Ultrasonik yayıcı. Yagma tıbbi fizik. Düşük empedanslı modeller

Ultrason, frekansı 20 kHz'i aşan, insanlar tarafından duyulmayan elastik akustik dalgalardır. Düşük frekanslı (20 ... 100 kHz), orta frekanslı (0,1 ... 10 MHz) ve yüksek frekanslı (10 MHz'den fazla) ultrasonik titreşimleri ayırt etmek gelenekseldir. Megahertz'in omurgasına rağmen, ultrasonik dalgalar radyo dalgaları ve radyo frekansları ile karıştırılmamalıdır. Bunlar tamamen farklı şeyler!

Fiziksel doğası gereği ultrason, sıradan işitilebilir sesten farklı değildir. Ses ve ultrasonik dalgalar arasındaki frekans sınırı şartlıdır, insan işitmesinin öznel özellikleri ile belirlenir. Referans olarak, yüksek frekanslı titreşimler hayvanlar (evcil olanlar dahil) tarafından iyi hissedilir ve yarasalar ve yunuslar için hayati önem taşır.

Ultrason, kısa dalga boyundan dolayı sıvılarda ve katılarda iyi yayılır. Örneğin sudaki ultrasonik dalgalar, havadakinden yaklaşık 1000 kat daha az zayıflar. Buradan, uygulama alanlarının ana alanlarını takip edin: sonar, ürünlerin tahribatsız muayenesi, "sağlam görüş", moleküler ve kuantum akustiği.

Ultrasonik titreşimler oluşturmak için aşağıdaki yayıcı türleri kullanılır (İngilizce "ultrasonik dönüştürücü"):

Piezoseramik (piezo);

Elektrostatik (elektrostatik);

Elektromanyetik (elektromanyetik).

İkinci seçenek için, 20 ... 40 kHz'lik yakın ultrasonik aralıkta sinyaller üretmek için yeterli verimliliğe sahip olan sıradan yüksek frekanslı ses hoparlörleri ("tweeter" argosunda) bile uygundur.

Piezoseramik ultrasonik dönüştürücüler (Tablo 2.10), kural olarak, frekans uyumlu piezo alıcılarla birlikte üretilir. "Ultrasonik tandem"in tipik parametreleri: 37...45 kHz rezonans frekansı, 30 cm - 95...105 dB(A) mesafedeki ses basıncı seviyesi, 12...60 V çalışma voltajı, 1000 kapasite. ..3000 pF, verici çıkış empedansı 200...500 Ohm , alıcının giriş empedansı 10 ... 30 kOhm'dur.

Tablo 2.10. Ultrasonik yayıcıların parametreleri

Ultrasonik piezoelektrik emitörlerin plakalarına tek kutuplu değil, iki kutuplu darbeler uygulanması önerilir, yani. bir ters polarite voltajı oluşturmak için duraklamalarda. Bu, emitörün eşdeğer kapasitansının hızlandırılmış deşarjına ve performans artışına katkıda bulunur.

Şek. 2.53, a ... l, ultrasonik yayıcıları MK'ye bağlamak için şemalardır. Bipolar darbeler oluşturmak için transistör köprüleri ve izolasyon transformatörleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Üretim frekansı azaltılırsa, yukarıdaki devreler işitilebilir aralık için "bire bir" uyacaktır, yani. önceden düşünülen sağlam piezoseramik emitörler için.

Pirinç. 2.53. Ultrasonik yayıcıları MK'ye bağlama şemaları (başlangıç):

a) L1 indüktörü kullanılarak ultrasonik dönüştürücü BQ1'e uygulanan dalga biçiminin yumuşatılması. Direnç R1 genliği düzenler;

b) transistörler VT1, VT2, MK'den gelen kısa darbelerle dönüşümlü olarak açılır. Güvenilirlik için, izin verilen büyük bir kollektör akımına sahip transistörleri seçmelisiniz, böylece indüktör L1\'in düşük omik direnci ile arızalanmazlar.

c) C1 kondansatörü sinyali ayırt eder ve ultrasonik piezoelektrik BQ1'i bipolar bir güç kaynağına bağlamanıza izin veren sabit bileşeni ortadan kaldırır;

d) düşük güçlü ultrasonik alıcı-verici. Bölücü R1, R2, bir sinyal alırken ADC MK'nin çalışma noktasını ve bir sinyal iletirken çıkış darbelerinin genliğini belirler;

e) ultrasonik telemetre alıcı-verici. Darbe frekansı 36…465 kHz, emitör BQ1 üzerindeki voltaj 50…100 V'dir (maksimum kapasitör C3 tarafından seçilir). VD1, VD2 diyotları, sinyali alıcıya sınırlar. Transformatör 77, sargı I, II, 100 ... 200 tur PEV-0.08 sargı III'te (M2000HM K10x6x5 halka) 15 tur PEV-0.3 tel içerir; Ö

Şekil hakkında 2.53. Ultrasonik yayıcıları MK'ye bağlama şemaları (devamı):

f) mantık yongası DD1 donanımının kullanılması, bir omzun transistörlerinin aynı anda açılmasını ortadan kaldırır. DD1.l ... DD13 invertörlerinin eşzamanlı olmayan anahtarlanması ve transistörlerin I–V özelliklerinin yayılması nedeniyle güç devresinde oluşan darbe gürültüsü L /, C1 filtresi tarafından ortadan kaldırılır. VD1 ... VD4 diyotları, BA1 sesli tweeter'ın (10GD-35, 6GD-13, 6GDV-4) daha güçlü bir ultrasonik piezo yayıcı ile değiştirilmesi durumunda kurulur;

g) DD1 yongasında bir voltaj katlayıcı ve artan güç + 9 ... + 12 V kullanarak emitör BQ1'in gücünün arttırılması. Transistör VT1 mantık seviyeleriyle eşleşir;

h) +9 V besleme voltajının artması ve L1 indüktöründe enerji birikmesi nedeniyle emitör BQJ üzerindeki voltajın genliğinde bir artış meydana gelir\

i) alan etkili transistörler K77, VT2 (IRF7831'in yerine geçer) anahtarlama sırasında enerji kayıplarını azaltır. Dirençler R1, R2, MK yeniden başlatıldığında transistörlerin açılmasını önler; Ö

Şekil hakkında 2.53. Ultrasonik yayıcıları MK'ye bağlama şemaları (son):

j) ultrasonik ekolokatör 40 kHz frekansında çalışır ve 0,4 ms süreli darbeler üretir. Piezoelektrik BQ1 (Murata) üzerindeki sinyalin genliği 160 V'a ulaşır. T1 transformatörünün sekonder sargısının endüktansı, piezoelektrik BQ1'in kapasitansı ile birlikte 40 kHz'e yakın bir frekansa ayarlanmış bir salınım devresi oluşturur. T1 - 7.1 MK H transformatörünün birincil sargısının endüktansı, ikincil - 146 MK H, kalite faktörü Q> 80;

k) ultrasonik hidroiyonizer 1.8 ... 2 MHz frekansında çalışır. Trafo T1, üç çekirdek 50BH K20x 10×5 üzerine sarılmıştır. Sargılar I ve II, üçe katlanmış 4 tur PEV-0.3 teli, sargı III - 12 tur PEV-0.3 teli içerir. Bobin L1, 1 mm'lik adımlarla 8 mm çapında bir mandrel üzerinde 5 tur PEV-0.8 tel içerir. Yayıcı BQ1 30 mm (PZT piezoseramik) bir çapa sahiptir. Direnç R1, drenaj VT1'deki voltaj dalgalanmalarını azaltır.

Sağlık Fakültesi

1. Kurs

1 dönem

1 akış

Ders #5

"Ultrason"

Derleyen: Babenko N.I.

2010

Ultrason ve üretimi. Ultrasonik yayıcılar.

Ultrason, elastik ortamda uzunlamasına dalgalar şeklinde yayılan, 20.000 Hz'nin üzerinde frekansa sahip mekanik titreşimlerdir. Ultrason kaynakları şunlardır:

1. Doğal:

2. Yapay:

akustik-mekanik dönüştürücüler;

elektroakustik dönüştürücüler (piezoelektrik, manyetostriktif).

Doğal ultrason kaynakları, insan eliyle yaratılmayan ve doğada bağımsız olarak bulunan kaynaklardır.

Canlı kaynaklar: çekirgeler, cırcır böcekleri, balıklar, yarasalar, yunuslar. Cansız kaynaklar: rüzgar, dağlardaki heyelanlar, depremler.

Yapay ultrason kaynaklarına akustik dönüştürücüler denir, çünkü mekanik veya elektrik enerjisini ultrasonik titreşimlerin enerjisine dönüştürürler.

Akustik-mekanik dönüştürücüler, bir sıvı veya gaz akışı kesildiğinde ultrasonik titreşimlerin meydana geldiği dönüştürücülerdir. Örnekler: Galton düdüğü, ultrasonik siren.

Elektroakustik dönüştürücüler, belirli maddeler üzerinde alternatif elektrik veya manyetik alanlar etki ettiğinde ultrasonik titreşimlerin meydana geldiği dönüştürücülerdir.

Piezoelektrik dönüştürücüler (piezo - basınç), ultrason üretmek için ters piezoelektrik etki fenomenini kullanan dönüştürücülerdir.

Piezoelektrik etki doğrudan ve ters olabilir.

Doğrudan piezoelektrik etki, mekanik stres (sıkıştırma, gerilim, bükülme) etkisi altında bazı kristallerin (piezodielektrikler) yüzeyindeki yüklerin ortaya çıkmasından oluşur. Şekil 1.

Doğrudan piezoelektrik etkisi ile:

yüzeydeki yükün büyüklüğü, uygulanan mekanik stresle orantılıdır;

yükün işareti mekanik hareketin yönü ile belirlenir.

darbe sıkıştırma germe yok

Ters piezoelektrik etki, alternatif bir elektrik alanına yerleştirildiğinde bir dielektrikin boyutundaki (deformasyon) bir değişiklik olgusudur.

Belirgin piezoelektrik özelliklere sahip maddelere piezoelektrik veya piezodielektrik denir: Rochelle tuzu, baryum titanat, kuvars.

Manyetostriktif dönüştürücüler, ultrason üretmek için manyetostriksiyon fenomenini kullanan dönüştürücülerdir. Manyetostriksiyon, alternatif bir manyetik alanın etkisi altında bazı ferromanyetik maddelerin şekillerini (boyutlarını) değiştirme olgusudur.

Bu maddeler şunları içerir:

Nikel ve alaşımları;

Kobalt ve alaşımları;

Ferritler, demir, nikel, çinko oksitlerine dayalı seramik bileşiklerdir.

Bobinin içine çubuk şeklinde bir madde yerleştirilir. Bobin, ultrasonik frekansın alternatif bir elektrik voltajı kaynağına bağlandığında, elektrik akımı manyetik bileşeni ile çubuğa etki eder ve akımın frekansı ile deformasyonuna (uzamasına) neden olur. İncir. 2

Gece işten dönerken veya karanlık sokaklarda dolaşırken, zamanında doktora gitmezseniz ısırıkları bazen hayatı tehdit eden sokak köpeklerinin saldırısına uğrama tehlikesi vardır. Akıllı insan beyni bu durumlar için ultrasonik bir kovucu icat etti.

Endüstriyel kovucular oldukça karmaşık bir şemaya sahiptir ve oldukça kıt bileşenlerden yapılmıştır.

Bu yazıda, ünlü 555 serisi zamanlayıcıyı kullanan böyle bir kovucunun bir çeşidini ele alacağız. Zamanlayıcı, bildiğiniz gibi, bir dikdörtgen darbe üreteci olarak çalışabilir, devrede kullanılan bu bağlantıdır.

Jeneratör, birçok hayvanın ultrasonik aralıkta "iletişim kurduğu" bilindiğinden, 20-22 kHz frekansında çalışır. Deneyler, 20-25 kHz frekanslarının köpeklerde yapay korkuya neden olduğunu göstermiştir, inşaat regülatörü sayesinde jeneratör 17-27 kHz frekansa ayarlanabilmektedir.

Devrenin kendisi sadece 6 bileşen içerir ve herhangi bir zorluğa neden olmaz. İstenen frekansa daha hassas ayar için çok dönüşlü bir regülatör kullanılması arzu edilir.
Piezo emitörü, bir hesap makinesinden veya diğer herhangi bir müzikli oyuncaktan alınabilir, ayrıca 5 watt'a kadar güce sahip herhangi bir HF başlığını da kullanabilirsiniz, artık hiçbir anlamı yok.

Devrede ek bir güç amplifikatörü olmadığı için cihaz 3-5 metre mesafede etkili bir şekilde çalışır.

Bir güç kaynağı olarak, 6 ila 12 volt voltajlı bir taç veya başka bir kaynak kullanmak uygundur.

radyo elemanlarının listesi

atama	Tip	mezhep	Miktar	Not	Dükkan	not defterim
	Programlanabilir zamanlayıcı ve osilatör	NE555	1			Not defterine
R1	direnç	2,2 kOhm	1			Not defterine
R2	direnç	1 kOhm	1			Not defterine
R3	Değişken direnç	4,7 kOhm	1			Not defterine
C1	elektrolitik kondansatör	10 uF	1			Not defterine
C2	kondansatör	10 nF	1			Not defterine
	Piezo zili		1

Bir ultrasonik dönüştürücü, güçlü ultrasonik dalgaların bir jeneratörüdür. Bildiğimiz gibi, bir kişi ultrasonik frekansı duymaz, ancak vücut onu hisseder. Yani ultrasonik frekans insan kulağı tarafından algılanır ancak beynin işitmeden sorumlu belirli bir bölümü bu ses dalgalarını deşifre edemez. Ses sistemleri kuranlar, yüksek frekansın işitmemiz için çok rahatsız edici olduğunun farkında olmalıdır, ancak frekansı daha da yüksek bir seviyeye yükseltirsek (ultrason aralığı), o zaman ses kaybolur, ama aslında öyledir. Beyin sesi çözmek için başarısız bir şekilde deneyecek ve bu da baş ağrısı, mide bulantısı, kusma, baş dönmesi vb. ile sonuçlanacaktır.

Ultrasonik frekans, bilim ve teknolojinin çeşitli alanlarında uzun süredir kullanılmaktadır. Ultrason kullanarak metali kaynaklayabilir, yıkayabilir ve çok daha fazlasını yapabilirsiniz. Birçok hayvanın vücudu, ultrasonik aralıkta kendi türleri ile iletişim kurmaya adapte edildiğinden, tarım makinelerinde kemirgenleri kovmak için ultrason aktif olarak kullanılır. Ultrason jeneratörleri kullanarak böcekleri kovmakla ilgili veriler de var, birçok şirket bu tür elektronik kovucular üretiyor. Ve yukarıdaki şemaya göre böyle bir cihazı bağımsız olarak monte etmenizi öneririz:

Oldukça basit, yüksek güçlü bir ultrasonik tabancanın tasarımını düşünün. D4049 yongası ultrasonik frekans sinyal üreteci olarak çalışır, 6 adet lojik invertöre sahiptir.

Mikro devre, yerli bir analog K561LN2 ile değiştirilebilir. Frekansı ayarlamak için 22k regülatör gerekir, 100k direnç 22k ile değiştirilirse duyulabilir bir aralığa düşürülebilir ve 1.5nF kapasitör 2.2-3.3nF ile değiştirilir. Mikro devreden gelen sinyaller, yalnızca 4 orta güçlü bipolar transistör üzerine kurulu çıkış aşamasına beslenir. Transistör seçimi kritik değildir, ana şey parametreler açısından mümkün olduğunca yakın tamamlayıcı çiftleri seçmektir.

Radyatör olarak, 5 watt veya daha fazla güce sahip herhangi bir RF başlığını tam anlamıyla kullanabilirsiniz. Yerli iç mekandan 5GDV-6, 10GDV-4, 10GDV-6 gibi kafaları kullanabilirsiniz. Bu tür yüksek frekanslı kafalar, SSCB'de üretilen akustik sistemlerde bulunabilir.

Sadece vücuttaki her şeyi düzenlemek için kalır. Ultrasonik sinyali yönlendirmek için metal bir reflektör kullanmanız gerekir.

Birkaç gün önce bir sipariş daha geldi. Alıcı, tüm normal insanlar uyurken, günün gece başladığı sarhoş gençlerle savaşmak için güçlü bir ultrasonik silah sipariş etmek istedi. İki kere düşünmeden, güçlü bir ultrasonik yayıcının kanıtlanmış bir devresini seçtim. Silahın kendisi sadece bir standart mantık çipi üzerine inşa edilmiştir.

Kelimenin tam anlamıyla 6 mantıksal evirici içeren herhangi bir benzer mikro devre yapacaktır. Bizim durumumuzda, yerli olanla başarıyla değiştirilebilen CD4049 (HEF4049) yongası kullanıldı - K561LN2, K561LN2 bazı sonuçlarda kullanılandan farklı olduğundan, pin çıkışına dikkat etmeniz yeterlidir.

Devre oldukça basit olduğu için bir breadboard üzerinde veya menteşeli bir şekilde uygulanabilir. Amplifikatör, tamamlayıcı KT816 / 817 çiftlerine monte edilmiştir, bu anahtarların kullanımı nedeniyle tabancamızın gücü 10-12 watt'tır.

Radyatör olarak, 10 GDV tipi veya ithal yüksek frekanslı kafaların kullanılması arzu edilir, piezoelektrik radyatör kullanılması önerilmez.

Dava - 10-50 watt'lık bir Çinli elektronik transformatörden, tahta uymadığı için yeniden yapılması gerekiyordu.

Frekanstan 1.5nF'lik bir kapasitör sorumludur (daha sonra 3.9 nF ile değiştirildi, çünkü devrede belirtilen kapasitör ile alt frekans sınırı 20 kHz'dir ve böyle bir değiştirme ile frekans 10-30 kHz içinde ayarlanabilir. ) ve değişken bir direnç (sonuç olarak, bu direnci döndürerek yapılan ayar).

Temel dirençler, şematikte gösterilenlerden daha yaygın olan 2.2kΩ dirençlerle değiştirilebilir. Böyle bir emitör, 1 A akıma sahip (besleme voltajı aralığı 3,7-9 Volt) stabilize 5 Volt'luk bir güç kaynağı tarafından çalıştırılır.