「電路分享」船用回聲測深聲納

過去探空（海底測量）是用“子彈”來完成的，也就是說，海員們把一個沉重的鉛物體吊在校準過的繩子上。子彈一到底部，深度就直接從繩子的校準值上看出來了。這種安排在一些游艇上仍然存在。這種方法的最大缺點是它只能在停止位置或非常低的速度下使用，而且也不容易進行深部測量。我們將要建造的電子聲納沒有這些缺點，它的指示可以和其他導航儀器一起在駕駛艙中完成。它本質上是一個聲納系統(tǒng)，用來測量超聲波脈沖的****和從底部接收反射波之間的時間。超聲波****采用一種稱為水聲投影儀的聲波換能器，而反射信號則由水聽器接收。

通常的電子聲納裝置包括一個超聲波****，它****150-200kHz的短超聲波脈沖。這種脈沖在底部反射，其回波由水聽器檢測。水聽器將回聲轉換成電信號，用來照亮由電機以固定頻率移動的小霓虹燈，放在同心校準盤上。因此，霓虹燈在與測量深度相對應的細分中發(fā)光。

由于超聲波****發(fā)生在燈從零通過的瞬間，圓盤的刻度校準直接指示深度。經驗豐富的海員仍然可以從燈光照射的方式了解海底的類型。在底部閃爍的時間較長時，沙質巖石閃爍的時間較長。

我們的建筑有一個數(shù)字標志，不幸的是，它沒有提供任何關于底部類型的詳細信息。但它更小，能更準確地顯示深度。

正如功能圖所示，它很容易構建。一個有趣的簡化是****機和水聽器嵌入在同一個外殼中。收發(fā)器連接到IC9（美國國家半導體公司的LM 1812）。

超聲波脈沖傳播的距離是水深的兩倍。由于水中平均聲速為1500m/s（20°C，含鹽量為2%），雙向深度覆蓋所需時間，如7.5m為10ms，因此，如果IC1的定時器頻率為750Hz，記錄10ms的脈沖到達，則測深為7.5m，但由于顯示僅為整數(shù)，顯示器將是7米。為了獲得更精確的讀數(shù)，時鐘頻率可以是7500赫茲，因此聲音將精確到十分之一米。

顯示器、存儲器和成像驅動器包含在IC1中。當接收到回波時，顯示器接收到來自IC9的停止脈沖。顯示信息隨后進入存儲器，最后顯示在七段式LED中。

新的測量周期從零周期脈沖開始，每200ms產生一次IC5，最多可計數(shù)1500次。這意味著該電路可用于深度達1500十分之一米，即150米。復位信號執(zhí)行另外兩個功能，啟動脈沖傳輸，并通過MMV4和FF2激活警報。如果在回波檢測時MMV4的輸出電平是邏輯1，則FF2的輸出宣告“淺層”的存在。報警閾值用P1從1m調整到10m。

Monostable MMV3在P2設定的特定時間內沒有回聲檢測時關閉顯示。當沒有收到回音時，LED D2保持熄滅。顯示器一直工作到MMV2改變。當接收到回聲時，D2立即開始閃爍。

值得更仔細地研究IC9。這是設備的核心。下一個圖顯示了IC9的各個步驟以及必要的外圍元件。

當IC5每200ms提供0.5s的脈沖持續(xù)時間時，IC9引腳8激活內置調制器并產生脈沖來傳輸超聲波，在我們的例子中是200kHz。調制器和第二高頻放大器（h.f.）共用協(xié)調電路L1/C14。在廣播中，這個電路連接到調制器，而接收器連接到放大器。這樣可以確保廣播和接收的調諧頻率相同。這個頻率的絕對值不是特別重要。

輸出級放大200 kHz脈沖信號，并通過晶體管驅動器T8和線圈L2驅動超聲波****。L2，分布****電容和C22在200kHz下形成一個調諧電路。

在傳輸脈沖之間的間隔中，檢測和評估回波。它應用于第一個高頻放大器（h.f.），然后通過P4傳輸?shù)降诙€放大器h.f.，后者現(xiàn)在連接到協(xié)調的L1/C14。電位計調整聲納靈敏度。選擇放大器的輸出驅動一個電平檢測器，它對高于某個電平的信號作出反應。接收信號中的噪聲脈沖通過脈沖中繼器和積分器檢測器的組合被丟棄。如果脈沖序列中斷，脈沖中繼器檢測器將接收到的回波判斷為偶發(fā)，并導致C15集成電容器放電。

如果接收到的脈沖很短（如噪聲脈沖），則C15沒有完全充電，脈沖被隨機拒絕。然而，如果脈沖中繼器探測器達到真實回波的脈沖，驅動成像被激活。如果顯示器工作時間過長，保護電路會停止顯示。這是通過從驅動信號給C19充電來實現(xiàn)的：當C19充電時，它運行一個內置在IC中的晶體管。

C9確保脈沖傳輸后第二高頻的放大很小，因此****元件的任何振蕩都不會被回波?？蓽y深度約為C9，因此可測深度不可接受。注意，在這種情況下，必須降低設備的靈敏度。

最有趣的一點是安裝****/接收元件。下一個圖表提出了一些解決方案。

也可以想象，一條垂直于血管寬度的線是垂直的。最后可能需要將發(fā)送/接收元件放在適配器盒中，如上面的diargam所示。如果船體是玻璃纖維的，整個裝置可以放在船體內部。電池與電路其余部分的連接電纜不得與其他電纜連接，以免受到噪聲脈沖的影響，從而降低電路的工作性能。注意這里：請勿縮短至發(fā)送/接收元件的電纜！如果你已經有了這樣的東西。你不必買一個新的，因為你幾乎可以肯定它將與聲納電路很好地工作。

VDO Echo Soynder Modis 120（工作頻率為200 kHz）、Sacce、Euroromarine、Seafare（工作頻率均為150 kHz）具有難以區(qū)分的****/接收元件。你會在大多數(shù)船用電器/電子設備商店找到這些產品。

與****/接收元件的定位困難相比，在電路板上制作電路板是兒童的玩具。L2線圈必須纏繞在手上，但L1可以隨時購買。三位數(shù)顯示在第二塊板上。

穩(wěn)壓器及其冰箱放置在帶有合適絕緣體的銅表面上，或在適當絕緣后，放置在箱體的一面墻上。在兩塊板之間，必須插入金屬板進行屏蔽。帶有相同符號的兩塊板的觸點必須相互連接。

注意安全：接地連接與帶有CL的板不在同一側。

同一板上的DS觸點必須橋接在地上，DP連接到5V。

盒子可以是塑料的或金屬的，但不能滲透。安裝過程中，電位計、開關、LED和插座的軸必須防水。紅色展示窗用防水膠粘在盒子里。不要忘記12±2V時的連接。必須在將板放入盒中之前進行設置。

首先設置P4為接收器的最大靈敏度。然后將****/接收元件垂直放置在距離反射面0.5米的范圍內。如果物品已經放置在其永久位置，在其前方0.5米處放置一個反射面（船不在水里?。。?。然后設置L1的核心，直到顯示器顯示2.3米。這是因為水中的聲音傳播速度僅為其在海上傳播速度的0.217。由于目標在空中的距離為0.5m，因此在海上的等效距離為0.5m/0.217=2.3m。

然后改變****/接收元件和反射面之間的距離?？諝庵械淖兓秶鸀?.5-1.5米，對應于海洋中23-6.8米的深度變化。描繪應顯示距離的變化。如果沒有，則需要調整L1核心以實現(xiàn)真正的最大靈敏度。

如果你有示波器，設置有點簡化。警告，因為如果您同時觸摸IC9的兩個引腳上的振蕩器端子。你需要一個新的IC9。

將示波器探頭連接至IC9針腳1，并使示波器與IC9針腳3信號同步。然后將L1的核心設置為最大回波幅度。在****脈沖后幾毫秒可見。

顯示器工作時聲納的電流消耗約為200mA，12V時平均為40mA。

線圈L2是手工制作的。它被包裹在一個直徑約為18毫米、高11毫米的合適芯中。二次繞組L2b的電感必須使得形成L2b的電路的諧振頻率、分布式****/接收透射率和C22與相同的****/接收元件頻率相同。

該頻率由關系式f=1/2πx L x C給出，其中f是諧振頻率，單位為Hz，L是H處的電感，C是總電容，單位為f。

逆項，L=1/4π2x f2x C，對于f=200kHz，C=3n2，我們得到L2b=198μH。

相應的匝數(shù)N由關系式N=L2b/Ls計算得出。式中，Ls是鐵氧體磁芯的特定電感。例如，如果Ls=250nH，則圈數(shù)變?yōu)?8圈。

如果線圈比為1:9，L2a必須有3圈。

如果使用具有不同特殊電感值的鐵氧體磁芯，上述計算當然應重新生成。匝數(shù)比可以保持在1:9。相應地，如果使用不同的****/接收元件，則必須重新計算L2電感。

此外，如果頻率不是200 kHz，則C14必須通過以下公式重新計算：C14=1/4π2x f2x L1，其中f是新頻率，L1=630μH。

觸發(fā)“淺”報警的深度由以下因素決定關系：深度（m） =9 x 106x（P1+R16+R17），其中R16、R17和P1的單位為Ω。

如果發(fā)送/接收元件不在船舶最深點，測量元件位置與龍骨較深點之間的距離Dk（深度差）。

將4098（IC6）更換為4538。將C9 12n與R13串聯(lián)，電阻Rk的值由關系式Dk=9 x 106x（Rk+104）計算得出，其中Dk以m為單位，nRk以Ω為單位。

因此，Rk=（106Dk/9）-104。

例如，Dk=1.5m Rk=157k。此后，顯示器將顯示從船舶最深點到海底的距離，而不是從****/接收元件的位置。

注意：設置P1時，應考慮Dk。

電阻器
R9 = 10M
R10, R14, R21, R22 = 1k
R11 = 11k
R12 = 470k
R13, R15, R17-R20, R25 = 10k
R16, R23 = 100k
R24 = 1M
R26, R27, R28, R31 = 5k6
R29, R30 = 100Ω
R32 = 10Ω
R33 = 5Ω6
P1 = 1M linear potentiometer
P2 = 1M pre-set
P3 = 100k adjustable
P4 = 5k, linear potentiometer

電容器
C4 = 10p
C5 = 22p
C6 = 560p
C7 = 10n
C8, C12, C16, C26 = 100n
C9, C10, C14, C17 = 1n (see text for C14).
C11 = 10μ / 16V
C13 = 12n MKT
C15, C18 = 220n
C19 = 680n
C20 = 2n2
C21 = 150p (400V)
C22 = 1n5 (400V) (see text)
C23 = 220μ / 25V
C24 = 470m / 16V
C25 = 100μ / 16V

半導體
D1, D3 = 1N4148
D2 = LED
T5, T7 = BC547B
T6 = BC160
T8 = BD140
IC3 = 4060
IC4 = 40102
IC5 = 555
IC6 = 4098 (or 4538, see text)
IC7 = 4538
LCMS = 4013
IC9 = LM1812 (National Semiconductor)

線圈
L1 = 630μH = YAN60033 (Toko)
L2 = see text

其他
S1、S2、SPST鎖
X1 = quartz crystal 6MHz
150 kHz或200 kHz傳感器

電阻器
R1-R7 = 22Ω
R8 = 82Ω

電容器
C1 = 10μ / 10V tantalum
C2a = 470m / 16V
C3 = 100n

半導體
DP2-DP4 = 7760 (D)
T2-T4 = BC140
IC1 = 74C928
IC2 = 7805

其他
IC2散熱器（5°C/W）