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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Transductor ultrasónico MUP-1. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Referencias La ecolocalización y el control remoto a frecuencias ultrasónicas requieren transductores-emisores y receptores de ultrasonido eficientes. La Figura 1 muestra la apariencia y las dimensiones de uno de estos convertidores, el MUP-1, que actualmente se está produciendo en masa. Especificaciones del convertidor: Frecuencia máxima de radiación fmi (a tensión de excitación 3 V) 38±5 kHz
La base del transductor es un disco piezocerámico bimorfo unido a lo largo de la circunferencia exterior a un soporte elástico. Un resonador de papel de aluminio en forma de cono está pegado al centro del disco para mejorar la eficiencia de conversión de energía.La carcasa de metal "conectada a tierra" protege el convertidor del ruido eléctrico. En la fig. 2 muestra las dependencias de la frecuencia del módulo de la resistencia de entrada |Zp| y sensibilidad uxx del transductor con resistencia de carga Rí->oo. El módulo de impedancia de entrada tiene dos valores extremos: a la frecuencia fmi - el mínimo de la impedancia de entrada, a la frecuencia fa (frecuencia antiresonante) - el máximo de la impedancia de entrada. La sensibilidad tiene un máximo a una frecuencia cercana a la frecuencia de antirresonancia fa.
El intervalo entre las frecuencias fmi y fv es en promedio de unos 2 kHz. Cuando la resistencia de carga Rn disminuye, la frecuencia a la que la sensibilidad del convertidor es máxima disminuye, tendiendo a fmi en Rn -> 0 en el límite. Debido a la no linealidad de las propiedades de las piezocerámicas, la frecuencia de resonancia fmi disminuye un poco al aumentar el voltaje de entrada, al mismo tiempo que aumenta la resistencia de entrada. La Figura 3 muestra las características de amplitud del convertidor en términos de la frecuencia de resonancia fmi y el valor de resonancia del módulo de resistencia de entrada |Zp|
Si el voltaje suministrado al convertidor excede los 5 V a la frecuencia de resonancia, entonces pueden ocurrir cambios irreversibles en él. El patrón de directividad del transductor es de un solo lóbulo, con un ancho de unos 30° (a un nivel de 0,7 del máximo) Cuando uno de los transductores es un emisor y el otro es un receptor, este par debe seleccionarse de tal manera que el emisor fmi y el receptor fmp estén cerca uno del otro. Los valores individuales de estas frecuencias se indican en los pasaportes de los convertidores. Con una selección suficientemente cuidadosa de un par de emisor-receptor y una alta resistencia de carga del receptor (por ejemplo, 100 kOhm y más), es posible aumentar significativamente la sensibilidad de la ruta de recepción al eliminar el efecto de derivación de la capacitancia del convertidor Cin. Para hacer esto, las bobinas están conectadas en paralelo al convertidor, cuya inductancia LK se calcula mediante la fórmula
donde Co=0,8 St. La capacitancia Cm se mide a baja frecuencia, por ejemplo, 1000 Hz. Por lo general, es 1140 ± 40 pF. El valor de la inductancia LK, según los valores específicos de fa y Co, se encuentra en el rango de 15-20 mH. En una ecosonda, cuando el mismo transductor opera alternativamente en los modos de transmisión y recepción, es recomendable utilizar un camino de amplificador directo con una entrada de baja impedancia (no más de 1 kOhm). En este caso, las frecuencias de resonancia fmn y fmp estarán próximas entre sí. Los diagramas esquemáticos del receptor y transmisor del dispositivo para el control remoto de equipos domésticos (receptor, grabadora, TV, dispositivos de iluminación) que utilizan el convertidor MUP-1 se muestran en la fig. 4 y la figura. 5 El transmisor se puede hacer en un circuito integrado digital (Fig. 4, a) o en transistores (Fig. 4, b).
En la primera versión del transmisor, el oscilador maestro son los elementos D1.1 y D1.2, y la etapa de amortiguamiento se realiza en el elemento D1.3. En la versión de transistor del transmisor, el generador se ensambla de acuerdo con el circuito multivibrador (transistores V1, V2), y la etapa de salida se basa en el transistor V3. La frecuencia de operación requerida del transmisor se establece con una resistencia de sintonización R1 (Fig. 4, a), o seleccionando las resistencias R2 y R3 (Fig. 4, b) Para poder ajustar el generador durante la operación, es aconsejable sustituir una de estas resistencias por dos conectadas en serie con una resistencia constante de 3 5 kOhm y una resistencia variable de 22 kOhm El ajuste del transmisor consiste en ajustar la frecuencia del generador igual a la frecuencia fmi, que se indica en el convertidor pasaporte En ausencia de un medidor de frecuencia, la configuración se puede realizar de acuerdo con la salida máxima del convertidor. Para hacer esto, frente al transductor-emisor a una distancia de 15 ... 20 cm, se instala un transductor-receptor, que se utilizará en el sistema de control remoto, se le conecta un voltímetro de CA y el transmisor es ajustado, logrando la señal máxima en la salida del transductor receptor El circuito del receptor se muestra en la Figura 5. Consta de un amplificador en el chip A1, un detector de diodo V1, V2, un solo vibrador y un disparador en el chip D1, así como un interruptor de transistor (V5) con un relé ejecutivo K1 en el circuito de carga. Los elementos R7, C5 se utilizan para retrasar la inclusión de un solo vibrador para evitar la activación falsa del actuador debido al ruido de impulso en la red o al cierre borroso de los contactos del botón de encendido del transmisor.
La señal ultrasónica recibida por el transductor B1 del dispositivo receptor se convierte en vibraciones eléctricas, que son amplificadas por el microcircuito A1. La ganancia a una frecuencia de 40 kHz es de aproximadamente 5000. La señal detectada, habiendo pasado el circuito de retardo C5R7, inicia el one-shot (elemento D1.1). El tiempo de retardo de la respuesta del vibrador individual es de 1 s. La señal del vibrador individual cambia el disparador D1.2, como resultado de lo cual se abre la tecla de transistor V5 y se activa el relé K1. El diagrama esquemático del actuador se muestra en la fig. 6. Cuando los contactos K1.1 están cerrados en el receptor (Fig. 5), los trinistores V2, V3 se abren y conectan la Carga Rn a la red. La potencia de carga admisible está determinada por la corriente continua de los trinistores.
Los transmisores del sistema de control remoto están alimentados por una batería de celdas galvánicas, y el receptor está alimentado por un rectificador estabilizado que proporciona un voltaje de salida de 20 V. La fuente de alimentación del chip D1 también está estabilizada por un estabilizador paramétrico ensamblado en los elementos V3 y R6. En condiciones de laboratorio, al probar la unidad de control remoto, no se requirió la orientación mutua de los transductores. Sin embargo, en una habitación con alta absorción acústica (muchos muebles tapizados, alfombras, cortinas, etc.), la señal ultrasónica se atenúa notablemente, lo que puede requerir la orientación del emisor y el receptor. El transductor ultrasónico también se puede utilizar en sistemas de control remoto multicanal. En este caso, los comandos deben transmitirse en forma discreta utilizando sistemas de modulación de fase de pulso, tiempo o código de pulso. Autores: N. Borodulin, V. Morozov, E. Koptev, Moscú; Publicación: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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