-излучатель). Если не за один период - это эквивалентно частотной модуляции. Реальнее узкополосная ЛЧМ. IMHO

[jcxz 184]

3 часа назад, Halfback сказал:

Я планирую научиться генерировать импульс вполне определенной длительности, желательно без остаточных затуханий и т.п. Хотелось бы еще понять можно ли на пьезопластине сгенерировать ультразвук с изменяющейся на 180 градусов фазой. Я к тому что может на высоковольтных импульсах этого не получиться сделать

А зачем всё это для гидролокации? Зачем ЛЧМ? И фазу зачем поворачивать?  

Имхо: Генерировать нужно колебательным контуром, в который включена пьезопластина. Для раскачки этого контура нужен генератор высоковольтных импульсов. Для генерации одной сканирующей посылки, генератор должен подать на контур пачку из N импульсов (например: N=3). Частота импульсов = частоте резонанса пластины. Напряжение импульсов >=100 вольт. Эти N импульсов излучаются наружу и затем генератор отключается, а колебательному контуру резко занижается добротность - делается гашение его остаточных колебаний. Совсем без остаточных колебаний обойтись не удастся - это же резонансный контур.

Далее - пластина переходит в режим вынужденных колебаний от пришедшего эха. Здесь к ней подключается приёмный узел, измеряющий её колебания от принимаемого эха, добротность колебательного контура повышается.

Через время T весь процесс повторяется: приёмный узел отключается, новая посылка с генератора и т.д. T - период сканирующих посылок локатора.

Чем больше число N - тем легче раскачивать пластину (меньшая амплитуда импульсов генератора нужна), но и тем меньше разрешение сканирования. От длительности гашения остаточных колебаний пластины и скорости переключения на приём будет зависеть минимальное расстояние, до объекта, от которого эхо может быть принято.

Это вариант работы с единственной пластиной, которая работает и на передачу и на приём. Может быть вариант с двумя пластинами: одна передающая, другая - приёмная (естественно - с одинаковыми резонансными частотами).

По крайней мере так работали те схемы УЗ-сканеров, которые я видел (пьезопластины на 3-7МГц).

 

PS: А девиации частоты +-400кГц - это имхо вообще невозможно с пьезопластинами.

[Plain 168]

Чтобы сделать кристалл приёмопередающим, к нему требуется добавить механический демпфер, чтобы колебания к приходу отражения были практически полностью задавлены.

 

Для приёма в общем случае нужен регулируемый МШУ, а ЦАП и синус скорее для опытов, потому что разницу едва ли получится увидеть в сравнении с однополярным прямоугольником тока или напряжения, и супердрайверы необязательны, можно работать через трансформатор тока или напряжения.

[Halfback 0]

Есть желание использовать один пьезодиск как на прием так и на передачу. Вот интересно крепить пьезодиск с учетом обеспечения механического демпфера (как выше изложил г-н Plain , для уменьшения остаточных колебаний) - так вот видел в некоторых иностранных подводных проборах: пьезодиск диаметром ~15мм залит/запрессован на самом краю некоего цилиндра диаметром ~20мм длиной ~40мм, вещество из которого сделан цилиндр на ощуп напоминает оргстекло. Что это мб за материал? Может какой-то хитрый компаунд? 

[Plain 168]

Любой вязкий материал, ПВХ изолента, например.

[Сергей Борщ 119]

2 часа назад, Halfback сказал:

демпфера (как выше изложил г-н Plain

Буржуйские микросхемы имеют в своем составе электронный демпфер, если я правильно понял, о чем идет речь.  Я не могу, в свете текущих событий, предложить вам использовать MAX14813, но посмотреть его описание, полагаю, будет не лишним - может быть почерпнете из него что-нибудь полезное.