Как сделать ультразвуковой генератор? описание

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.

Ультразвуковой шокер-излучатель

Исполнительное устройство активной сигнализации

Данное устройство предназначено только для демонстрационных испытаний в лабораторных условиях. Предприятие не несет ответственности за любое использование данного устройства.

Ограниченный сдерживающий эффект достигается воздействием мощного ультразвукового излучения. При сильных интенсивностях, ультразвуковые колебания производят чрезвычайно неприятный, раздражающий и болезненный эффект на большинство людей, вызывая сильные головные боли, дезориентацию, внутричерепные боли, паранойю, тошноту, расстройство желудка, ощущение полного дискомфорта.

Генератор ультразвуковой частоты выполнен на D2. Мультивибратор D1 формирует сигнал треугольной формы, управляющий качанием частоты D2. Частота модуляции 6-9 Гц лежит в области резонансов внутренних органов.

D1, D2 — КР1006ВИ1; VD1, VD2 — КД209; VT1 — KT3107; VT2 — KT827; VT3 — KT805; R12 — 10 Ом;

T1 выполнен на ферритовом кольце М1500НМЗ 28х16х9, обмотки n1, n2 содержат по 50 витков D 0.5.

Отключить излучатель; отсоединить резистор R10 от конденсатора C1; подстроечным резистором R9 выставить на выв. 3 D2 частоту 17-20 кГц. Резистором R8 установить требуемую частоту модуляции (выв. 3 D1). Частоту модуляции можно уменьшить до 1 Гц, увеличив емкость конденсатора С4 до 10 мкФ; Подсоединить R10 к С1; Подключить излучатель. Транзистор VT2 (VT3) устанавливают на мощный радиатор.

В качестве излучателя лучше всего применить специализированную пьезокерамическую головку ВА импортного или отечественного производства, обеспечивающую при номинальном напряжении питания 12 В уровень звуковой интенсивности 110 дБ: Можно использовать несколько мощных высокочастотных динамических головок (динамиков) ВА1…BAN, соединенных параллельно. Для выбора головки, исходя из требуемой интенсивности ультразвука и расстояния действия, предлагается следующая методика.

Средняя подводимая к динамику электрическая мощность Рср = Е2 / 2R, Вт, не должна превышать максимальной (паспортной) мощности головки Рmaх, Вт; Е — амплитуда сигнала на головке (меандр), В; R — электрическое сопротивление головки, Ом. При этом эффективно подводимая электрическая мощность на излучение первой гармоники Р1 = 0.4 Рср, Вт; звуковое давление Рзв1 = SдP11/2/d, Па; d — расстояние от центра головки, м; Sд = S0 . 10(LSд/20) Па Вт-1/2; LSд — уровень характеристической чувствительности головки (паспортное значение), дБ; S0 = 2 . 10-5 Па Вт-1/2. В результате, интенсивность звука I = Npзв12 / 2sv, Вт/м2; N — число параллельно соединенных головок, s = 1.293 кг/м3 — плотность воздуха; v = 331 м/с — скорость звука в воздухе. Уровень интенсивности звука L1 = 10 lg (I/I0), дБ, I0 = 10-12 I m/м2.

Уровень болевого порога считается равным 120 дБ, разрыв барабанной перепонки наступает при уровне интенсивности 150 дБ, разрушение уха при 160 дБ {180 дБ прожигает бумагу). Аналогичные зарубежные изделия излучают ультразвук с уровнем 105-130 дБ на расстоянии 1 м.

При использовании динамических головок дли получения требуемого уровня интенсивности может потребоваться увеличить напряжение питания. При соответствующем радиаторе (игольчатый с габаритной площадью 2 дм2) транзистор KT827 (металлический корпус) допускает параллельное включение восьми динамических головок с сопротивлением катушки 8 0м каждая. 3ГДВ-1; 6ГДВ-4; 10ГИ-1-8.

Разные люди переносят ультразвук по разному. Наиболее чувствительны к ультразвуку люди молодого возраста. Дело вкуса, если вместо ультразвука вы предпочтете мощное звуковое излучение. Для этого необходимо увеличить емкость С2 в десять раз. При желании можно отключить модуляцию частоты, отсоединив R10 от С1.

С ростом частоты эффективность излучения некоторых типов современных пьезоизлучателей резко увеличивается. При непрерывной работе более 10 минут, возможен перегрев и разрушение пьезокристалла. Поэтому рекомендуется выбирать напряжение питания ниже номинального. Необходимый уровень звуковой интенсивности достигается включением нескольких излучателей.

Ультразвуковые излучатели обладают узкой диаграммой направленности. При использовании исполнительного устройства для охраны помещений большого объема излучатель нацеливают в направление предполагаемого вторжения.

Взято с http://patlah.ru/etm/etm-11/e-shokeri/e-shokeri/e-shok-09.html

Схема ультразвукового генератора

В современном мире для отпугивания собак, насекомых, грызунов, а также для высококачественной стирки принято использовать генератор ультразвуковой. УЗГ также используется для того, чтобы значительно сократить временные затраты при промывке и травлении печатных плат. Химические процессы в жидкости протекают значительно быстрее благодаря кавитации.

В основе схемы УЗГ состоят два импульсных генератора прямоугольной формы и усилитель мощности мостового вида. На логических элементах типа DD1.3 и DD1.4 устанавливается перестраиваемый генератор импульсов УЗ частоты формы меандр. Следует помнить, что его рабочая частота напрямую зависит только от общей сопротивляемости резисторов R4 и R6, а также от емкости конденсатора С3.

Запомните правило: чем меньше частота, тем больше сопротивление этих резисторов.

На элементах DD1.1 и DD1.2 сделан генератор НЧ, который имеет рабочую частоту 1 Гц. Между собой генераторы связаны при помощи резисторов R3 и R4. Для того чтобы достичь плавного изменения частоты высокочастотного генератора нужно использовать конденсатор С2. Здесь также следует запомнить один секрет – если конденсатор С2 зашунтировать с помощью переключателя SA1, то частота генератора высоких частот станет постоянной.

Ультразвуковой генератор третий вариант

Это третья версия ультразвукового генератора. Используется пьезоэлектрический
твитер. Выходной каскад на транзисторах обеспечивает мощный выходной сигнал.
Динамик, являющийся нагрузкой выходного каскада, может выдавать ультразвуковой сигнал мощностью до 400 мВт.

Схема питается от четырех пальчиковых батареек или от аккумулятора/батарейки напряжением 9 В, потребляемый ток — около 50 мА.

Частота может задаваться резистором R1 в диапазоне между 18000 и 40000 Гц. Можно изменять частоту подбором емкости конденсатора С1. Значения между 470 и 4700 пФ могут быть подобраны экспериментально.

Хотя твитер имеет наибольшую эффективность в диапазоне между 10000 и 20000 Гц, этот преобразователь, как экспериментально подтверждено, может нормально работать и на частотах до 40000 Гц.

В данной схеме нет необходимости отсоединять внутренний трансформатор твитера, как мы делали в предыдущем проекте. Вы можете также использовать специальный ультразвуковой преобразователь с сопротивлением от 4 до 100 Ом.

Принципиальная схема ультразвукового генератора показана на рисунке. Перечень элементов приведен в таблице. Устройство может быть собрано в небольшом пластмассовом корпусе.

Что такое ультразвуковая ванна

Ультразвук – звук в более высоком диапазоне, чем способно воспринимать человеческое ухо. Его использование в современной науке привело к ряду фантастических открытий. Одно из них – ванна ультразвуковая, волшебным образом, превращающая грязные вещи в чистые. Это происходит в результате процесса кавитации – образования и схлопывания множества мелких пузырьков воздуха на обрабатываемой поверхности. Микровзрыв каждого воздушного шарика силен, пузырек способен оторвать частичку грязи от детали или изделия даже в самых недоступных для физического воздействия местах.

Главные детали прибора – емкость объемом от 0,5 до 30 литров и излучатель для ультразвуковой ванны, работающий в диапазоне 20–40 кГц. Он расположен под дном рабочей емкости и управляется электроникой. Принцип работы агрегата прост: заполните ванну водой, спиртом, другой активной химической жидкостью, погрузите в нее предмет, нуждающийся в очистке, включите излучатель всего на 2-3 минуты. Вы не поверите своим глазам: в результате колебаний ультразвука деталь станет чище новой.

Ультразвуковой передатчик и приемник

Большинство ультразвуковых передатчиков и приемников построены на базе таймера IC 555 или дополнительных металлоксидно-полупроводниковых (CMOS) устройств. Эти устройства представляют собой предварительно управляемые переменные генераторы. Предустановленное значение рабочей частоты может сместиться из-за механических колебаний или колебаний температуры. Этот сдвиг частоты влияет на дальность передачи от ультразвукового преобразователя. Описанные здесь схемы ультразвукового передатчика и приемника используют ИС десятилетнего счетчика CD4017 .

Схема ультразвукового передатчика

Схема передатчика (рис. 1) построена вокруг двух десятилетних ИС счетчиков CD4017 (IC1 и IC2), триггера ИС D-типа CD4013 (IC3) и нескольких дискретных компонентов. Устройство генерирует стабильные сигналы 40 кГц, которые передаются от преобразователя TX. 

Схема ультразвукового приемника

Схема приемника (рис.2) построена вокруг счетчика CD4017 (IC4) одного десятилетия и нескольких дискретных компонентов. Чтобы проверить работу передатчика, необходимо преобразовать сигнал 40 кГц в 4 кГц, чтобы вывести его в звуковой диапазон. При использовании приемника ультразвуковой передатчик 40 кГц можно быстро протестировать. Блок приемника (RX) находится рядом с тестируемым ультразвуковым передатчиком. Он обнаруживает передаваемый сигнал 40 кГц, который усиливается усилителем, встроенным в транзистор BC549 (T2). Усиленный сигнал поступает на декадный счетчик IC4, который делит частоту на 4 кГц. Транзистор T3 (SL100) усиливает сигнал 4 кГц для управления динамиком. Рис. 2: Схема ультразвукового приемника. Для питания приемника используйте батарею PP3 9 В. Разместите цепи передатчика и приемника в отдельных небольших шкафах. Если тестируемый преобразователь 40 кГц работает, схема приемника издает слышимый свистящий звук.

electronicsforu.com

Принцип действия ультразвуковой сварки и классификация

С физической точки зрения, ультразвуковая сварка проходит в три стадии:

• нагрев изделий, активизация диффузии в зоне соприкосновения;
• образование молекулярных связей между вязкотекучими поверхностными слоями
• затвердевание (кристаллизация) и образование прочного шва.

Существует несколько классификаций ультразвуковой сварки ультразвуковой сварки.

По степени автоматизации различают:

• Ручная. Оператор контролирует параметры установки и ведет сварочный пистолет по линии шва.
• Механизированная. Параметры задаются оператором и поддерживаются установкой, детали подаются под излучатель.
• Автоматизированная. Применяется на массовом производстве. Участие человека исключается.

Схемы колебательных систем для сварки ультразвуком

По методу подведения энергии к рабочей зоне выделяют:

• односторонняя;
• двусторонняя.

По методу движения волновода классифицируют:

• Импульсная. Работа короткими импульсами за одно перемещение волновода.
• Непрерывная. Постоянное воздействие излучателя, волновод двигается с постоянной скоростью относительно материала.

По споосбу определения количества энергии, затрачиваемой на соединение, существуют:

• по времени воздействия;
• по величине осадки;
• по величине зазора;
• по кинетической сотавляющей.

В последнем случае количество энергии определяется предельной амплитудой смещания опоры.

По способу подачи энергии в рабочую зону различают следующие режимы ультразвуковой сварки:

• Контактная. Энергия распределяется равномерно по всему сечению детали. Позволяет сваривать детали до 1,5 толщиной. Применяется для сваривания внахлест мягких пластиков и пленок.
• Передаточная. В случае высоких значений модуля упругости колебания возбуждаются в нескольких точках. Волна распространяется внутри изделия и высвобождает свою энергию в зоне соединения. Используется для тавровых швов и соединений встык жестких пластиков.

Способ подачи энергии колебаний в зону контакта заготовок определяется модулем упругости материала и коэффициентом затухания механических колебаний на ультразвуковых частотах.

Ультразвуковой генератор третий вариант

Это третья версия ультразвукового генератора. Используется пьезоэлектрический
твитер. Выходной каскад на транзисторах обеспечивает мощный выходной сигнал.
Динамик, являющийся нагрузкой выходного каскада, может выдавать ультразвуковой сигнал мощностью до 400 мВт.

Схема питается от четырех пальчиковых батареек или от аккумулятора/батарейки напряжением 9 В, потребляемый ток — около 50 мА.

Частота может задаваться резистором R1 в диапазоне между 18000 и 40000 Гц. Можно изменять частоту подбором емкости конденсатора С1. Значения между 470 и 4700 пФ могут быть подобраны экспериментально.

Хотя твитер имеет наибольшую эффективность в диапазоне между 10000 и 20000 Гц, этот преобразователь, как экспериментально подтверждено, может нормально работать и на частотах до 40000 Гц.

В данной схеме нет необходимости отсоединять внутренний трансформатор твитера, как мы делали в предыдущем проекте. Вы можете также использовать специальный ультразвуковой преобразователь с сопротивлением от 4 до 100 Ом.

Принципиальная схема ультразвукового генератора показана на рисунке. Перечень элементов приведен в таблице. Устройство может быть собрано в небольшом пластмассовом корпусе.

Для регулировки частоты используйте частотомер, подключая его к выводу 4 ИС.

Эта схема может выдавать ультразвуковой сигнал мощностью в несколько ватт с
применением пьезоэлектрического твитера или преобразователя другого типа.
Рабочая частота — от 18000 до 40000 Гц, она может изменяться подбором емкости конденсатора С1.
При больших значениях емкости будет формироваться сигнал в звуковом диапазоне,
что позволяет использовать схему в аварийной сигнализации и других устройствах. В этом случае твитер может быть заменен обычным громкоговорителем.

Схема потребляет несколько сот миллиампер от источника питания 9 или 12 В. Батарейки рекомендуются только для кратковременных режимов работы.

Можно использовать это устройство для отпугивания собак и других животных, установив его около мест для сбора мусора и др.

Ультразвуковой режим работы достигается при величине емкости С1 от 470 до 2200 пФ. Для сигнала звукового диапазона требуется емкость в диапазоне 0,01-0,012 мкФ.

Принципиальная схема мощного ультразвукового генератора показана на рисунке, перечень элементов приведен в таблице.

Мощный ультразвуковой генератор. Все транзисторы должны быть смонтированы на радиаторах

Транзисторы должны быть смонтированы на радиаторах. Все компоненты можно поместить в пластмассовый корпус

Ультразвуковая частота давно применяется в самых разных областях науки и техники. При помощи ультразвука можно сваривать металл, провести стирку и многое другое. Ультразвук активно применяется для отпугивания грызунов в сельскохозяйственной технике, поскольку организм многих животных приспособлен к общению с себе подобными на УЗ диапазоне. Есть данные и про отпугивание насекомых с помощью УЗИ генераторов, многие фирмы выпускают такие электронные репелленты. А мы предлагаем вам самостоятельно собрать такой прибор, по приведённой схеме:

Рассмотрим конструкцию достаточно простой УЗ пушки высокой мощности. Микросхема D4049 работает в качестве генератора сигналов ультразвуковой частоты, она имеет 6 логических инверторов.

Микросхему можно заменить на отечественный аналог К561ЛН2. Регулятор 22к нужен для подстройки частоты, ее можно снижать до слышимого диапазона, если резистор 100к заменить на 22к, а конденсатор 1,5нФ заменить на 2,2-3,3нФ. Сигналы с микросхемы подаются на выходной каскад, который построен всего на 4-х биполярных транзисторах средней мощности. Выбор транзисторов не критичен, главное подобрать максимально близкие по параметрам комплементарные пары.

В качестве излучателя можно использовать буквально любые ВЧ головки с мощностью от 5 ватт. Из отечественного интерьера можно использовать головки типа 5ГДВ-6, 10ГДВ-4, 10ГДВ-6. Такие ВЧ головки можно найти в акустических системах производства СССР.

Осталось только оформить все в корпус. Для направленности УЗ сигнала нужно использовать металлический рефлектор.

Неоднократно каждый из нас слышал выражение «ультразвук» — в данной статье мы рассмотрим что это, как создается, и для чего он нужен.

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.

Сборка схемы УЗГ для отпугивания собак

Многие жители мегаполисов страны ежедневно сталкиваются с довольно-таки ощутимой проблемой встречи стаи бродячих собак. Заранее предугадать поведение стаи невозможно, поэтому здесь придет в помощь УЗГ.

В данной статье мы с вами разберем как сделать ультразвуковой генератор своими руками.

Для создания УЗГ в домашних условиях потребуются такие детали:

• печатная плата;
• миркосхема;
• радиотехнические элементы.

Самостоятельно собрать схему не составит большого труда. Для того чтобы была возможность управлять импульсами, следует закрепить при помощи паяльника к конкретным ножкам микросхемы радиодетали.

Разберем конструкцию генератора ультразвуковой частоты высокой мощности. В качестве генератора УЗ-частоты работает микросхема D4049, которая имеет 6 логическиХ интерторов.

Зарубежную микросхему можно заменить на аналог отечественного производства К561ЛН2. Для подстройки частоты требуется регулятор 22к, при помощи его УЗ можно снижать до слышимой частоты. На выходной каскад, благодаря 4-м биополярным транзисторам со средней мощностью, поступают сигналы с микросхемы. Особого условия по выбору транзисторов нет, здесь главное выбрать максимально близкие по параметрам комплементарные пары.

Практически любая ВЧ-головка, которая имеет мощность от 5 ватт, может быть использована в качестве излучателя. Идеальным вариантом станут отечественные головки типа 10ГДВ-6, 10ГДВ-4 или 5ГДВ-6, их с легкостью можно найти во всех акустических системах производства СССР.

Сделанную своими руками схему генератора УЗ осталось только спрятать в корпус. Контролировать мощность ультразвукового генератора поможет металлический рефлектор.