回声发声器。方案、说明

回声测深仪。无线电电子电气工程百科全书

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向读者提供的回声测深仪可用于确定海底地形、测量水体深度、寻找沉没物体以及寻找最有希望钓鱼的地点。该设备非常容易设置、使用，并且不需要校准。

回声测深仪设计用于测量四个限制内的水体深度：最高 2,5； 5； 12,5和25 m，最小测量深度为0,3 m，在任何测量极限下示值误差不超过上限值的4%。该器件具有临时自动增益控制 (TAG)，允许您在每个测量周期期间将其增益从最小更改为最大，从而提高抗噪能力。之所以需要 TVG，是因为任何声能辐射到水中都会导致强烈的混响，即超声波信号从水底和表面的多次反射。因此，在浅深度处，回波信号登记单元可能会出现误报。得益于 VAR，在测量 0,3 ... 3 m 范围内的深度时，设备的操作得到显着改善。

回声测深仪采用由 26 个 LED 组成的线性深度刻度作为指示器，最多可显示四个反射测量限值。指标信息更新周期约为0,1秒，便于在移动时跟踪底部地形。此外，软件脉冲滤波器提高了回声测深仪的抗噪能力，可保护其免受随机噪声的影响。当滤波器启用时，指示器上仅显示那些反射信号，其值在测量周期（0,1秒）内变化不超过启用测量限值的1/50。该器件由六个 A316 元件供电，当电压降至 6 V 时，其性能得以保持。消耗的电流在 7 ... 8 mA 范围内（不考虑通过 LED 的电流 - 10 mA，对于每个点亮的 LED）。

回声测深仪可以快速切换测量极限、反射次数以及调整 TVG 效率。如有必要，可以禁用脉冲滤波器。所有参数的值都可以在低功耗模式（“SLEEP”）下存储在存储器中。在此模式下，设备消耗的电流约为70μA，实际上不会影响电池寿命。

回声测深仪由四个功能完整的单元组成：探测脉冲发生器、接收器、控制单元和指示单元（图1）。

回声测深仪

探测脉冲发生器的示意图如图 2 所示。 XNUMX.

回声测深仪

主脉冲发生器组装在DD1芯片上。它产生频率为 600 kHz 的脉冲，然后由 DD2 芯片上的触发器分成两部分。 DD3芯片包含一个与触发器匹配的缓冲器级联，以及根据使用复合晶体管VT1、VT2和变压器T1的推挽电路制成的功率放大器。频率为 300 kHz 的电振荡从其次级绕组馈送到压电陶瓷发射器 - 传感器 BQ1，并以超声波封装的形式发射到外部环境中。如果 DD12 芯片的引脚 13、1 和 DD4 芯片的引脚 6、2 处存在逻辑零电平，则允许发生器运行。

每个测量周期开始时，持续时间为 50 µs 的启动脉冲从控制设备到达发生器（图 3）。设备运行所需的所有信号均由单片微控制器 DD1 (AT89S2051) 构成。位于微控制器内部程序存储器中的控制程序的机器代码如表所示。

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校验和是使用“Radio-86RK”算法计算的。晶体管VT1-VT4构成5V电压稳定器，其特点是电流消耗小——25μA，控制晶体管压降低——小于1V。晶体管VT5关断电源。接收器处于“睡眠”模式，如上图所示，这会降低电流消耗。

回声测深仪

从底部反射的脉冲信号在发射器-传感器发送间隔期间被接收，并馈送到接收器的输入端（图4），在接收器的输入端由使用晶体管VT1、VT2、 VT4-VT7，之后由二极管VD4、VD5检测。晶体管VT8、VT9上的施密特触发器形成标准逻辑电平。二极管 VD1、VD2 保护接收器输入免受过载影响。晶体管VT3执行VAG控制元件的功能，其在大范围内改变晶体管VT1、VT2上的级联增益。

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TVG 最大效率时电容器 C1 上的控制电压形状如图 5 所示。 XNUMX.

回声测深仪

电容器充电的持续时间由R2C1电路的时间常数决定，较低的电压电平由电阻器R4的阻值和来自控制装置的放电脉冲的持续时间决定，其可以在0到1,25之间变化多发性硬化症。因此，TVG 的效率也会发生变化，这使您可以根据特定的操作条件快速调整回声测深仪的灵敏度。产生的反射脉冲从集电极VT9馈送到控制装置的微控制器DD3.2的输出P1以进行进一步处理。

显示单元示意图如图所示。 6. 它是一个 32 位移位寄存器，位于四个微电路 DD1-DD4 (K561IR2) 上，输出端带有射极跟随器。

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电阻器 R1-R30 设置流过 LED HL10-HL1 的 30 mA 电流。有了这种电流，指示器在任何天气下都清晰可见。 DD4芯片的最后两位没有被使用。 LED HL1-HL26 构成指示器的主刻度，HL27-HL30 指示测量极限、显示的反射数量以及脉冲噪声滤波器的包含情况。它们在前面板上的位置如图 7 所示。 XNUMX.

回声测深仪

按钮SB1-SB4（见图1）也显示在前面板上，通过它们可以快速改变测深仪的操作模式。

超声波发射器传感器的设计如图 8 所示。 1、圆板31，直径为6mm，厚度为19mm，材质为压电陶瓷TsTS-300，谐振频率为0,1kHz。三根 MGTF-XNUMX 线焊接到伍德合金板的镀银平面上。焊点应位于板的边缘，并沿其圆周均匀分布。

回声测深仪

该传感器由直径约为3mm、长度为40...30mm的氧化物电容器组装在铝杯40中。在玻璃底部的中心，为配件 5 钻了一个孔，长 6 ... 1 m 的柔性同轴电缆 2,5 穿过该孔，将传感器与回声测深仪连接起来。传感器板被粘合到软微孔橡胶盘2上，其厚度为5...10mm并且直径等于板的直径。将焊接到压电元件上的接头组装成束，使其轴线与压电元件的轴线重合。

在安装过程中，电缆编织层被焊接到配件上，中心导体被焊接到粘在橡胶盘上的传感器衬里的端子上，而另一个衬里的端子则被焊接到电缆编织层上。技术架4固定板的位置，使得其表面凹进玻璃中、其边缘以下2mm。玻璃严格垂直固定，并用环氧树脂浇注到边缘。在这种情况下，您需要确保其中没有气泡。

回声测深仪采用常用部件。发电机的线圈L1用5НН的微调器缠绕在直径1000毫米的框架上。它包含 110 匝 PEV 0,12 电线。变压器 T1 采用由 M16NM 铁氧体制成的 K8x6x1000 mm 环形磁芯制成。初级绕组由两根导线缠绕，包含 2x20，次级绕组由 150 匝 PEV 0,21 导线缠绕。绕组之间铺有一层漆布。接收器线圈缠绕在袖珍接收器的 IF 电路 (465 kHz) 的框架上。环形线圈L1、L3、L5各包含90匝，通信线圈L2和L4各包含10匝PEV 0,12导线。您还可以使用 70 年代和 80 年代袖珍接收器的现成 IF 电路，选择电容器以获得 300 kHz 的谐振频率。

发生器的电容器C1、C2和接收器的C5、C9、C13必须具有较小的TKE（不比M75差），例如电容器KSO-G、KM-5、KM-6是合适的。接收器电容C1 - K73-17。红色发光矩形 LED 指示灯 HL1-HL30，例如 KIPM01B-1K。稳定器的场效应管VT2、VT4（见图3）——KP303、KP307任意字母索引，但截止电压不超过2V。AT89S2051单片机可以用AT89S51或87S51代替。在这种情况下，有必要考虑结论编号的差异。 87C51的国内类似物是KR1830BE751。不建议使用带有外部程序存储器的 KR1830BE31 微控制器，因为这会显着增加器件的电流消耗和尺寸。您可以在[1]中了解有关微控制器的内部结构和命令系统的更多信息。其余细节没有特殊要求。

所有声纳单元都可以安装在一个或多个印刷电路板上，其尺寸和配置由可用外壳的尺寸以及所使用的部件决定。最好将接收器“成一直线”安装在单独的板上，并将其放置在尽可能远离控制设备的外壳中。为了减少阳光直射产生的热量，箱子应该很轻。

回声测深仪的建立首先要在电压控制装置的稳定器的输出端安装+5V电压，这是通过电阻R5完成的。在这种情况下，应将 DD1 芯片从插槽中取出。将微控制器安装到位后，需要确保控制装置和显示单元正常运行。

接通电源后，指示器上附加秤（HL27-HL30）的一个 LED 应亮起，指示测量极限。通过按下按钮 SB2“向上”和 SB3“向下”，您可以切换测量限值。按一下 SB4“选择”按钮即可将设备切换到设置反射次数的模式。同样，通过按下按钮 SB2 和 SB3，您可以将该数字从 1 更改为 4，这由极限刻度上闪烁的 LED 指示。下次按下 SB4 按钮时，将激活设置 VAGC 程度的模式，该模式也由 SB2 或 SB3 按钮调节，并由主深度刻度上闪烁的 LED 指示。再次按下 SB4 按钮，您还可以分别使用 SB2 和 SB3 按钮关闭或打开脉冲噪声滤波器。最后，第四次按下 SB4 按钮使设备返回到切换限制的主模式。

在所有模式下，反射脉冲（如果有）将显示在深度指示器上，如果深度大于设定限制，最后一个深度指示器 LED - HL26 - 将在主模式下闪烁。要记住所选模式，请按住 SB4 按钮约 2 秒。之后，指示灯熄灭，设备进入“SLEEP”低功耗模式。当您按下按钮 SB1“重置”时，就会退出该模式。然而，如果在操作模式下按SB1，所有参数将被重置为ROM 中记录的原始状态。

确保微控制器正常工作后，他们继续设置探测脉冲发生器。首先需要用示波器确认单片机的P50引脚有一个持续时间为100μs、周期为1.0ms的负脉冲。然后将示波器与发射器传感器并联，并观察生成的探测脉冲。它们的振幅可以达到 100 V。通过将发射器放入至少 40 厘米深的水中的容器中，也可以观察到反射脉冲。通过旋转 L1 线圈微调器，您应该将发生器调整到发射器的谐振频率，重点关注反射脉冲的最大幅度。第一个的幅度可以达到 5...10 V。探测脉冲的幅度实际上与频率无关。

建立接收器首先根据电路图上的指示设置晶体管的直流模式。

此操作应在微控制器从插座上拔出的情况下执行。如有必要，可以使用基极晶体管电路中的分压电阻器来调整模式。

然后您需要将谐振电路调整到发生器的频率。为此，将位于空中的发射器放置在距任何障碍物 15 ... 20 厘米的位置，并使用示波器根据集电极 VT1、VT4 上脉冲的最大幅度调整电路， VT6。在这种情况下，必须考虑到发射器在空气中的辐射方向图非常窄。

调整时，您应该提高 TVG 的有效性或增加与障碍物的距离，以避免信号削波。最后，通过观察元件R21、C17、C18连接处的检测器后的信号来调整轮廓。最后，通过将示波器连接到VT9晶体管的集电极，微调电阻R22设置施密特触发器阈值，实现最大灵敏度并且不存在误报。接收器的灵敏度约为15μV。

VAG 的操作是通过观察接收器电容器 C1 上的电压波形来控制的。如果需要，可以通过选择元素R4和C1的值来改变。

利用超声波回声测深仪测量水体深度的理论和实践可以在下面的文献中找到[2-7]。

文学

单片机。目录。 - M.：MIKAP，1994 年。
Podymov I. 潜艇用回声测深仪。 - 广播，1993 年，第 2 期，第 7 页。 9-XNUMX。
Voitsekovich V.，Fedorova V. 业余渔民的回声测深仪。 - 广播，1988 年，第 10 期，第 32 页36-XNUMX。
Timofeev V. 回声测深仪：周六：“帮助业余无线电爱好者”，卷。 92，p。 23-41。 - M.：DOSAAF，1986 年。
Vladimirov A.、Korlyakova L. 业余回声测深仪“搜索”：周六：“帮助业余无线电爱好者”，卷。 80，p。 47-57。 - M.：DOSAAF，1983 年。
Bokitko V., Bokitko D. 便携式回声测深仪。 - 电台，1981 年，第 10 期，p。 23-25。
Kravchenko A. 晶体管回声测深仪。 - 电台，1973 年，第 12 期，p。 15、16。

作者：I. Khlyupin，莫斯科州多尔戈普鲁德尼。

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