Der Wandler basiert auf einer bimorphen piezokeramischen Scheibe, die entlang des Außenumfangs auf einem elastischen Träger befestigt ist. In der Mitte der Scheibe ist ein kegelförmiger Resonator aus Aluminiumfolie aufgeklebt, der die Effizienz der Energieumwandlung erhöht. Das „geerdete“ Metallgehäuse schützt den Wandler vor elektrischem Rauschen.

Auf Abb. 2 zeigt die Abhängigkeiten des Eingangswiderstands |Zp| von der Frequenz des Moduls und Empfindlichkeit uxx des Wandlers mit Lastwiderstand Rн->oo. Das Eingangsimpedanzmodul hat zwei Extremwerte: bei der Frequenz fmi - dem Minimum der Eingangsimpedanz, bei der Frequenz fa (Antiresonanzfrequenz) - dem Maximum der Eingangsimpedanz. Die Empfindlichkeit hat ein Maximum bei einer Frequenz nahe der Antiresonanzfrequenz fa.

Ris.2

Der Abstand zwischen den Frequenzen fmi und fv beträgt im Mittel etwa 2 kHz. Wenn der Lastwiderstand Rn abnimmt, nimmt die Frequenz, bei der die Empfindlichkeit des Wandlers maximal ist, ab und tendiert zu fmi bei Rn -> 0 in der Grenze.

Aufgrund der Nichtlinearität der Eigenschaften von Piezokeramiken nimmt die Resonanzfrequenz fmi mit steigender Eingangsspannung etwas ab, gleichzeitig steigt auch der Eingangswiderstand. Bild 3 zeigt den Amplitudenverlauf des Wandlers in Abhängigkeit von der Resonanzfrequenz fmi und dem Resonanzwert des Eingangswiderstandsmoduls |Zp|

Ris.3

Wenn die dem Wandler zugeführte Spannung 5 V bei der Resonanzfrequenz überschreitet, können darin irreversible Änderungen auftreten.

Das Richtcharakteristikmuster des Wandlers ist einkeulig mit einer Breite von etwa 30 ° (bei einem Pegel von 0,7 vom Maximum)

Wenn einer der Konverter ein Sender und der andere ein Empfänger ist, sollte dieses Paar so ausgewählt werden, dass fmi des Senders und fmp des Empfängers nahe beieinander liegen. Die einzelnen Werte dieser Frequenzen sind in den Konverterpässen angegeben.

Bei ausreichend sorgfältiger Auswahl eines Sender-Empfänger-Paares und einem hohen Lastwiderstand des Empfängers (z. B. 100 kOhm und höher) kann die Empfindlichkeit des Empfangspfads durch Eliminierung der Nebenschlusswirkung der Kapazität deutlich erhöht werden des Cin-Konverters. Dazu werden dem Umrichter Spulen parallel geschaltet, deren Induktivität LK sich nach der Formel errechnet

wobei Co = 0,8 St. Die Kapazität Cm wird bei einer niedrigen Frequenz gemessen, z. B. 1000 Hz. Üblicherweise sind es 1140 ± 40 pF. Der Wert der Induktivität LK liegt, abhängig von den konkreten Werten von fa und Co, im Bereich von 15-20 mH.

Wenn bei einem Echolot derselbe Wandler abwechselnd in Sende- und Empfangsmodus arbeitet, ist es ratsam, einen direkten Verstärkerpfad mit einem niederohmigen Eingang (nicht mehr als 1 kOhm) zu verwenden. In diesem Fall liegen die Resonanzfrequenzen fmn und fmp nahe beieinander.

Schematische Darstellungen des Empfängers und Senders des Fernbedienungsgeräts für Haushaltsgeräte (Empfänger, Tonbandgerät, Fernseher, Beleuchtungsgeräte) mit dem MUP-1-Konverter sind in Abb. 4 dargestellt. 5 und Abb. 4 Der Sender kann auf einer digitalen integrierten Schaltung (Abb. 4, a) oder auf Transistoren (Abb. XNUMX, b) hergestellt werden.

Ris.4

In der ersten Version des Senders besteht der Hauptoszillator aus den Elementen D1.1 und D1.2, und die Pufferstufe wird auf dem Element D1.3 hergestellt. In der Transistorversion des Senders ist der Generator gemäß der Multivibratorschaltung (Transistoren V1, V2) aufgebaut und die Ausgangsstufe basiert auf dem Transistor V3. Die erforderliche Betriebsfrequenz des Senders wird mit einem Abstimmwiderstand R1 (Abb. 4, a) oder durch Auswahl der Widerstände R2 und R3 (Abb. 4, b) eingestellt, um den Generator während des Betriebs einstellen zu können Es empfiehlt sich, einen dieser Widerstände durch zwei in Reihe geschaltete Widerstände mit einem konstanten Widerstand von 3 kOhm und einem variablen Widerstand von 5 kOhm zu ersetzen. Die Sendereinstellung besteht darin, die Generatorfrequenz gleich der Frequenz fmi einzustellen, die im Konverter angezeigt wird Reisepass

In Ermangelung eines Frequenzmessers kann die Einstellung entsprechend der maximalen Leistung des Umrichters vorgenommen werden. Dazu wird vor dem Wandler-Emitter in einem Abstand von 15 ... 20 cm ein Wandler-Empfänger installiert, der im Fernsteuerungssystem verwendet wird, ein Wechselspannungsmesser daran angeschlossen ist und der Sender ist abgestimmt, wodurch das maximale Signal am Ausgang des empfangenden Wandlers erreicht wird

Die Empfängerschaltung ist in Abbildung 5 dargestellt. Sie besteht aus einem Verstärker auf dem A1-Chip, einem Diodendetektor V1, V2, einem einzelnen Vibrator und einem Trigger auf dem D1-Chip und einem Transistorschalter (V5) mit einem ausführenden Relais K1 in der Lastkreis. Die Elemente R7, C5 werden verwendet, um das Einschließen eines einzelnen Vibrators zu verzögern, um ein falsches Auslösen des Aktuators aufgrund von Impulsrauschen im Netzwerk oder einem unscharfen Schließen der Kontakte des Einschaltknopfs des Senders zu verhindern.

Abb.5 (zum Vergrößern anklicken)

Das vom Wandler B1 der Empfangsvorrichtung empfangene Ultraschallsignal wird in elektrische Schwingungen umgewandelt, die von der Mikroschaltung A1 verstärkt werden. Die Verstärkung bei einer Frequenz von 40 kHz beträgt etwa 5000. Das detektierte Signal, das die Verzögerungsschaltung C5R7 passiert hat, startet den One-Shot (Element D1.1). Die Ansprechverzögerungszeit eines einzelnen Vibrators beträgt 1 s. Das Signal des Einzelvibrators schaltet den Trigger D1.2, wodurch der Transistorschlüssel V5 öffnet und das Relais K1 aktiviert wird.

Das schematische Diagramm des Aktuators ist in Abb. 6 dargestellt. 1.1. Wenn die Kontakte K5 im Empfänger geschlossen sind (Abb. 2), öffnen die Trinistoren V3, VXNUMX und verbinden die Last Rн mit dem Netzwerk. Die zulässige Lastleistung wird durch den Gleichstrom der Trinistoren bestimmt.

Ris.6

Die Sender des Fernsteuerungssystems werden von einer Batterie galvanischer Zellen gespeist, und der Empfänger wird von einem stabilisierten Gleichrichter gespeist, der eine Ausgangsspannung von 20 V liefert. Die Stromversorgung des D1-Chips wird zusätzlich durch einen eingebauten parametrischen Stabilisator stabilisiert die Elemente V3 und R6.

Unter Laborbedingungen war beim Testen der Fernbedienungseinheit die gegenseitige Ausrichtung der Wandler nicht erforderlich. In einem Raum mit hoher Schallabsorption (viele Polstermöbel, Teppiche, Vorhänge etc.) wird das Ultraschallsignal jedoch merklich gedämpft, was eine Ausrichtung von Sender und Empfänger erfordern kann. Der Ultraschallwandler kann auch in Mehrkanal-Fernsteuersystemen eingesetzt werden. In diesem Fall sollten die Befehle in diskreter Form unter Verwendung von Pulscode-, Zeit- oder Pulsphasenmodulationssystemen übertragen werden.

Autoren: N. Borodulin, V. Morozov, E. Koptev, Moskau; Veröffentlichung: N. Bolshakov, rf.atnn.ru

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