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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Dispositif de signalisation hydroacoustique. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / L'électronique au quotidien Malgré le vaste réseau de services de secours sur les eaux, il y a toujours des accidents, généralement causés par une violation des règles de comportement sur l'eau. L'une des principales tâches auxquelles sont confrontés les sauveteurs est la fourniture rapide d'une assistance aux victimes. Cela dépend de la rapidité avec laquelle une personne en détresse, ou qui vient de se noyer, sera secourue ou non. L'article décrit un ensemble de dispositifs conçus pour signaler un nageur qui se noie. Ce kit est nécessaire lors de la réalisation de travaux liés à la plongée de courte durée à faible profondeur sans équipement de plongée. L'alarme hydroacoustique est indispensable lors des compétitions de plongée pendant toute la durée du séjour sous l'eau. L'idée même de signaler à l'aide d'équipements radio un séjour sous l'eau trop long, et donc potentiellement mortel, mérite l'attention des radioamateurs. Un capteur qui réagit à un long séjour à une profondeur de 1 à 2 m sous l'eau n'est pas universel, car un accident peut se produire à une profondeur moindre. Il faudrait concevoir un capteur qui réponde à l’arrêt de la respiration ou du rythme cardiaque. Il existe encore de nombreux problèmes non résolus dans le domaine de l'utilisation de l'électronique pour la plongée sous-marine et, en particulier, pour créer des communications fiables sous l'eau. Cela ouvre la voie à la créativité des radioamateurs qui doivent aider les sauveteurs dans leur noble et difficile tâche. L'équipement hydroacoustique pour la signalisation automatique d'une personne qui se noie se compose d'émetteurs automatiques de petite taille et d'un récepteur "de service". Les émetteurs sont fixés au corps des nageurs et le récepteur est situé au poste de secours juste à côté de l'eau. Lorsque des signaux de détresse sont reçus de l'un des émetteurs du poste de secours, les alarmes lumineuses et sonores sont automatiquement activées. La portée de l'équipement est d'environ 200 m. Émetteur L'émetteur, dont le schéma fonctionnel est représenté sur la Fig. 1, et le schéma de circuit est sur la Fig. 2, se compose d'un capteur à immersion, d'un relais temporisé et d'un générateur de vibrations ultrasonores avec un émetteur piézocéramique. La fréquence de fonctionnement de l'émetteur est de 53 kHz.
Afin d'augmenter la fiabilité et l'efficacité de l'émetteur, son alimentation est activée par les contacts du capteur d'immersion, qui est réglé de manière à ce que le circuit se produise lorsqu'il est immergé à une profondeur de plus de 0,2 à 0,5 m.
Le relais temporisé élimine la possibilité d'envoyer de faux signaux lorsque les nageurs plongent et allume l'émetteur seulement 55 à 60 secondes après le déclenchement du capteur de plongée. Ce temps de rétention a été choisi en fonction du fait qu'un nageur entraîné est capable de retenir sa respiration sous l'eau pendant environ une minute : tout cas où une personne reste sous l'eau pendant plus d'une minute peut être considéré comme mettant sa vie en danger. Si, dans la pratique, il existe des cas où un plongeur peut rester sous l'eau pendant plus d'une minute, alors, d'une part, une fois que le nageur s'est élevé à une profondeur inférieure à la limite du capteur d'immersion, l'alarme s'éteindra et, d'autre part, le Le récepteur dispose d'un temps de relais supplémentaire dont la durée peut être ajustée en fonction des besoins dans de larges limites. Des transducteurs piézocéramiques en titanate de baryum avec une sensibilité de 3-10 μV/bar, ayant la forme d'un cylindre creux avec un diamètre extérieur de 30 mm, un diamètre intérieur de 26 mm et une hauteur de 28 mm, sont utilisés pour émettre et recevoir des vibrations ultrasonores dans l'émetteur et le récepteur. Le rendement électroacoustique de tels transducteurs est d'environ 25 %. La forme cylindrique des transducteurs permet d'obtenir une directivité circulaire du récepteur et de l'émetteur, tandis qu'un rapport suffisamment faible de la hauteur du transducteur à la longueur d'onde de fonctionnement rapproche la directivité de sphérique. Et pourtant, pour les transducteurs cylindriques, la caractéristique spatiale du rayonnement (réception) présente des zones de faible intensité (sensibilité) des signaux. Bien que la probabilité de coïncidence des zones de faible intensité des émetteurs avec une zone de faible sensibilité du récepteur soit faible, il est souhaitable de ne pas avoir du tout ces zones. Pour obtenir une caractéristique complète sphérique et uniforme du rayonnement (réception) dans l'espace, il sera plus efficace d'utiliser des convertisseurs sphériques dans les équipements. Le générateur de vibrations ultrasonores et le relais temporisé sont réalisés sur deux transistors T1 et T2 de types P-13A et P-401. Sur le premier d'entre eux, un relais temporisé est monté et sur le second, le générateur lui-même. Le générateur est assemblé selon le schéma avec rétroaction inductive. L'émetteur utilise deux piles D-0,06 connectées en série comme source d'alimentation. Lorsqu'il est immergé à une profondeur inférieure à 0,2-0,5 m, l'émetteur ne consomme pas d'énergie électrique ; à une plus grande profondeur, lorsque le relais temporisé fonctionne, la consommation de courant est de 4,0 mA. En mode rayonnement, l'émetteur consomme un courant de 3,0 mA, on peut donc en pratique considérer que la durée de fonctionnement des sources au lithium pendant un cycle est déterminée par le temps de leur autodécharge. La puissance électrique de sortie de l'émetteur est de 6,0 mW, la puissance acoustique est d'environ 2 mW. L'emplacement des pièces de l'émetteur est illustré à la figure 4.
L'émetteur est monté à l'intérieur du boîtier du transducteur piézocéramique sur une carte getinax rectangulaire aux dimensions de 15x22 mm. Le transistor T2 est pris avec un gain d'au moins 60. Le transformateur Tp1 est réalisé sur un anneau de ferrite (F-600) d'un diamètre extérieur de 8 mm. Les enroulements I et II contiennent respectivement 70 et 9 tours de fil PELSHO 0,17. Afin d'obtenir les dimensions les plus réduites, le condensateur C1 est assemblé à partir de 12 condensateurs en parallèle de type EMI 10 microfarad 3B. L'extrémité inférieure du transducteur (PKP) est fixée avec de la colle 88 dans la rainure du couvercle figuré getinaks. Le couvercle a un compartiment à piles scellé. Les piles sont remplacées par le bas du couvercle, fixé avec six vis. L'étanchéité du fond est réalisée au moyen d'un joint rond en caoutchouc d'une section de 2x2 mm et d'un diamètre de 20 mm. Un dessin schématique du capteur d'immersion est donné à la fig. 5. Le groupe de contact (K) du capteur d'immersion est fixé à l'intérieur du couvercle supérieur (VC) du transducteur. L'élément de réception du capteur d'immersion est une tige de support (1) réalisée sous la forme d'un champignon.
Le diamètre de la plate-forme supérieure est de 10 mm. Le caoutchouc élastique (88) de 2-0,2 mm d'épaisseur est collé sur le dessus du couvercle et la goupille de support avec de la colle 0,3. Lorsque l'émetteur est immergé à une profondeur de 0,2 à 0,5 m, la broche de support sous la pression de l'eau, se déplaçant jusqu'au limiteur, commute les contacts. Le capteur de profondeur est réglé en utilisant une charge égale à la force de pression d'une colonne d'eau de 0,2 à 0,5 m de haut (environ 40 g). La fréquence de génération est déterminée par l'inductance de l'enroulement primaire du transformateur Tr1 et la capacité du transducteur piézocéramique. L'émetteur est réglé à l'aide d'un fréquencemètre sur la fréquence de résonance du convertisseur en modifiant le nombre de tours de l'enroulement primaire du transformateur. Le réglage de l'émetteur en connectant un condensateur supplémentaire en parallèle avec le convertisseur n'est pas souhaitable, car cela entraîne une perte inutile de puissance de sortie de l'émetteur. L'exposition du relais temporisé est contrôlée en modifiant la valeur de capacité du condensateur C1. La question du placement le plus rationnel de l'émetteur sur une personne qui se baigne est d'une importance non négligeable tant du point de vue du blindage indésirable des signaux de l'émetteur par le corps humain que du point de vue de la garantie de la liberté de mouvement des le nageur dans l'eau. Comme l'expérience l'a montré, l'option la plus pratique pour placer l'émetteur sur une personne qui se baigne doit être considérée comme un support sur un bonnet de bain, dans une "poche" en caoutchouc spécialement prévue à cet effet. En raison du faible poids (50 g dans l'air et 22 g dans l'eau), ce mode de fixation ne cause pas d'inconvénients. Récepteur Les vibrations ultrasonores se propageant de l'émetteur à travers l'eau sont perçues par le transducteur piézocéramique, amplifiées par le trajet récepteur-amplificateur, et déclenchent une alarme. Le schéma de circuit du récepteur est illustré à la fig. 3. Il est monté sur huit transistors dans une sorte de circuit superhétérodyne avec un émetteur mis à la terre et est conçu pour fonctionner à une fréquence fixe de 53 kHz. Tension d'alimentation nominale - 15 V (quatre piles KBS-L-0,5) ; lorsque la tension d'alimentation chute à 11 V, les performances du récepteur sont entièrement préservées.
Riz. 3. Le condensateur C17 doit être connecté au collecteur du transistor T8. La consommation de courant en mode veille est d'environ 17-20 mA ; en mode d'activation de l'indicateur préliminaire d'environ 105 mA et en mode d'alarme - pas plus de 300 mA. Le gain de tension du récepteur est de 6-9-105. La sensibilité, déterminée par la valeur minimale du signal à la base du premier transistor, à laquelle le relais P1 est activé, est de 1 μV. L'amplificateur RF est constitué de trois étages montés sur des transistors T1, T2, T3. Le convertisseur PKP, avec l'enroulement primaire du transformateur Tp1, forme un circuit accordé en résonance à une fréquence de 53 kHz. Les transformateurs d'adaptation inter-étages Tr2 et Tr3 sont également une charge résonnante et augmentent la sélectivité du récepteur. Pour obtenir un gain maximal et réduire la probabilité d'auto-excitation des étages d'amplification RF, les deuxième et troisième étages sont assemblés selon un circuit cascode avec alimentation parallèle. Les vibrations ultrasonores amplifiées, ainsi que la fréquence de l'oscillateur local de l'enroulement secondaire du transformateur Tr3, sont transmises au mélangeur, monté sur le transistor T4. L'oscillateur local récepteur est monté sur un transistor T8 de la même façon que le générateur émetteur. Les oscillations basse fréquence, qui sont la différence entre les fréquences du signal principal et de l'oscillateur local, isolé dans l'enroulement I du transformateur Tp4, sont amplifiées par l'étage amplificateur basse fréquence, réalisé sur le transistor T5. Après redressement (diode D1), la tension du signal est appliquée à l'amplificateur de courant continu (transistor T6) avec un relais polarisé très sensible P1 dans le circuit collecteur. Lorsqu'un signal est reçu, le relais P1 est activé. Par les contacts de ce relais, l'alimentation est fournie à l'indicateur préliminaire - l'ampoule L1, à un pôle de la sonnerie d'alarme (ZV) et en même temps la tension d'alimentation négative est supprimée du condensateur C16 et de la base de le transistor de relais temporisé T7 ouvert avant. Dans ce cas, les contacts du relais P2 sont ouverts. Le condensateur C16 commence à se décharger sur la résistance R24, et après un certain temps, le courant du transistor T7 diminuera tellement que l'armature du relais P2 fera basculer les contacts du relais et le plus de la source d'alimentation se connectera à la deuxième sortie de la cloche, déclenchant l'alarme. Le temps d'exposition du relais temporisé peut varier de 0 à 60 secondes. à l'aide d'une résistance variable R24, affichée en face avant du récepteur. Dans un récepteur en état de marche, avec un léger frottement d'un doigt sur la surface du transducteur, l'ampoule L1 s'allume et une alarme sonore se déclenche. Le récepteur est monté sur deux cartes getinax montées sur le châssis et sur le panneau avant de l'appareil, fixées de manière rigide au châssis. Le châssis est inséré dans un boîtier métallique de 240x145x180 mm, sur lequel est fixée une poignée pour porter l'appareil et des serrures pour fixer le châssis à l'intérieur du boîtier. Le montage et l'emplacement des pièces du récepteur sont clairement visibles sur la Fig. 6.
Sur la face avant du récepteur sont affichés : l'interrupteur P1, le voyant lumineux L1, le bouton du potentiomètre R24 avec une échelle de réglage de la temporisation et un connecteur pour connecter un câble coaxial avec un transducteur hydroacoustique. On utilise les relais P1 et P2 de type RP-5, tout ou rien avec une prédominance. La résistance des enroulements du relais est de 6000 ohms. Le transducteur hydroacoustique du récepteur est fixé entre deux couvercles en laiton, qui sont tirés ensemble par trois broches. L'étanchéité de la cavité interne du transducteur est réalisée par des joints en caoutchouc dans les rainures. L'un des couvercles a un presse-étoupe avec un joint en caoutchouc, à travers lequel le câble RK-1 est inséré à partir du récepteur. Les données d'enroulement des transformateurs sont données dans le tableau. une.
Lors du montage du récepteur, une attention particulière doit être portée au placement des étages d'amplification RF et de l'oscillateur local. Les transformateurs doivent être placés les uns des autres à une distance d'au moins 30 mm et de sorte que leurs axes de symétrie soient situés à un angle de 90 ° ; il est souhaitable de monter l'oscillateur local sur une carte séparée avec la partie exécutive du récepteur. Après avoir vérifié la bonne installation du récepteur, l'alimentation est mise sous tension et les modes des transistors sont vérifiés pour le courant continu (voir tableau 2).
notes: 1. Les modes de transistor sont donnés à Uin = 1-2 μV. Après cela, configurez l'amplificateur RF. Pourquoi désactiver l'oscillateur local et des oscillations non modulées d'une fréquence de 0,05 kHz sont transmises à l'entrée du récepteur à partir du générateur de signal standard via un condensateur d'une capacité de 0,1 à 53 microfarads; la tension haute fréquence amplifiée est mesurée avec un voltmètre à tube au collecteur du transistor T3. Lorsque le signal provenant de l'entrée du récepteur est désactivé, le voltmètre doit indiquer la tension du bruit intrinsèque du récepteur. La valeur de ces bruits, donnée à l'entrée, ne doit pas dépasser 0,01 μV pour le récepteur accordé (avec l'entrée court-circuitée). Si, lorsque le signal est désactivé, le voltmètre affiche une tension nettement supérieure au niveau de bruit, cela indique une excitation dans les étages d'amplification RF. Pour éliminer cela, les transformateurs Tr2 et Tr3 doivent être quelque peu séparés l'un de l'autre, dans certains cas, cela aide à changer les extrémités des enroulements secondaires de ces transformateurs. Ensuite, il faut faire résonner les circuits des transformateurs Tp1, Tp2 et Tr3 en modifiant les valeurs des condensateurs C3 et C8 ou en sélectionnant le nombre de spires des enroulements primaires. Enfin, le circuit formé par le transducteur hydroacoustique et l'enroulement primaire du transformateur Tp1 est accordé. Dans ce cas, le signal à l'entrée du récepteur est perçu directement par le convertisseur du panneau de commande à partir de la bobine d'inductance connectée à la sortie GSS et installée à une distance de 10-15 cm du panneau de commande. Un signal avec une tension d'environ 1 V est appliqué à l'inductance avec le GSS. La mise en résonance du circuit d'entrée est obtenue en modifiant le nombre de tours de l'enroulement I ou en connectant des condensateurs en parallèle avec le circuit. La résonance est déterminée par la lecture maximale du voltmètre. La sensibilité du récepteur après avoir réglé le circuit d'entrée doit augmenter de 1,5 à 2 fois. L'oscillateur local connecté au circuit est accordé par un fréquencemètre à une fréquence de 51-51,5 kHz en modifiant le nombre de tours de l'enroulement I du transformateur Tp5 et d'un noyau d'accord. Le fonctionnement du mélangeur et de l'amplificateur de basse est vérifié lorsqu'une fréquence de 53 kHz du GSS est appliquée à l'entrée du récepteur. La plus grande amplification et la meilleure transmission des signaux basse fréquence sont obtenues en sélectionnant une polarisation basée sur le transistor T4 en utilisant les résistances R10 et R12. Le relais P1 de la partie exécutive du récepteur doit fonctionner à une tension à la base du transistor T6 moins 0,1-0,2 V, le courant du collecteur dans ce cas est de 0,15-0,2 mA ; lors de l'installation de relais électromagnétiques avec des enroulements à faible résistance, le courant du collecteur peut augmenter jusqu'à 8-10 mA. Après avoir installé l'émetteur et le récepteur séparément, le fonctionnement de tous les équipements dans l'eau est vérifié. Auteurs : A. Davydov, B. Davydov ; Publication : N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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