ЭХОЛОТ

May 7, 2010 by admin Комментировать »

В. Тимофеев

Предлагаемый читателям эхолот отличается от описан­ных ранее (например, в журнале «Радио» № 12, 1973 г. и № 10, 1981 г.) большей глубиной измерения и наличием только одного источника питания. Для приема отражен­ных от дна водоема сигналов используется отдельный пьезопреобразователь, что позволяет упростить принципиаль­ную схему эхолота и значительно облегчить его налажи­вание.

clip_image002

Рис. 1. Структурная схема эхолота

clip_image004clip_image006

Рис. 2. Принципиальная схема эхолота

Прибор позволяет измерять глубины от 0,5 до 50 м с погрешностью, не превышающей 3…5 %. Диапазон из­мерений разбит на два поддиапазона: до 10 и до 50 м. На каждом из поддиапазонов имеется возможность провер­ки функционирования прибора по внутреннему генерато­ру сдвинутых импульсов, имитирующих заданные глуби­ны. Питание эхолота осуществляется от источника с на­пряжением 9 В, потребляемый ток не превышает 80 мА.

Структурная схема эхолота изображена на рис. 1. Так­товый генератор 1 запускает формирователь 2 зондирую­щих импульсов, генератор 3 парных импульсов и генера­тор 4 сдвинутых импульсов. Зондирующие импульсы подаются на излучатель BQ, с помощью которого преобра­зуются в акустический сигнал, распространяющийся в сто­рону дна водоема. Парные импульсы используются для Установки триггера 5 в единичное состояние. Триггер 5 устанавливается в нулевое состояние выходным сигналом приемного тракта, образованного микрофоном ВМ, прини­мающим отраженный от дна водоема акустический сигнал, усилителем 6 радиоимпульсов и детектором 7. В выходном напряжении усилителя 6 помимо отраженного от дна во­доема сигнала будет присутствовать импульс, обусловлен­ный влиянием наводок передающего тракта на приемный. Наведенный импульс имеет более сложную форму, чем зон­дирующий, и большую длительность. Его передний фронт несколько запаздывает по отношению к фронту зондиру­ющего импульса. Поэтому он возвращает триггер в нуле­вое состояние сразу же после того, как тот был установлен в единичное состояние первым парным импульсом. Второй парный импульс снова устанавливает триггер в единичное состояние, а отраженный от дна эхосигнал возвращает в нулевое.

Таким образом, в течение каждого такта триггер 5 дваж­ды устанавливается в каждое из состояний, а на его выходе будут иметь место два импульса. Первый из них имеет по­стоянную длительность, которая определяется временным интервалом между фронтами первого парного и наведен­ного импульсов. Длительность второго будет пропорци­ональна измеряемой глубине за вычетом постоянного рас­стояния, которое акустический сигнал проходит в воде за время, равное интервалу между парными импульсами. Воз­врат триггера в нулевое состояние наведенным импульсом приводит к возникновению систематической погрешности измерений, которая впоследствии легко может быть ском­пенсирована, поскольку является постоянной на обоих диапазонах. Индикатор 8 измеряет среднее значение на­пряжения триггера, пропорциональное измеряемой глубине.

Генератор сдвинутых импульсов дает возможность ими­тировать импульсы, отраженные с глубин 10 и 40 м. Он под­ключается к входу установки нуля триггера в режиме про­верки функционирования прибора и его калибровки. В этом режиме эхосигнал в приемном тракте должен отсутствовать, что достигается соответствующей ориентацией блока из­лучатель — микрофон. В рабочем режиме этот генератор от входа триггера отключается.

Принципиальная схема эхолота изображена на рис. 2, а диаграммы напряжений — на рис. 3. Тактовым генера­тором является автоколебательный мультивибратор DA1-Его выходное напряжение через контакты переключате­ля SA1.1 подается на одновибраторы DA2 и DA4, а также на дифференцирующую цепочку C10R9 (и диод VD1). Пе-Риод колебаний мультивибратора равен 66,7 мс, а длитель­ности несимметричных полупериодов — 13,3 и 53,4 мс соответственно, что достигается подбором емкостей конден­саторов С1 и С2. Если переключатель диапазонов SA1.2 установлен в положении «10 м», то на входы одновибрато-ров и дифференцирующую цепочку с вывода 8 микросхе­мы DA1 подается напряжение, в котором отрицательный полупериод имеет длительность 13,3 мс (рис. 3, диаграм­ма Г1). Одновибраторы запускаются отрицательным пе­репадом входного напряжения, а сформированный диффе­ренцирующей цепочкой короткий положительный импульс будет задержан по отношению к началу такта на 13,3 мс, что равно времени распространения акустического сигна­ла до глубины 10 м и обратно. На диапазоне «50 м» входное напряжение на одновибраторы и дифференцирующую це­почку подается с вывода 14 микросхемы DA1. В этом слу­чае отрицательный полупериод имеет длительность 53,4 мс, а сформированный дифференцирующей цепочкой импульс будет задержан на время, равное приходу эхосигнала с глубины 40 м.

clip_image008

Рис. 3. Диаграммы напряжений

Формирователь зондирующих импульсов состоит из сд-новибратора DA2 и генератора радиоимпульсов заполне­ния с усилителем мощности, выполненных на микросхеме ВАЗ. Одновибратор DA2 формирует положительный импульс (рис. 3, диаграмма Г2), длительность которого т определяет время работы генератора радиоимпульсов. Не­обходимую длительность % устанавливают подбором ем­костей конденсаторов СЗ и С4. Генератор радиоимпульсов выполнен на одном из транзисторов микросхемы DA3 (вы­воды 9, 10, 11). Частота генерации fген определяется ин­дуктивностью первичной обмотки трансформатора Т1 и емкостью шунтирующего ее конденсатора Сб.

Необходимые значения т и fген определяются геометри­ческими размерами применяемых пьезоэлементов и свой­ствами материала, из которого они изготовлены. Для ис­пользования в данном приборе пригодны пьезоэлементы из керамики на основе титаната бария или цирконата-ти-таната свинца (ЦТС-19, ЦТС-23) в виде дисков с диамет­ром 25…35 мм и толщиной 8…15 мм, поляризованные в продольном направлении. Частота основного резонанса продольных колебаний свободных дисков определяется формулой

clip_image010

где б — толщина диска, м; Е — модуль упругости пьезо-керамики, Н/м2; р — плотность пьезокерамики, кг/м3.

Для титаната бария Е — 1,1 1011 Н/м2, р — 5,5 X X 103 кг/м3, а для керамик ЦТС-19 и ЦТС-23 Е = 0,72 х 1011 Н/м2, р – 7,3 103 кг/м3.

Так как пьезоэлементы в процессе изготовления излу­чателя и микрофона устанавливаются на резиновых под­ложках и заливаются эпоксидной смолой, то значения ре­зонансных частот могут снизиться на 20…30 %. Это не­обходимо учесть при настройке генератора зондирующих импульсов, определив действительное значение резонанс­ной частоты изготовленных излучателя и микрофона экс­периментальным путем. Для удовлетворительной работы приемного тракта необходимо, чтобы эхосигнал содержал не менее 12…15 высокочастотных колебаний. Таким об­разом, длительность зондирующего радиоимпульса т мо­жет быть определена из условия: г — (12…15)/fрез.д, где fрез.д — действительное значение резонансной частоты из­лучателя и микрофона. Исходя из сказанного, можно ожи­дать, что действительные значения резонансных час­тот будут находиться в пределах от 70 до 220 кГц, а длительности зондирующих импульсов — от 70 до 280 мкс.

Усилитель мощности выполнен на двух транзисторах микросхемы DA3 (выводы 3, 4, 5 и 6, 7, 8) по обычной двух­тактной схеме. Резисторы R5 и RS, шунтирующие вторич­ные обмотки трансформаторов 77 и Т2, служат для умень­шения времени спада радиоимпульса. Выходное напряже­ние генератора зондирующих импульсов (рис. 3, диаграмма ГЗ) должно иметь амплитуду не менее50 В. Через разъем XI оно подается на излучатель BQ.

clip_image012

clip_image014

Рис. 4. Печатная плата эхолота: о — печатный монтаж; б — расположение элементов

Генератор парных импульсов содержит одновибратор DA4, две дифференцирующие цепочки C13R10 и C14R11, а также усилитель видеоимпульсов, выполненный на од­ном из транзисторов микросхемы DA5 (выводы 9, 10, 11). В дифференцирующие цепочки включены диоды VD2 и VD3 для ограничения импульсов отрицательной полярности. Положительные импульсы на выходах цепочек будут сдви­нуты относительно друг друга на время, равное длитель­ности импульса одновибратора, поскольку цепочки под­ключены к его разнополярным выходам (выводы 5, 10). Усилитель видеоимпульсов является одновременно и сме­сителем выходных импульсов дифференцирующих цепо­чек. На диаграмме Г4 показан один из выходных импуль­сов одновибратора DA4, а на диаграмме Г5 — парные им-пульсы с выхода видеоусилителя.

Генератор сдвинутых импульсов содержит дифферен­цирующую цепочку C10R9 и усилитель видеоимпульсов, выполненный на втором транзисторе микросхемы DA5 (вы­воды 6, 7, 8). Этот усилитель является одновременно и вы­ходным усилителем приемного тракта. Выходные импуль­сы дифференцирующей цепочки подаются на вход видео­усилителя через контакты переключателей SA1, SB1 и конденсатор СП.

Приемный тракт образован микрофоном ВМ, усили­телем радиоимпульсов VT1 — VT4, детектором VD5 и ви­деоусилителем на микросхеме DA5. Усилитель радиоим­пульсов состоит из одного широкополосного дроссельного каскада VT1 и трех узкополосных резонансных. Межкас­кадные связи в усилителе радиоимпульсов емкостные. Детек­тор выполнен по однополупериодной схеме. Выходные напря­жения каскадов усилителя радиоимпульсов представлены на диаграмме Г8 — ПО, а выходные напряжения всего тракта — на диаграмме Г6.

На единичный вход триггера DD1 (выводы 7, 8) в тече­ние каждого такта подаются два импульса (парные импуль­сы). По входу установки нуля (выводы 2, 4) триггер может управляться одним или двумя импульсами. В зависимости от этого триггер может работать в двух режимах, что ил­люстрируется двумя диаграммами Г7. Если триггер уп­равляется не только наведенным импульсом, который всег­да присутствует в выходном сигнале приемного тракта, но и эхосигналом, то в течение такта в каждое из состояний триггер устанавливается по два раза. Работа триггера не изменится, если вместо эхосигнала использовать один из сдвинутых импульсов. В этих случаях выходное показание проградуированного индикатора будет соответствовать ре­альной или имитированной глубине. В отсутствие эхосиг­нала и имитирующего импульса в каждое из состояний в течение такта триггер устанавливается только по одному разу: наведенным сигналом и вторым парным импульсом, а выходное показание индикатора будет равно максималь­но измеряемой глубине, т. е. 50 м.

clip_image016

Рис. 5. Печатная плата дроссельного усилителя

Выходное напряжение на индикатор снимается с вы­вода 1, который обычно является инверсным выходом тригге­ра. Резисторы R18, R7 и R8 служат для установки необходимых сил токов индикатора РА1 на соответствующих диапазонах измерений. На отрицательную клемму инди­катора подается напряжение смещения с делителя R21, R22. Оно предназначено для компенсации систематичес­кой погрешности, возникающей за счет возврата триггера в нулевое состояние наведенным импульсом, а также из-за отличия от нуля выходного напряжения триггера в том случае, когда он находится в нулевом состоянии. Для пре-дхгвращения дрожания стрелки индикатора используется конденсатор С9. С помощью индикатора осуществляется также контроль напряжения питания эхолота. Напряже­ние источника питания GB1 подается на индикатор через добавочный резистор R20.

clip_image018

Рис. 6. Внешний вид эхолота

Напряжение питания части узлов прибора стабилизи­ровано с помощью параметрического стабилизатора VD4.

Монтаж прибора выполнен на плате из фольгированно-го с одной стороны стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Пе­чатный монтаж и расположение элементов на плате пока­заны на рис. 4. Первый каскад усилителя радиоимпульсов смонтирован на плате из двустороннего фольгирован-ного стеклотекстолита толщиной 2…3 мм (рис. 5), на ко­торый также устанавливаются излучатель и микрофон.

Фольга на второй стороне этой платы не травится для луч-шего экранирования блока излучатель — микрофон. Раз­меры платы даны в предположении, что излучатель и мик­рофон изготовлены с использованием пьезоэлектрических дисков диаметром 30 мм. При использовании других дис­ков размеры платы следует пропорционально уменьшить или увеличить.

В конструкции эхолота использованы сле­дующие радиодетали. По­стоянные резисторы — М ЛТ, переменные R7 и R8 — СПО-1, подстроечный рези­стор R21 — СПЗ-б. По­лярные электролитические конденсаторы — К50-6 и К50-9 на напряжение 10 В.

Конденсаторы C1, C2 — К76-П1 или К76-2; конденсаторы С5, С6, С25, С29 СЗЗ — ПМ-2 или ФТ-2; остальные — КМ-5 или КМ-6. Переклю­чатель SA1 — галетный на 3 положения и 4 направления, SB1 — кнопочный с фиксацией, SA2 — микротумблер MTl Трансформаторы и дроссели выполнены на тороидальных сердечниках из феррита 1000НМ или 1000НН. Трансфор­матор Т2 намотан на сердечнике К17.5 X 8, 2×5, а для изго­товления остальных моточных изделий пригодны сердеч­ники К10 X 6 X 4,5 или К12 X 8 X 3. Трансформатор T1 имеет в первичной обмотке 80 витков с отводом от 60 вит­ка, а во вторичной — по 5 витков в каждой секции. Тран­сформатор Т2 в каждой секции первичной обмотки имеет по 30 витков, а вторичная имеет 160 витков. Трансформа­тор ТЗ имеет в первичной обмотке 60, а во вторичной 90 вит­ков. Дроссели LI, L2, L3 одинаковые и имеют по 100 вит­ков каждый. Все моточные изделия выполнены проводом ПЭВ-2 диаметром 0,16 мм. Разъем XI — четырехштырь-ковый из серии 2РМ или РС4. В качестве источника пита­ния используются два элемента 3336Л или 6 элементов 373. Индикатором может служить практически любой микро­амперметр с током полного отклонения 50 или 100 мкА. На нем следует изготовить две равномерные шкалы в соот­ветствии с диапазонами измерения и нанести отметку кон­троля питания. Прибор выполнен в металлическом корпусе размером 240 X 160 X 70 мм (рис. 6). На переднюю панель выведены индикатор РА1, коммутационные устройства, резисторы R7, R8 и разъем XI. Резистор R20 и конденса­тор С9 монтируются на переключателе SA1.

clip_image020

Рис. 7. Конструкция блока излу­чатель — микрофон

Излучатель BQ, микрофон ВМ и первый каскад уси­лителя радиоимпульсов выполнены в виде отдельного бло­ка, соединенного с эхолотом кабелем. Конструкция этого блока (рис. 7) обеспечивает электрическую и акустическую изоляцию микрофона от излучателя. Блок изготавливают следующим образомг. К каждой из сторон двух одинаковых пьезозлементов 1, взятых из одной партии, с необходимы­ми предосторожностями припаивают по три отрезка провода МГТФ-0,1 или 0,14 длиной по 60 мм. Места паек должны быть у края пьезоэлемента и располагаться по окружнос­ти равномерно. Клеем «88» или «Момент» к каждому пье-зоэлементу приклеивают по шайбе 2, изготовленной из мик­ропористой резины. Диаметр шайб равен диаметру пъезо-элементов, а толщина — 5…8 мм. После высыхания клея припаянные к пьезоэлементам выводы собирают в косу на стороне резиновой шайбы и связывают тонкими хлопчато­бумажными нитками. Ось косы должна совпадать с осью пьезоэлемента. Припой в местах паек на свободной стороне пьезоэлементов, которая будет являться рабочей, должен иметь одинаковую высоту. Следует проконтролировать это с помощью щупа и при необходимости снять излишки при­поя надфилем или наждачной бумагой. Пьезоэлементы с шайбами заливают эпоксидной смолой в цилиндрических стаканах, согнутых из полос алюминия толщиной 1 мм. Внутренний диаметр стаканов должен быть на 3…4 мм больше диаметра пьезоэлементов, а высота на 4…5 мм больше высоты пъезоэлементов вместе с шайбами. Перед заливкой внутренние поверхности стаканов следует сма­зать машинным маслом для предотвращения приклеива­ния стаканов, а наружные поверхности пьезоэлементов обезжирить. Заливку осуществляют на ровном основании, положив на него лист органического стекла. На стекло устанавливают стаканы, фиксируя их положение пласти­лином. Пластилин предотвращает также вытекание смолы. В каждый из стаканов на треть их высоты наливают при­готовленную эпоксидную смолу и в нее погружают пьезо­элементы с шайбами, ориентируя их положение относи­тельно стаканов. Затем добавляют смолу до заполнения стаканов, от которых после затвердения смолы освобожда­ются. Изготовленные таким образом цилиндры обеспечи­вают полную герметичность пьезоэлементов и обладают практически одинаковыми резонансными свойствами.

Из латуни толщиной 1,6 мм изготавливают защитные ста­каны 3, высота которых на 10… 12 мм больше высоты за­литых цилиндров. Внутренняя поверхность этих стаканов оклеивается вакуумной резиной 4 толщиной 1,5 или 2 мм. Внутренний диаметр обрезиненных стаканов должен быть на 2…3 мм больше диаметра залитых цилиндров. В об­резиненных стаканах выполняют по одному отверстию диа­метром 8 мм, через которые происходит вытеснение воз­духа при погружении блока в воду. Отверстия выполня­ются на таком уровне, чтобы пьезоэлементы полностью находились в воде. Затем к нижней стороне платы 6 при­клеивают шайбы 5, имеющие отверстия в центрах и изго­товленные из вакуумной резины толщиной 3…4 мм. Их диаметр должен быть равен внутреннему диаметру об­резиненных стаканов. К шайбам приклеивают залитые ци­линдры, пропуская выводы пьезоэлементов через отвер­стия в шайбах и плате. Приклейку шайб и цилиндров осу­ществляют на ровном основании с использованием при­жимных грузов, что обеспечивает параллельность рабо­чих поверхностей излучателя и микрофона. После высы­хания клея на плату 6 устанавливают обрезиненные за­щитные стаканы, припаивая их по периметру. После этого производят распайку выводов излучателя и микрофона, монтируют элементы усилителя VT1 (на рис. 7 этот уси­литель обозначен позицией 7) и припаивают проводники кабеля 8. На плате 6 не имеется отверстий для установки радиоэлементов. Их монтаж осуществляется на контакт­ных площадках. Последующая заливка этой стороны пла­ты эпоксидной смолой обеспечит необходимую фиксацию проводников и радиоэлементов. Выводы, припаянные к рабочей стороне пьезоэлементов, следует соединить с кор­пусной контактной площадкой. Сигнальными являются выводы, припаянные к той стороне, к которой приклеена шайба 2. Эта мера обеспечивает лучшее экранирование мик­рофона. Корпусная контактная площадка соединяется с фольгой на обратной стороне платы через отверстие. Ка­бель 8 должен иметь длину не менее 2…2,5 м для удоб­ства обращения с эхолотом при измерении глубины в раз­личных условиях. Оплетки экранированных проводов при­паивают к корпусной контактной площадке. Все провод­ники кабеля должны быть заключены в резиновую трубку. Перед заливкой платы следует проверить работоспособность излучателя и микрофона с усилителем. Эта проверка осу­ществляется во время настройки прибора.

Для настройки эхолота помимо ампервольт­метра потребуется осциллограф и ровный металлический лист любой толщины размером 200 X 200 мм, выполня-5ощий роль отражателя акустических сигналов. Настрой­ку и калибровку прибора на обоих диапазонах произво­дят в воздухе, что возможно благодаря использованию для приема акустических сигналов отдельного микрофона.

Настройку начинают с подбора требуемого сопротив­ления резистора R20. При этом переключатель SA1 должен быть установлен в положение «Контр, питания». Под­бором резистора R20 добиваются, чтобы показание инди­катора на шкале диапазона «10 м» соответствовало значе­нию напряжения источника питания GB1. В дальнейшем индикатор РА1 с добавочным резистором может быть ис­пользован в качестве вольтметра при определении посто­янных напряжений в различных точках схемы. Для этого от выключателя SA2 отпаивают провод, ведущий к рези­стору R20, и пользуются этим проводом как щупом. Ста­билизатор VD4 должен обеспечивать на выходе напряже­ние 6,3 В ± 10 %, причем оно должно оставаться неизмен­ным при понижении напряжения источника GB1 до 8 В. Желательно стабилитрон и резистор R41 подобрать отдель­но, а затем установить на плату.

Напряжение питания микросхем подается со стабили­затора VD4 (за исключением коллекторного питания двух транзисторов сборки DA3, на которых выполнен усили­тель мощности). Следует проконтролировать наличие этих напряжений на соответствующих выводах микросхем. На выводах 6 и 10 триггера DD1 напряжения должны быть равны 6В±10%иЗВ ±10% соответственно. Если это не соблюдается, то следует соответствующим образом по­добрать резисторы R16 и R17. Контролируют также на­личие напряжений питания каскадов VT1 — VT4 уси­лителя радиоимпульсов, которые должны быть равны 5, 6, 7 и 8 В соответственно.

Затем переключатель диапазонов устанавливают в по­ложение «10 м» и приступают к настройке схемы с помощью осциллографа. Осциллограф используется в режиме внеш­ней синхронизации, а синхронизирующее напряжение сни­мается с ламели переключателя SA1.1, соединенной с входами микросхем DA2, DA4 и дифференцирующей цепоч­ной C10R9. Последовательно подключая вход осциллогра­фа к гнездам Г1 — Г4, контролируют работу микросхем DAl, DA2, DA4 и генератора зондирующих импульсов.

Убедившись в работе этих узлов, окончательную установ­ку необходимых длительностей их выходных импульсов откладывают до настройки генератора зондирующих им­пульсов и узлов приемного тракта. Для такой настройки блок излучатель — микрофон устанавливают в полуметре от металлического листа таким образом, чтобы рабочие по­верхности излучателя и микрофона были параллельны плос­кости листа. Вход осциллографа присоединяют к затвору транзистора VT2. Подбором конденсатора С6 добиваются такой частоты заполнения зондирующего импульса, при которой эхосигнал имеет максимальную амплитуду. Мак­симум эхосигнала будет свидетельствовать о том, что час­тота заполнения зондирующего импульса совпадает с резонансной частотой излучателя и микрофона. Амплитуд­но-частотная характеристика дроссельного усилителя VT1 в диапазоне возможных значений резонансных частот близ­ка к равномерной и не окажет влияния на правильность настройки генератора при использовании пьезоэлементов любых указанных выше размеров. Целесообразно прове­рить правильность настройки генератора по поведению амплитуды зондирующего импульса при изменении час­тоты его заполнения в окрестностях найденного резонан­са. Амплитуда зондирующего импульса на частоте резо­нанса излучателя будет минимальной, поскольку на резонансной частоте механических колебаний пьезопреоб-разователя модуль его комплексной электрической про­водимости принимает максимальное значение. Подбором емкости конденсаторов СЗ и С4 добиваются, чтобы зон­дирующий импульс содержал 12…15 периодов высоко­частотных колебаний. Если задний фронт зондирующего импульса затянут более чем на 5…7 периодов высокочас­тотных колебаний, следует уменьшить сопротивление ре­зистора R6.

Последовательно подключая вход осциллографа к гнез­дам Г8 — Г11, настраивают каскады усилителя радио­импульсов и детектор. Усилитель радиоимпульсов является наиболее ответственным звеном эхолота, и его настройке необходимо уделить особое внимание. Коэффициент уси­ления должен быть таким, чтобы на экране осциллографа можно было уверенно различить эхосигнал, полученный в воздухе с расстояний до 10 м, а триггер DD1 без сбоев установить в нулевое состояние эхосигнал ом, полученным с расстояния 2,5…3 м. При этом усилитель не должен воз­буждаться, а усиленное напряжение собственных шумов

микрофона не должно оказывать влияния на работу триг­гера. При настройке усилителя необходимо стремиться, чтобы длительность наведенного импульса не превышала 2т, поскольку именно она определяет минимальную гра­ницу измеряемых глубин. Второй парный импульс, воз­вращающий триггер в единичное состояние, можно пода­вать только после наведенного импульса. В противном случае триггер под действием последнего может вновь возвра­титься в нулевое состояние и в его выходном напряжении не будет импульса, длительность которого пропорциональ­на измеряемой глубине. Следовательно, эхолот не будет измерять глубин, с которых эхосигнал придет раньше вто­рого парного импульса. Величина этой «мертвой зоны» це­ликом определяется длительностью наведенного импуль­са. Уменьшить ее можно шунтированием выхода микро­фона резистором, подобрав его сопротивление опытным путем (на принципиальной схеме этот резистор отсутству­ет). Это необходимо делать при погруженном в воду блоке излучатель — микрофон, поскольку механические коле­бания микрофона в воздухе будут отличаться от колеба­ний в воде за счет различия в акустических импедансах этих сред. Блок ставят на дно емкости рабочими поверх­ностями вниз и наливают в нее воду до уровня центров от­верстий в защитных стаканах, избегая попадания воды на незалитый смолой монтаж усилителя VT1.

Подбором емкости конденсаторов СИ, С12 устанавли­вают необходимую длительность выходного импульса одновибратора DA4, которая определяет интервал между пар­ными импульсами. Второй парный импульс должен запаз­дывать относительно спада наведенного импульса на 150…200 мкс.

Амплитуды импульсов, поступающих на нулевой и еди­ничный входы триггера, должны быть не менее 5 В, что обеспечивает устойчивость его работы.

Последующую настройку производят снова на воздухе. Цепь прохождения имитирующих импульсов проверяют на обоих диапазонах в отсутствие эхосигнала. Эти импуль­сы подаются на нулевой вход триггера при нажатой кноп­ке SB1.

Необходимые длительности полупериодов мультивиб­ратора DA1 подбирают следующим образом. Переключа­тель диапазонов устанавливают в положение «10 м», а блок излучатель — микрофон располагают на расстоянии 2,33 м от металлического листа. Ориентирование диаграммы направленности осуществляют, контролируя по осциллографу выходное напряжение усилителя радиоимпульсов. Мак­симальная амплитуда эхосигнала будет свидетельствовать о правильной ориентации блока. Подбором емкости кон­денсатора С2 добиваются, чтобы положительный перепад выходного напряжения мультивибратора совпал с нача­лом эхосигнала. Длительность второго полупериода ус­танавливают подбором емкости конденсатора С1, увеличив расстояние между блоком излучатель — микрофон и лис­том до 9,3 м, что соответствует глубине 40 м. При этом пе­реключатель диапазонов должен быть в положении «50 м». Для каждого из конденсаторов Cl, C2 на печатной плате имеются по три установочных места, что дает возможность подбирать требуемый номинал параллельным соединением конденсаторов.

После настройки передающего и приемного трактов убеж­даются в правильности работы триггера в присутствии эхо-сигнала с расстояния 0.5…1 м, без эхосигиала и с имити­рующими импульсами, которые подают на вход триггера в отсутствие эхосигнала.

Настройка эхолота заканчивается регулировкой дели­теля R21, R22, которую производят следующим образом. Переключатель диапазонов устанавливают в положение «10 м», а блок излучатель — микрофон располагают на рас­стоянии 233 мм от листа, что соответствует глубине 1 м. Регулировкой резистора R21 устанавливают стрелку ин­дикатора на отметку 1 м. Затем расстояние увеличивают до 2,33 м и резистором R7 устанавливают стрелку на от­метку 10 м. Снова устанавливают расстояние 233 мм и ре­зистором R21 возвращают стрелку на отметку 1 м. Путем нескольких перестановок добиваются, чтобы показания индикатора соответствовали измеряемому расстоянию. Раз­бив расстояние 2,33 м на десять равных частей и обозна­чив полученные отметки цифрами 0, 1, 2, 3…, получают «воздушный эквивалент» шкалы глубин от 0 до 10 м, с по­мощью которого проверяют правильность показаний эхо­лота. Проверку показаний на диапазоне «50 м» производят только на расстояниях, с которых отраженный от листа эхосигнал имеет достаточную амплитуду для возвращения триггера в нулевое состояние. Перед проверкой диапазона следует в отсутствие эхосигнала резистором R8 установить стрелку индикатора на отметку 50 м и проверить его пока­зание при нажатой кнопке SB1, которое должно быть рав­но 40 м.

После этого на блок излучатель — микрофон (см. рис.7) устанавливают экран 9, припаивая его к плате 6 в несколь­ких точках, и заливают смолой. Экран изготавливают из листа латуни толщиной 0,5…0,8 мм. В смолу следует за­лить также и кронштейн, предназначенный для закрепле­ния блока на месте его работы.

Установленные на печатной плате трансформаторы и дроссели следует пропитать лаком, а саму плату покрыть им с обеих сторон. Защита радиоэлементов от действия влаги, использование во времязадающих цепях высоко­стабильных конденсаторов и стабилизация напряжения питания микросхем обеспечивают заданные метрологичес­кие характеристики эхолота. Тщательное выполнение и настройка прибора обеспечивают его высокую надежность при работе в различных климатических условиях.

Перед началом работы с прибором следует убедиться в правильности его функционирования во всех режимах, что гарантирует достоверность результатов последующих измерений. Эту проверку производят в воздухе, исполь­зуя в качестве отражающего элемента любые имеющиеся поблизости плоские предметы: доски, ровную поверхность земли или воды, корпус самого эхолота и др. Установив блок излучатель — микрофон на расстоянии 0,5…1 м от отра­жающей поверхности, проверяют показания индикатора на обоих диапазонах. Эти показания в 4,3 раза превыша­ют установленное расстояние. Затем блок располагают таким образом, чтобы отраженный сигнал отсутствовал. При этом на диапазоне «10 м» стрелка индикатора должна зашкаливать, а при нажатии кнопки SB1 — устанавли­ваться на отметке 10 м. На диапазоне «50 м» показание ин­дикатора РА1 должно равняться предельному значению измеряемой эхолотом глубины, т. е. 50 м, а при нажатой кнопке — 40 м.

Для поддержания точности эхолота на заданном уров­не в процессе эксплуатации целесообразно периодически контролировать его калибровку, сравнивая длительности полупериодов колебаний мультивибратора DA1 с временем прихода эхосигнала в воздухе с расстояний 2,33 и 9,3 м.

Литература

БокитькоВ., БокитькоД. Портативный эхолот. — Радио, 1981, № 10, с. 23 — 25.

Кравченко А. Транзисторный эхолот. — Радио, 1973, № 12, с. 15, 16.

OCR Pirat

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты