Генераторы ультразвуковых колебаний

Принцип действия

Ультразвуковой дальномер определяет расстояние до объектов точно так же, как это делают дельфины или летучие мыши. Он генерирует звуковые импульсы на частоте 40 кГц и слушает эхо. По времени распространения звуковой волны туда и обратно можно однозначно определить расстояние до объекта.

В отличие от инфракрасных дальномеров, на показания ультразвукового дальномера не влияют засветки от солнца или цвет объекта. Но могут возникнуть трудности с определением расстояния до пушистых или очень тонких предметов. Поэтому высокотехнологичную мышеловку выполнить на нём будет затруднительно.

При отражении звука от препятствия мы слышим эхо. Летучая мышь использует отражение ультразвуковых волн для полётов в темноте и для охоты на насекомых. По такому же принципу работает эхолот, с помощью которого измеряется глубина воды под днищем корабля или поиск рыбы.

Принцип передачи и приема ультразвуковой энергии лежит в основе многих очень популярных ультразвуковых датчиков и детекторов скорости. Ультразвуковые волны являются механическими акустическими волнами, частота которых лежит за пределами слышимости человеческого уха — более 20 кГц. Однако сигналы этих частот воспринимаются некоторыми животными: собаками, кошками, грызунами и насекомыми. А некоторые виды млекопитающих, таких как летучие мыши и дельфины, общаются друг с другом ультразвуковыми сигналами.

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДАТЧИК Lego Mindstorm EV 3. ЗРИ В КОРЕНЬ

Технические спецификации и особенности продукта:

  • Измерение расстояния в диапазоне от 1 до 250 см
  • Точность измерения до +/- 1 см
  • Передняя подсветка в виде красного кольца горит постоянно при передаче сигнала и мигает при прослушивании эфира
  • Если ультразвуковой сигнал распознан, датчик возвращает логическое значение «Истина»
  • Автоматическая идентификация производится программным обеспечением микрокомпьютера EV3

Рис. 1 Ультразвуковой датчик Lego Mindstorm EV 3 (стоимость вместе с внутренним микроконтроллером и микросхемами усиления сигнала $50, при себестоимости $5)

Рис. 2 Схема ультразвукового датчика Lego Mindstorm EV 3 (ultrasonic sensor hardware schematics) построена на микроконтроллере STM8S103F3

  • Введение в микроконтроллеры stm8
  • Микроконтроллер STM8S103F3
  • Схема центрального микроконтроллера LEGO MINDSTORMS EV3 programmable brick main hardware schematics

Рис. 3 Ультразвуковые излучатель AW8T40 и приемник AW8R40 ультразвукового датчика Lego Mindstorm EV 3

А может, купить готовый?

Да, можно, конечно, и купить подобное устройство в магазине — но стоят они там реально немаленькие деньги, их долговечность — под вопросом, а ремонтопригодность стремится к нулю. Единственное их преимущество — внешний вид, хотя подавляющее большинство бюджетных моделей и некоторые модели подороже всё равно выглядят как дешёвые китайские поделки, то есть не особо-то они и обладают этим преимуществом.  Цены покупных увлажнителей начинаются от $25, причем модели за эти деньги настолько слабые, что я вообще сомневаюсь в наличии какого-либо эффекта от их работы. 100 мл воды в час, серьёзно? Я думаю, если вы нальёте в контейнер воду и поставите это дело на батарею — у вас и то больше воды будет испаряться. 200-300мл воды в час — это минимальный показатель, на который надо ориентироваться.

Что такое холодный туман

Это метод уничтожения насекомых путем распыления жидкого вещества через специальный парогенератор (фоггер).

Главное преимущество этой технологии – возможность химических веществ долго находиться в воздухе во взвешенном состоянии и проникать в маленькие щели во всех поверхностях. Инсектицид попадает не только в ниши мебели, но и в пространство под натяжными потолками и обоями, трещины в стенах, мелкие неровности на полу. Струей из бытового аэрозоля это сделать невозможно.

Холодный и горячий туман: в чем разница

Горячий туман редко используется самостоятельно, чаще в комплексе с холодным. Это процесс распыления в помещении нагретого ядохимиката. Клопам, муравьям, тараканам наносят двойной удар: высокой температурой и инсектицидом.

Во время обработки квартиры температура в ней поднимается до 50°С.

Для этого используется термомеханический генератор. При такой технологии кладки паразитов уничтожаются со 100%-ной вероятностью. Яйца насекомых гибнут при температуре 45°С. Это способ пролонгированного действия: частички отравы в мелкодисперсном состоянии висят в воздухе почти 8 часов.

Его стоит использовать, если помещение заражено давно и другие попытки вывести паразитов не принесли успеха.

Но существует и 2 весомых недостатка:

  1. Горячий туман опасен для домашних растений, аквариумов, дорогой мебели и предметов интерьера.
  2. Эта процедура должна быть проведена только профессионалом.

Поэтому использование этого метода рационально, если обрабатываются промышленные объекты, открытые территории, грузовой транспорт или сильно зараженные дома.

Холодный туман более щадящий для окружающих. За счет невысокой температуры распыления он не оказывает негативного влияния на мебель, обои и растения. После него не остается стойкого запаха ядохимикатов. Он смертелен для взрослых особей и только родившихся паразитов, но он не дает гарантии, что погибнут все яйца насекомых.

Основные параметры ультразвука

Основными параметрами ультразвуковой волны принято считать длину волны и период. Время, которое требуется для полного цикла, принято называть периодом волны, измеряется оно в секундах.

Мощнейшим генератором ультразвуковых волн считается УЗ-излучатель. Человеку не под силу слышать ультразвуковую частоту, но его организм способен ее чувствовать. Если говорить другими словами, то человеческое ухо воспринимает ультразвуковую частоту, но участок мозга, отвечающий за слух, не в силах сделать расшифровку этой звуковой волны. Для человеческого слуха неприятна высокая частота, но, если поднять частоту на еще один диапазон, то звук полностью исчезнет — несмотря на то, что в УЗ-частоте он есть. И мозг прилагает усилия, чтобы безуспешно его раскодировать, из-за этого у человека возникает жуткая головная боль, головокружение, тошнота и другие не совсем приятные ощущения.

Генераторы ультразвуковых колебаний используются во всех областях техники и науки. Например, ультразвуку под силу не только постирать белье, но и сваривать металл. В современном мире УЗ активно применяется в сельскохозяйственной технике для отпугивания грызунов, поскольку организм большинства животных приспособлен к общению с себе подобными на ультразвуковой частоте. Также следует сказать, что генератор ультразвуковых волн способен отпугивать и насекомых — сегодня многие производители выпускают такого рода электронные репелленты.

Модели с однопереходными конденсаторами

Как сделать генератор электрического тока в домашних условиях

Устройства этого типа способны обеспечивать проводимость на уровне 5 мк. У них довольно высокая чувствительность. Стержни на ультразвуковой излучатель устанавливаются диаметром от 2 см. Обмотки используются только с кольцами из резины. В нижней части устройств применяются дипольные клеммы. Общий уровень сопротивления при загруженности составляет 5 Ом. Конденсаторы разрешается устанавливать на излучатели через расширители. Для продления низких частот используются переходники.

При необходимости можно сделать модификацию на два конденсатора. Для этого клеммы устанавливаются с проводимостью от 2,2 мк. Стержень подбирается небольшого диаметра. Также надо отметить, что потребуется короткая подставка из сплава алюминия. В качестве изоляции для клемм применяется изолента. В верхней части излучателя крепится два кольца. Непосредственно конденсаторы монтируются через дипольный расширитель. Общий уровень сопротивления не должен превышать 35 Ом. Чувствительность зависит от проводимости клемм.

Главный недостаток ультразвукового увлажнителя воздуха

Да, не всё с ним идеально. Дело в том, что у первых двух типов увлажнителей испарение происходит более-менее натурально, то есть какой бы чистоты воду вы не залили в резервуар — испаряться будет лишь чистая вода. То есть все соли, известь, железо и прочие нехорошие примеси, которые у многих обычно остаются на стенках чайников — останутся и в увлажнителе, его можно будет помыть и он будет работать дальше. С ультразвуковым увлажнителем (а продавцы часто не упоминают этого) такой трюк не пройдёт — в них нужно заливать только чистую воду. И говоря «чистую» я не имею в виду какие-то фильтры типа «кувшин», в который сверху наливаешь воду и она медленно самотёком протекает в нижний резервуар — они не предоставляют требуемой степени очистки, хоть и делают воду намного более пригодной для использования. Нет, для таких увлажнителей нужна только максимально чистая вода, из фильтра с системой обратного осмоса. (Ну или покупайте дистиллированную воду, но, имхо, это бред)

Серьёзно, если у вас до сих пор нет такого фильтра — обязательно обзаведитесь им, и я знаю, что он стоит недёшево. Забейте на увлажнитель: у вас есть проблема посерьёзнее.

Почему так важно лить в него чистую воду? Всё дело в том, что в подобных увлажнителях фактически не происходит испарения воды — она просто мелким туманом выбрасывается наружу, и уже этот туман постепенно испаряется, вода из него как-бы впитывается в воздух, увлажняя его. А все примеси — нет, они просто оседают на прилегающие к увлажнителю поверхности, покрывая их белёсым налётом

А часть этого дерьма, возможно, остаётся во вдыхаемом вами воздухе (в этом я не уверен, но как вариант). Оно вам надо? Конечно нет! Поэтому, если вам негде брать воду для ультразвукового увлажнителя — делайте испарительный, либо покупайте. А лучше купите, блин, фильтр! Здоровье дороже!

Да, и от грязной воды отложения будут откладываться, я думаю, и на самом генераторе, что негативно скажется на его сроке службы.

Ещё не передумали? Тогда продолжаем!

Для чего нужна

Сфера применения ванны шире, чем можно себе представить. Ультразвуковые агрегаты большего размера используют на предприятиях для очистки крупных деталей, инструментов, заготовок. Существуют ванны с ультразвуком даже для стирки белья, мытья посуды, обработки овощей. Ультразвуковой излучатель встроен во многие модели современных стиральных машин. Бытовые ванны часто покупают, чтобы мыть детали, платы, форсунки и ювелирные изделия.

Для чистки форсунок

Форсунка – механизм, представляющий собой элементарный клапан, электромагнитный, который дозирует подачу и распыл топлива (он должен делать это максимально точно). Засоренные форсунки промыть сложно, но ультразвуковая ванночка справляется с этим заданием. При необходимости, инжектор с форсунками снимают и производят промывку волнами на щадящей частоте, повторяя процедуру несколько раз.

  • Как мариновать чесночные стрелки на зиму
  • Что такое розовый лишай Жибера и как его вылечить: фото
  • Как варить чечевицу

Для телефонов

Упавший в воду телефон можно спасти, промыв материнскую плату ультразвуком определенной частоты. Для такой процедуры в технических сервисах тоже используется бытовая отмывочная ванночка. Мастер извлечет плату, снимет с нее детали, которым вреден контакт с водой (камеру, динамик, микрофон), опустит внутрь ванны, зальет специальным раствором и включит прибор для работы в заданной частоте. Плата очистится пузырьками воздуха, функционирование телефона будет восстановлено.

Для промывки деталей

Использовать ультразвуковую ванночку можно для очистки оптики, металлических, иных твердых деталей от грязи, инородных компонентов, следов пайки или шлифовки. Применяют устройство для очистки узлов и деталей оргтехники (отлично подходит для промывки принтерных головок, увеличивает срок их эксплуатации). Очень ценят ванну с ультразвуком мастера ювелирного производства. Даже сильно загрязненные в процессе носки изделия становятся абсолютно чистыми через несколько минут обработки.

4.1. УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ С НЕЗАВИСИМЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

В генераторах с независимым возбуждением электрические колебания УЗ частоты вырабатываются отдельным генератором малой мощности — задающим генератором. Малая мощность задающего генератора позволяет легко выполнять условия получения необходимого электрического сигнала и обеспечивать его изменения при перестройках.

Сигнал с задающего генератора усиливается каскадом предварительного усиления, обеспечивающим необходимые условия работы выходного каскада и устраняющим влияние усилителя мощности на режим работы задающего генератора.

Выходной каскад — усилитель мощности доводит мощность на выходе генератора до требуемой величины. Согласование выходного каскада генератора с ультразвуковой колебательной системой осуществляется колебательным контуром, компенсирующим реактивные составляющие токов и напряжений преобразователя.

Генератор с независимым возбуждением позволяет обеспечить плавную регулировку его рабочей частоты в широких пределах, очень прост в реализации и использовании.

По этой причине, для создания УЗ многофункционального аппарата мощностью 25 Вт для индивидуального потребителя использована принципиальная схема генератора с независимым возбуждением, показанная на рис. 4.2.

Схема включает в себя перестраиваемый задающий генератор, выполненный на элементах DD1.1, DD1.2, буферный каскад на элементе DD1.3, формирователь прямоугольных импульсов на элементе DD2, предварительный усилитель на транзисторах VT1, VT2, усилитель мощности на транзисторах VT3, VT4, высоковольтный источник питания (300В), выполненный на элементах VD1 — VD4, С2, С3, низковольтный стабилизированный источник питания ( 9 В ) задающего генератора на элементах VS1, R8, VD5, C4, C5, источник питания предварительного усилителя, выполненный на элементах VD8, VD9.

Рабочая частота генератора определяется элементами положительной обратной связи задающего генератора и регулируется потенциометром R2.

Трансформатор TR1 обеспечивает задержку включения одного из транзисторов выходного каскада на время, необходимое для рассасывания заряда на базе второго транзистора перед его включением. Это исключает появление сквозных токов через транзисторы VT3, VT4.

Кроме того, транзисторы выходного каскада защищены диодами VD6, VD7 от инверсного режима работы, возникающего при рассогласовании генератора с нагрузкой.

Несомненное достоинство генераторов с независимым возбуждением — возможность их перестройки в широких пределах.

Недостатки таких генераторов заключаются в трудности точной настройки на частоту механического резонанса колебательной системы и невозможности отслеживания быстроизменяющихся параметров обрабатываемых сред.

Большую часть времени генератор с независимым возбуждением работает не в оптимальном режиме (т.е. вблизи, а не на резонансной частоте колебательной системы), что приводит к дополнительным потерям энергии и снижению КПД.

Действия инфразвука

Инфразвуковые действия происходят за счет резонанса, который является частотой колебания большого количества процессов в организме. Альфа, бета и дельта-ритмы мозга тоже происходят на чистоте инфразвука, как, в принципе, и биение сердца.

Инфразвуковые колебания могут совпадать с колебаниями в теле. Впоследствии последние усиливаются, за счет чего происходит сбой работы какого-то органа. Может дело дойти не только до травмы, но также и до разрыва.

Частота колебаний в человеческом организме варьируется от 8 до 15 герц. В то время, когда на человека происходит воздействие звуковым излучением, все физические колебания могут попасть в резонанс, а вот амплитуда микросудорог увеличится во много раз.

Естественно, ощущение того, что воздействует, человек не сумеет понять, ведь звука не слышно. Однако присутствует некое состояние тревожности. Если же происходит крайне длительное и активное воздействие особого звука на весь человеческий орган, то происходят разрывы внутренних сосудов, а также капилляров.

Тайфун, землетрясение и вулканическое извержение излучают частоту в 7-13 герц, что дает призыв человеку быстро ретироваться с места, где происходят бедствия. Инфразвук и ультразвук очень легко может довести человека до самоубийства.

Очень опасным промежутком звука является частота в 6-9 герц. Очень сильные психотронные эффекты более всего оказываются на частоте в 7 герц, которая является аналогичной природному колебанию мозга.

В такой момент любая работа умственного характера попросту становится невозможной, так как есть ощущение того, что голова в любой момент может «лопнуть, как арбуз». Если же идет не сильное воздействие, тогда просто звенит в ушах и появляется чувство тошноты, ухудшается зрение и человек поддается безотчетному страху.

Виды отпугивателей собак

Отпугиватели собак классифицируют следующим образом:

ультразвуковые (электронные). Прибор излучает сигнал большой мощности по направлению животного. Ультразвук оказывает угнетающее действие на собак, вынуждая их уйти, а порой даже убежать. На человека отпугиватель не оказывает никакого вредного воздействия. Прибор имеет небольшие размеры, что позволяет его носить в сумке или кармане;
электрические. Также отличаются компактностью. При нажатии на кнопку издают характерное потрескивание, выделяя озон, который не нравится собакам. Такое устройство опасно для животного, поскольку может ударить током и даже временно парализовать

Важно также то, что электрический отпугиватель заставит разомкнуть челюсти, если пес в вас вцепился;
газовые. Имеют вид газового баллончика, наполненного химическим веществом

При покупке такого отпугивателя следует ознакомиться с описанием, поскольку далеко не каждые средства оказывают эффективное воздействие на собак. В случае использования такого баллончика животное должно убежать и больше не проявлять агрессию;
отпугивающий запах. Поскольку у собак хорошее обоняние, им совсем не нравится запах медицинского спирта. Для отпугивания потребуется смочить тампон этим веществом. Однако недостаток такого средства состоит в том, что спирт быстро испаряется, да и носить его придется постоянно с собой. Раздражающее действие также оказывает перец-стручок, запах цитрусовых.

Какие материалы и инструменты нужны

Сконструировать УЗВ не сложно, но перед сборкой необходимо подготовить все детали, которые понадобятся в процессе работы. Сначала изготавливается плата по специальной схеме. При помощи паяльника на ней будут соединяться в цепь все электротехнические элементы конструкции.

Список нужных материалов:

  1. Металлический сосуд. Основа всей конструкции, можно использовать миску или небольшую (на 1-2 л) кастрюлю из нержавейки.
  2. Емкость из диэлектрика (керамики или фарфора). Должна помещаться в металлическую посудину, иметь ровную поверхность без повреждений.
  3. Импульсный трансформатор. Выполняет функцию усиления и поддержания напряжения на требуемом уровне.
  4. Магниты круглой формы. Понадобится 4-6 штук, не имеет значения, новых или старых (можно снять с негодных динамиков).
  5. Непроводящий стержень (например, из стекла).
  6. Магнитная катушка с ферритовым сердечником.
  7. Пластиковая трубка (2-3 см в диаметре). Предназначена для подачи и слива очищающей жидкости.
  8. Эпоксидный клей. С его помощью скрепляются некоторые детали.

Чтобы очищающий раствор в ванне непрерывно обновлялся, конструкция дополнительно оснащается насосом.

На чем основывается работа?

В задаче устройства – создание высоких звуковых колебаний (частоты от 30 до 70 кГц), к которым чувствительны грызуны. Однако, если частота постоянная, то вредители могут адаптироваться. Поэтому частота ультразвука должна периодически меняться во всем диапазоне.

При работе прибора у особей наблюдается нарастание чувства опасности и тревоги, что заставляет их покидать насиженное жилище.

Универсальный ультразвуковой отпугиватель

Особенности ультразвукового отпугивателя:

  1. При использовании отпугивателя запрещаются иные методы борьбы, например яды, основанные на приманке животных и разные ловушки. Потому как с данным прибором, который создает дискомфорт для грызунов, у них противоположное воздействие.
  2. Ультразвуковые волны отталкиваются от твердых предметов и поглощаются мягкими. Следовательно, в более свободном и просторном помещении прибор наиболее эффективен. Через стены ультразвук не проходит, поэтому в каждую комнату потребуется отдельный отпугиватель.
  3. Устройство на батарейках в неотапливаемых помещениях зимой применять не следует. Батарейки замерзнут при минусовой температуре.
  4. Для достижения максимального эффекта прибор должен работать беспрерывно в течение месяца.
  5. Отпугиватели во всех комнатах должны работать одновременно, чтобы грызуны не уходили из комнаты в комнату, а навсегда покинули дом.
  6. Для профилактики данное устройство не используют, поэтому его выключают после устранения всех вредителей.

Как сделать устройство своими руками?

Для тех, кто знаком с электроникой, сделать ультразвуковой отпугиватель мышей и крыс своими руками не составит особого труда. В интернете можно найти множество подробных схем и видео  по сборке данного прибора. Зачастую устройство состоит из:

  • резистров переменных и обычных – понижают в сети напряжение, регулируют уровень выхода ультразвука;
  • транзисторов – создают частотный контур;
  • конденсатора – сглаживает пульсацию тока в сети схемы;
  • выключателя (тумблер) – включает и выключает устройство;
  • пьезоизлучателя – производит ультразвуковые сигналы — главный элемент устройства;
  • диодов – защищают отпугиватель от неверного подключения к питанию;
  • элемента питания – крона либо блок питания.

Ультразвуковая мембрана

Все детали и комплектующие можно приобрести в магазине радиолюбителя. Кроме этого понадобятся приспособления для спайки радиосхемы. Размеры отпугивателя компактные. Особая настройка прибора не потребуется. Возможно понадобится лишь подстроить частоты.

Этапы работы

Существует несколько вариантов сборки ультразвукового отпугивателя грызунов своими руками. Выбирать конкретную схему нужно исходя из мощности будущего устройства, имеющихся деталей, навыков в пайке и многого другого.

Однако, не зависимо от выбранного вами способа сборки, общий алгоритм действий будет следующим:

Схема ультразвукового отпугивателя

  1. Выберите чертеж отпугивателя, исходя из ваших личных потребностей.
  2. Купите необходимые радиодетали. Некоторые детали вы вполне сможете найти дома. К примеру, динамик можно выпаять из старого приемника или магнитофона.
  3. Подготовьте паяльник и вспомогательные вещества (олово, канифоль, флюс, кислоту и т.д.).
  4. Спаяйте основу ультразвукового отпугивателя – симметричный мультивибратор, согласно выбранной схеме.
  5. Подключите динамик и элемент питания. В динамике должен появиться слегка уловимый писк.
  6. Если писка в динамике нет, или он слишком сильный, нужно, соответственно повышать или понижать частоту устройства. Делается это при помощи повышения или понижения емкости конденсаторов на 0,1 мкф.

Простейшее ультразвуковое устройство для отпугивания грызунов готово. Чтобы сделать более сложный отпугиватель, который будет автоматически менять частоту колебаний, потребуется серьезное оборудование и немалые навыки в расчетах и пайке микросхем.

Правила эксплуатации самодельного устройства

При использовании ванны, изготовленной самостоятельно, необходимо соблюдать правила техники безопасности при работе с электроприборами. Закладывать предметы в раствор можно, только защитив руки резиновыми перчатками. Иначе агрессивная среда может повредить кожу или вызвать аллергическую реакцию.

Техническое состояние электроцепи также требует проверки — при продолжительной эксплуатации ванны возможны короткие замыкания и перегрев обмоток трансформатора. Мелкие детали можно избавить от загрязнений, поместив их в стакан с очищающим раствором, приставленный к УЗВ, заполненной чистой водой.