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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Dispositivo di segnalazione idroacustica. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / L'elettronica nella vita di tutti i giorni Nonostante la fitta rete di servizi di soccorso sulle acque, si registrano ancora incidenti, solitamente causati dalla violazione delle regole di comportamento in acqua. Uno dei compiti principali che devono affrontare i soccorritori è la fornitura tempestiva di assistenza alle vittime. Dipende dalla rapidità con cui una persona in pericolo, o che è appena annegata, verrà salvata o meno. L'articolo descrive una serie di dispositivi progettati per segnalare un nuotatore che sta annegando. Questo kit è necessario quando si eseguono lavori relativi a immersioni di breve durata a profondità basse senza attrezzatura subacquea. L'allarme idroacustico è indispensabile durante le gare di tuffi per tutta la durata della permanenza sott'acqua. L'idea stessa di segnalare tramite apparecchiature radio una permanenza sott'acqua eccessivamente lunga, e quindi pericolosa per la vita, merita l'attenzione dei radioamatori. Un sensore che risponde a una lunga permanenza a una profondità di 1-2 m sott'acqua non è universale, poiché a una profondità inferiore può verificarsi un incidente. Sarebbe necessario progettare un sensore che risponda alla cessazione della respirazione o del battito cardiaco. Ci sono ancora molti problemi irrisolti nel campo dell'utilizzo dell'elettronica per le immersioni subacquee e, in particolare, nella creazione di comunicazioni affidabili sott'acqua. Ciò apre spazio alla creatività dei radioamatori che devono aiutare i soccorritori nel loro nobile e difficile compito. L'apparecchiatura idroacustica per la segnalazione automatica di una persona che sta annegando è composta da trasmettitori automatici di piccole dimensioni e un ricevitore "di servizio". I trasmettitori sono attaccati al corpo dei nuotatori e il ricevitore si trova nel posto di soccorso proprio accanto all'acqua. Quando i segnali di soccorso vengono ricevuti da uno qualsiasi dei trasmettitori del posto di soccorso, gli allarmi luminosi e sonori si attivano automaticamente. La portata dell'attrezzatura è di circa 200 m. Trasmettitore Il trasmettitore, il cui schema a blocchi è mostrato in Fig. 1, e lo schema elettrico è in Fig. 2, è composto da un sensore ad immersione, un relè temporizzatore e un generatore di vibrazioni ad ultrasuoni con emettitore piezoceramico. La frequenza operativa del trasmettitore è 53 kHz.
Al fine di aumentare l'affidabilità e l'efficienza del trasmettitore, la sua potenza viene attivata dai contatti del sensore a immersione, che è regolato in modo che il circuito si verifichi quando immerso a una profondità superiore a 0,2-0,5 m.
Il relè temporale elimina la possibilità di inviare falsi segnali durante l'immersione e accende il trasmettitore solo 55-60 secondi dopo l'attivazione del sensore di immersione. Questo tempo di permanenza è stato scelto in base al fatto che un nuotatore esperto è in grado di trattenere il respiro sott'acqua per circa un minuto: ogni caso in cui una persona rimane sott'acqua per più di un minuto può essere considerata pericolosa per la vita. Se in pratica ci sono casi in cui un subacqueo può rimanere sott'acqua per più di un minuto, in primo luogo, dopo che il nuotatore raggiunge una profondità inferiore al limite del sensore di immersione, l'allarme si spegne e, in secondo luogo, il il ricevitore dispone di un tempo di relè aggiuntivo, la cui durata può essere regolata a seconda delle necessità entro ampi limiti. Per emettere e ricevere vibrazioni ultrasoniche nel trasmettitore e nel ricevitore. L'efficienza elettroacustica di tali trasduttori è di circa il 3%. La forma cilindrica dei trasduttori consente di ottenere una caratteristica direzionale circolare del ricevitore e del trasmettitore, mentre un rapporto sufficientemente piccolo tra l'altezza del trasduttore e la lunghezza d'onda di funzionamento avvicina la caratteristica direzionale a quella sferica. Eppure, per i trasduttori cilindrici, la caratteristica spaziale della radiazione (ricezione) ha zone di bassa intensità (sensibilità) dei segnali. Sebbene la probabilità di coincidenza di zone di bassa intensità di trasmettitori con una zona di bassa sensibilità del ricevitore sia piccola, è desiderabile non avere affatto queste zone. Per ottenere una caratteristica sferica completa e uniforme della radiazione (ricezione) nello spazio, sarà più efficace utilizzare convertitori sferici nell'apparecchiatura. Il generatore di vibrazioni ultrasoniche e il relè a tempo sono realizzati su due transistor T1 e T2 del tipo P-13A e P-401. Sul primo è montato un relè orario e sul secondo il generatore stesso. Il generatore è assemblato secondo lo schema con feedback induttivo. Il trasmettitore utilizza due batterie D-0,06 collegate in serie come fonte di alimentazione. Se immerso a una profondità inferiore a 0,2-0,5 m, il trasmettitore non consuma energia elettrica; a una profondità maggiore, quando il temporizzatore è in funzione, l'assorbimento di corrente è di 4,0 mA. Nella modalità irraggiamento, il trasmettitore consuma una corrente di 3,0 mA, quindi in pratica si può considerare che la durata del funzionamento delle sorgenti al litio durante un ciclo è determinata dal tempo della loro autoscarica. La potenza elettrica in uscita del trasmettitore è di 6,0 mW, la potenza acustica è di circa 2 mW. La posizione delle parti del trasmettitore è mostrata nella Figura 4.
Il trasmettitore è montato all'interno della custodia del trasduttore piezoceramico su una scheda getinax rettangolare con dimensioni di 15x22 mm. Il transistor T2 è preso con un guadagno di almeno 60. Il trasformatore Tp1 è realizzato su un anello di ferrite (F-600) con un diametro esterno di 8 mm. Gli avvolgimenti I e II contengono rispettivamente 70 e 9 giri di filo PELSHO 0,17. Per ottenere le dimensioni più piccole, il condensatore C1 è assemblato da 12 condensatori EMI 10 microfarad 3B collegati in parallelo. L'estremità inferiore del trasduttore (PKP) è fissata con colla 88 nella scanalatura del coperchio figurato getinaks. Il coperchio ha un vano batteria sigillato. Le batterie vengono sostituite attraverso la parte inferiore del coperchio, fissate con sei viti. La sigillatura del fondo avviene per mezzo di una guarnizione tonda in gomma con una sezione di 2x2 mm e un diametro di 20 mm. Un disegno schematico del sensore ad immersione è riportato in fig. 5. Il gruppo di contatti (K) del sensore a immersione è fissato all'interno del coperchio superiore (VC) del trasduttore. L'elemento ricevente del sensore ad immersione è il perno di supporto (1), realizzato a forma di fungo.
Il diametro della piattaforma superiore è di 10 mm. La gomma elastica (88) di 2-0,2 mm di spessore è incollata sulla parte superiore del coperchio e sul perno di supporto con la colla 0,3. Quando il trasmettitore è immerso a una profondità di 0,2-0,5 m, il perno di supporto sotto pressione dell'acqua, spostandosi fino in fondo nel limitatore, commuta i contatti. Il sensore di profondità viene regolato utilizzando un carico pari alla forza di pressione di una colonna d'acqua alta 0,2-0,5 m (circa 40 g). La frequenza di generazione è determinata dall'induttanza dell'avvolgimento primario del trasformatore Tr1 e dalla capacità del trasduttore piezoceramico. Il trasmettitore viene sintonizzato utilizzando un frequenzimetro sulla frequenza di risonanza del convertitore modificando il numero di giri dell'avvolgimento primario del trasformatore. Non è auspicabile sintonizzare il trasmettitore collegando un condensatore aggiuntivo in parallelo al convertitore, poiché ciò comporta un'inutile perdita di potenza di uscita del trasmettitore. L'esposizione del relè a tempo è regolata modificando il valore della capacità del condensatore C1. La questione del posizionamento più razionale del trasmettitore su una persona che fa il bagno è di non poca importanza sia dal punto di vista della schermatura indesiderata dei segnali del trasmettitore da parte del corpo umano, sia dal punto di vista della garanzia della libertà di movimento di il nuotatore in acqua. Come l'esperienza ha dimostrato, l'opzione più conveniente per posizionare il trasmettitore su una persona che fa il bagno dovrebbe essere considerata un supporto su una cuffia, in una "tasca" di gomma appositamente fornita. A causa del peso ridotto (50 g in aria e 22 g in acqua), questo metodo di fissaggio non causa inconvenienti. ricevitore Le vibrazioni ultrasoniche che si propagano dal trasmettitore attraverso l'acqua vengono percepite dal trasduttore piezoceramico, amplificate dal percorso di ricezione-amplificazione e attivano un allarme. Lo schema elettrico del ricevitore è mostrato in fig. 3. È assemblato su otto transistor in una specie di circuito supereterodina con un emettitore collegato a terra ed è progettato per funzionare a una frequenza fissa di 53 kHz. Tensione di alimentazione nominale - 15 V (quattro batterie KBS-L-0,5); quando la tensione di alimentazione scende a 11 V, le prestazioni del ricevitore sono completamente preservate.
Riso. 3. Il condensatore C17 deve essere collegato al collettore del transistor T8. Il consumo di corrente in modalità standby è di circa 17-20 mA; nella modalità di accensione dell'indicatore preliminare circa 105 mA e nella modalità di allarme - non più di 300 mA. Il guadagno di tensione del ricevitore è 6-9-105. La sensibilità, determinata dal valore minimo del segnale alla base del primo transistor, a cui viene attivato il relè P1, è di 1 μV. L'amplificatore RF è costituito da tre stadi assemblati su transistor T1, T2, T3. Il convertitore PKP, insieme all'avvolgimento primario del trasformatore Tp1, forma un circuito sintonizzato in risonanza ad una frequenza di 53 kHz. Anche i trasformatori di adattamento interstadio Tr2 e Tr3 sono un carico risonante e aumentano la selettività del ricevitore. Per ottenere il massimo guadagno e ridurre la probabilità di autoeccitazione degli stadi di amplificazione RF, il secondo e il terzo stadio sono assemblati secondo un circuito cascode con alimentazione in parallelo. Le vibrazioni ultrasoniche amplificate, insieme alla frequenza dell'oscillatore locale dall'avvolgimento secondario del trasformatore Tr3, vengono inviate al mixer, assemblato sul transistor T4. L'oscillatore locale del ricevitore è assemblato su un transistor T8 allo stesso modo del generatore del trasmettitore. Le oscillazioni a bassa frequenza, che sono la differenza tra le frequenze del segnale principale e dell'oscillatore locale, isolato nell'avvolgimento I del trasformatore Tp4, sono amplificate dallo stadio amplificatore a bassa frequenza, realizzato sul transistor T5. Dopo la rettifica (diodo D1), la tensione del segnale viene applicata all'amplificatore di corrente CC (transistor T6) con un relè polarizzato P1 altamente sensibile nel circuito del collettore. Alla ricezione di un segnale si attiva il relè P1. Attraverso i contatti di questo relè, viene fornita alimentazione all'indicatore preliminare - la lampadina L1, a un polo del campanello di allarme (ZV) e allo stesso tempo viene rimossa la tensione di alimentazione negativa dal condensatore C16 e dalla base di il transistor del temporizzatore T7 si apre prima. In questo caso i contatti del relè P2 sono aperti. Il condensatore C16 inizia a scaricarsi sulla resistenza R24 e dopo un po' la corrente del transistor T7 diminuirà così tanto che l'armatura del relè P2 capovolgerà i contatti del relè e il positivo della fonte di alimentazione si collegherà alla seconda uscita della campana, facendo scattare l'allarme. Il tempo di esposizione del relè a tempo può variare da 0 a 60 secondi. utilizzando una resistenza variabile R24, visualizzata sul pannello frontale del ricevitore. In un ricevitore funzionante, quando un dito strofina leggermente sulla superficie del trasduttore, la lampadina L1 si accende e si attiva un allarme acustico. Il ricevitore è montato su due schede getinax montate sul telaio e sul pannello frontale del dispositivo, fissate rigidamente al telaio. Lo chassis è inserito in un involucro metallico di dimensioni 240x145x180 mm, sul quale è fissata una maniglia per il trasporto del dispositivo e serrature per il fissaggio dello chassis all'interno dell'involucro. Il montaggio e la posizione delle parti del ricevitore sono chiaramente visibili in Fig. 6.
Sul pannello frontale del ricevitore sono visualizzati: interruttore P1, spia luminosa L1, manopola potenziometro R24 con scala di regolazione della temporizzazione ed un connettore per il collegamento di un cavo coassiale con un trasduttore idroacustico. I relè P1 e P2 sono utilizzati del tipo RP-5, on-off con predominanza. La resistenza degli avvolgimenti del relè è di 6000 ohm. Il trasduttore idroacustico del ricevitore è fissato tra due coperchi in ottone, che sono uniti da tre perni. La sigillatura della cavità interna del trasduttore è effettuata da guarnizioni in gomma nelle scanalature. In uno dei coperchi è presente un pressacavo con guarnizione in gomma, attraverso il quale viene inserito il cavo RK-1 dal ricevitore. I dati di avvolgimento dei trasformatori sono riportati nella tabella. uno.
Durante il montaggio del ricevitore, prestare particolare attenzione al posizionamento degli stadi di amplificazione RF e dell'oscillatore locale. I trasformatori devono essere posizionati l'uno dall'altro ad una distanza di almeno 30 mm e in modo che i loro assi di simmetria si trovino ad un angolo di 90°; è opportuno montare l'oscillatore locale su una scheda separata insieme alla parte esecutiva del ricevitore. Dopo aver verificato la corretta installazione del ricevitore, si accende l'alimentazione e si controllano le modalità dei transistor per la corrente continua (vedi Tabella 2).
Note: 1. Le modalità del transistor sono fornite a Uin = 1-2 μV. Successivamente, imposta l'amplificatore RF. Perché spegnere l'oscillatore locale e le oscillazioni non modulate con una frequenza di 0,05 kHz vengono inviate all'ingresso del ricevitore dal generatore di segnali standard attraverso un condensatore con una capacità di 0,1-53 microfarad; la tensione amplificata ad alta frequenza viene misurata con un voltmetro a tubo al collettore del transistor T3. Quando il segnale dall'ingresso del ricevitore è spento, il voltmetro dovrebbe mostrare la tensione del rumore intrinseco del ricevitore. Il valore di questi rumori, dato all'ingresso, non deve superare 0,01 μV per il ricevitore sintonizzato (con l'ingresso in corto). Se, quando il segnale viene disattivato, il voltmetro mostra una tensione significativamente superiore al livello di rumore, ciò indica l'eccitazione negli stadi di amplificazione RF. Per eliminare ciò, i trasformatori Tr2 e Tr3 dovrebbero essere leggermente separati l'uno dall'altro, in alcuni casi aiuta a cambiare le estremità degli avvolgimenti secondari di questi trasformatori. Quindi è necessario far risuonare i circuiti dei trasformatori Tp1, Tp2 e Tr3 modificando i valori dei condensatori C3 e C8 oppure selezionando il numero di spire degli avvolgimenti primari. Infine viene sintonizzato il circuito formato dal trasduttore idroacustico e dall'avvolgimento primario del trasformatore Tp1. In questo caso il segnale all'ingresso del ricevitore viene percepito direttamente dal convertitore di centrale da una bobina di induttanza collegata all'uscita GSS ed installata ad una distanza di 10-15 cm dalla centrale. Un segnale con una tensione di circa 1 V viene applicato all'induttore con il GSS. L'impostazione della risonanza del circuito di ingresso si ottiene modificando il numero di giri dell'avvolgimento I o collegando i condensatori in parallelo al circuito. La risonanza è determinata dalla lettura massima del voltmetro. La sensibilità del ricevitore dopo aver sintonizzato il circuito di ingresso dovrebbe aumentare di 1,5-2 volte. L'oscillatore locale collegato al circuito viene sintonizzato da un frequenzimetro su una frequenza di 51-51,5 kHz modificando il numero di giri dell'avvolgimento I del trasformatore Tp5 e un nucleo di sintonia. Il funzionamento del mixer e dell'amplificatore per basso viene verificato quando all'ingresso del ricevitore viene applicata una frequenza di 53 kHz dal GSS. La massima amplificazione e la migliore trasmissione dei segnali a bassa frequenza si ottengono selezionando una polarizzazione basata sul transistor T4 utilizzando le resistenze R10 e R12. Il relè P1 della parte esecutiva del ricevitore dovrebbe funzionare con una tensione alla base del transistor T6 meno 0,1-0,2 V, la corrente del collettore in questo caso è 0,15-0,2 mA; quando si installano relè elettromagnetici con avvolgimenti a resistenza inferiore, la corrente del collettore può aumentare fino a 8-10 mA. Dopo aver impostato separatamente trasmettitore e ricevitore, viene verificato il funzionamento di tutte le apparecchiature in acqua. Autori: A. Davydov, B. Davydov; Pubblicazione: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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