НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ

«ЮНОСТЬ, НАУКА, КУЛЬТУРА – 2013»

Секция: Инноватика, альтернативные источники энергии (гелиотехника, термоэнергетика, ресурсосберегающие технологии)

Исследовательская работа на тему:

ПРИБОР ДЛЯ ПРОСЛУШИВАНИЯ И ПЕЛЕНГАЦИИ УЛЬТРАЗВУКА

Автор: Клишин Н. Д. 

ЦД (Ю) ТТ «Городской» г. Липецка, 

ученик шестого класса 

Руководитель: Самохин Ю. П. 

педагог дополнительного образования, 

руководитель лаборатории 

 радиотехнического конструирования 

ЦД (Ю) ТТ «Городской» г. Липецка 

Россия, г. Липецк, 2013г.

Аннотация

Ультразвук вторгается в нашу жизнь неуклонно и повсеместно – и в быту, и на производстве, и в здравоохранении. Дефектоскопы, любительские и промышленные эхолоты, системы парковки машин, устройства охранной сигнализации и автоматического управления дверями (воротами), отпугиватели собак, крыс, насекомых, увлажнители воздуха, «карманные» стиральные машинки, ультразвуковые исследования (УЗИ) в медицине и домашние ультразвуковые терапевтические приборы. Этот далеко не полный список источников ультразвука стремительно расширяется.

Обнаружить наличие ультразвука и обезопасить себя от его вредного влияния поможет предложенный мною «Прибор для прослушивания и пеленгации ультразвука»,который будет полезен и при проверке работоспособности любого ультразвукового устройства, а также в познавательных целях для прослушивания общения грызунов и других существ, общающихся в диапазоне ультразвука.

Человек не может слышать звук частотой более 20…22 кГц (его называют ультразвуком). Предложенный прибор преобразует ультразвуковые сигналы в полосу частот слышимого звука. Кроме того, данным прибором можно производить «пеленг»- устанавливать направление источника ультразвука, а также определять частоту, на которой происходит излучение.

План исследования

Проблема: отсутствие приборов с такими расширенными возможностями, объединенными в одно устройство.

Гипотеза: иметь возможность услышать общение животных в диапазоне ультразвука и определить пеленг и частоту излучаемых сигналов.

План:

1. Анализ и изучение принципов работы и возможностей приборов этого направления.

2. Изучение схем преобразования ультразвука в слышимый диапазон.
3. Изучение схем усиления и пеленга.
4. Разработка схем доступной индикации и совместной работы всех узлов.
5. Разработка печатных плат.
6. Испытание и доводка в реальных условиях.

ОПИСАНИЕ

Ультразвуки окружают нас повсеместно, это могут быть: переговоры животных, шумы различного оборудования, а так же ультразвуки, специально генерируемые эхолокаторами, медицинскими приборами. В отличие от звуков слышимого диапазона ультразвуки действуют на нас незаметно. И не всегда благоприятно. Наглядный пример - в определенном месте, например, возле какого-то агрегата, у вас болит голова, и слух как-то понижен. Все симптомы оглушения, но вокруг тишина, только кажущаяся тишиною. На наши уши давят «децибелы» ультразвукового диапазона. Они оглушают нас, но мы этого не можем понять, потому что мы не слышим мешающих нам акустических колебаний.

Первый ультразвуковой свисток сделал 1883 году англичанин Гальтон. Огромное внимание к ультразвуку в это время было вызвано способностью далеко распространяться в воде. В последующие годы ультразвук стал неотъемлемой частью как по применению, так и по исследованию связанным с этим явлением. Я тоже подключился к изучению ультразвука. Изначально задумано было разработать и изготовить прибор для прослушивания переговоров животных общающихся в диапазоне ультразвука. Но этого оказалось недостаточно, хотелось определять громкость подобного общения, а также знать место расположения источника сигнала.

Объединив все эти требования мной был разработан и изготовлен прибор для прослушивания и пеленгации ультразвука.

Способности предлагаемого прибора таковы:

- возможность свободно слышать, как переговариваются мелкие грызуны на ультразвуковой частоте, на расстоянии до двух метров;

- устанавливать работоспособность ультразвуковых стиральных машин;

- определять излучаемый ультразвук, с хорошим качеством пеленгации, с углом обзора (пеленга) 25 градусов;

- распознавать частоту излучения ультразвука.

Основой прибора служит специальный микрофон типа МА40, у которого максимальная чувствительность принимаемого сигнала на частоте 40 кГц. Вся схема разбивается на два канала (см. приложение 1). Первый канал предназначен для пеленгации и определения силы излучения. Он состоит из микрофонного усилителя, детектора сигнала и точечного светодиодного индикатора. Улучшенный поиск направления излучения происходит благодаря характеристикам применяемого микрофона. Второй канал служит для преобразования ультразвуковой частоты в диапазон частот, воспринимаемых слухом человека, а также для определения частоты излучения. Он состоит из приемника (см. приложение 1), в схеме которого имеется смеситель и усилитель звуковой частоты, а также отдельного гетеродина (генератора), частота которого выводится на точечный светодиодный индикатор. Все схемы прибора выполнены на печатных платах (см. фото приложение 5).

Прибор работает следующим образом. Сигнал с микрофона поступает на предварительный усилитель (см. приложение 2), собранный на транзисторе КТ315, и далее, на двухкаскадный усилитель, выполненный на микросхеме ТДА7050. Усиленный сигнал разводится: часть выпрямляется для подачи на светодиодный индикатор, а другая часть идет на приемник. Выпрямленное напряжение поступает на вход специализированной микросхемы типа LM3914 (см. приложение 3), которая преобразует амплитуду сигнала в точечную световую индикацию. Вторая часть сигнала идет на приемник (см. приложение 4), где сигнал с микрофонного усилителя проходит через фильтр верхних частот, который состоит из транзистора VT1, набора соответствующих радиодеталей (C1R1C2-C5R6C6R7C7), подавляющих сигналы частот ниже 20кГц и поступает на смеситель, находящийся внутри микросхемы K174XA10. На микросхему K174XA10 также поступает сигнал гетеродина, который выполнен на микросхеме K561ЛН2 и перестраивается в диапазоне от 20кГц до 80кГц. Сигнал разностной частоты выделяется на резисторе R10 и через фильтр нижних частот, собранный на элементах C14R11C17R12C18, поступает на вход усилителя низкой частоты (микросхема K174XA10). После усиления, сигнал прослушивают через динамическую головку. Часть сигнала с гетеродина передаётся на специальный преобразователь частота-напряжение (см. приложение 3) и далее, поступает на точечный светодиодный индикатор со шкалой от 30 до 70 кГц.

Прибор смонтирован в корпусе от пульта дистанционного управления телевизором и имеет две ручки (см. фото приложение 6). Одна ручка - для регулировки чувствительности, другая - для перестройки частоты гетеродина. На лицевой панели находятся два индикатора частоты и величины сигнала.

Работа с прибором проста и не требует специального объяснения. Вначале работы требуется сделать обзор сигналов по периметру. В случае если индикатор уровня сигнала сработал, т.е. прибор показал присутствие ультразвука, работаем ручкой перестройки гетеродина, пока не услышим звуковой сигнал. Определяем по точечному светодиодному индикатору частоту, на которой распространяется ультразвуковая частота. Мною были произведены попытки записать тревожные сигналы мелких грызунов на ультразвуковой частоте, что бы использовать её при их отпугивании. Попытки продолжаются и есть уже некоторые успехи.

Использованная литература:

1. Чистяков Н.И. «Справочная книга радиолюбителя-конструктора».М: Радио и связь,1990г.

2. Журнал «Радио» , №№ 2000-2012гг.
3. Журнал «Радиоконструктор»,№№2002-2012гг.