Потужна ультразвукова гармата власноруч. Ягма медична фізика Пристрої високого хвильового опору

МОДЕРНІЗОВАНА УЛЬТРАЗВУКА ГАРМАТА "ГОЛО-М"

У льтразвук – це пружні хвилі високої частоти. Зазвичай ультразвуковим діапазоном вважають смугу частот від 20 000 до кількох мільярдів герц. Зараз ультразвук широко застосовується у різних фізичних та технологічних методах. Те, що ультразвук активно впливає на біологічні об'єкти (наприклад, вбиває бактерії), відомо вже понад 70 років. Електронна апаратура з ультразвуковим променем, що сканує, використовується в нейрохірургії для інактивації окремих ділянок головного мозку потужним сфокусованим високочастотним пучком. Високочастотні коливання викликають внутрішній розігрів тканин.

Досі точаться дискусії про фізичний вплив ультразвукових коливань на клітину і навіть про можливе порушення структур ДНК. Більше того, існують відомості про те, що на мікрорівні - не на рівні будови тіла, а на якомусь тоншому, ультразвуковий вплив виявляється шкідливим.

Ультразвук можна отримати від механічних, електромагнітних та теплових джерел. Механічними випромінювачами зазвичай служать різного роду сирени уривчастої дії. У повітря вони випромінюють коливання потужністю до кількох кіловат на частотах до 40 кГц. Ультразвукові хвилі в рідинах та твердих тілах зазвичай збуджують електроакустичними, магнітострикційними та п'єзоелектричними перетворювачами.

У промисловості давно вже виготовляють девайсиультразвукового впливу на тварин, наприклад такі:

Призначення

Мініатюрний відлякувач собак являє собою електронний прилад, що носиться (зібраний в корпусі мініфонарика), що випромінює ультразвукові коливання, чутні собаками і не сприймані людиною.

Принцип дії

Прилад розроблений для захисту від нападу собак: ультразвукове випромінювання певної потужності зазвичай зупиняє агресивно налаштовану собаку на відстані 3 - 5 метрів або втікає. Найбільший ефект досягається при дії на агресивних бродячих собак.

Технічні характеристики

• Напруга живлення (1 акумулятор типу 6F22 (KRONA)), 9
• Струм споживання, не більше, А 0,15
• Маса з акумуляторами, не більше, г 90

Як Ви розумієте, це слабка іграшка, але ми зробимо девайс набагато потужнішим! Продовжуючи експерименти з ультразвуком (), було зроблено низку цікавих удосконалень та доробок. Так було проведено революційний метод впливу (природно негативного), на живий організм двох ультразвуковихвипромінювачів з різницею частотою кілька герц. Тобто частота одного випромінювача, наприклад, 20000 Гц, а іншого - 20010 Гц. В результаті наультразвукове випромінювання накладається інфрозвукове, що посилює деструктивний ефект!

Схема стандартна, генератор CD4069 + підсилювач на трьох Н-П-Н транзисторах. Живлення не менше 12, при струмі до 1 А.

Для посилення спрямованого ефекту використовуємо звукові циліндричні резонатори. Їх роль виконуватиме звичайна нікельована трубка від пилососа.Тільки не треба псувати пилосос, трубка окремо продається на базарі або магазині запчастин.

Обрізаємо два шматки на експериментально певну довжину (десь пару сантиметрів), і прикріплюємо їх до ВЧ головок типу 5ГДВ-4 або будь-яких інших. Можна купити подвійну насадку на вихлопну трубу автомобіля, монтаж набагато зручніший, а ефект буде ще кращим.

Всередину вставляємо ВЧ динаміки, у задній частині монтуємо плату з акумулятором.

Повертаючись з роботи вночі або блукаючи по темних провулках, є небезпека нападу бродячих собак, укуси яких іноді небезпечні для життя, якщо вчасно не звернеться до лікарів. Саме для цих випадків розумні людські мізки придумали ультразвуковий відлякувач.

Промислові відлякувачі мають досить складну схему та виконані на досить дефіцитних компонентах.

У цій статті ми розглянемо варіант такого відлякувача із використанням знаменитого таймера 555 серії. Таймер, як відомо, може працювати як генератор прямокутних імпульсів, саме таке підключення використане у схемі.

Генератор працює на частоті 20-22 кГц, як відомо багато тварин "спілкуються" на ультразвуковому діапазоні. Досліди показали, що частоти 20-25 кГц викликають у собак штучний страх, завдяки регулятору, генератором можна налаштувати на частоту 17-27кГц.

Сама схема містить всього 6 компонентів і не викличе жодних труднощів. Регулятор бажано використовувати багатооборотний, для більш точного налаштування на потрібну частоту.
П'єзовипромінювач можна взяти від калькулятора або будь-яких інших музичних іграшок, можна використовувати будь-які ВЧ головки з потужністю до 5 ватів, більше просто немає сенсу.

Пристрій діє на відстані 3-5 метрів, оскільки в схемі немає додаткового підсилювача потужності.

Як джерело живлення, зручно використовувати крону, або будь-яке інше джерело з напругою від 6 до 12 вольт.

Список радіоелементів

Позначення	Тип	Номінал	Кількість	Примітка	Магазин	Мій блокнот
	Програмований таймер та осцилятор	NE555	1			У блокнот
R1	Резистор	2.2 ком	1			У блокнот
R2	Резистор	1 ком	1			У блокнот
R3	Змінний резистор	4.7 ком	1			У блокнот
C1	Електролітичний конденсатор	10 мкФ	1			У блокнот
C2	Конденсатор	10 нФ	1			У блокнот
	П'єзовипромінювач		1

Ультразвуковий шокер-випромінювач

Виконавчий пристрій активної сигналізації

Цей пристрій призначений лише для демонстраційних випробувань у лабораторних умовах. Підприємство не несе відповідальності за будь-яке використання пристрою.

Обмежений стримуючий ефект досягається впливом потужного ультразвукового випромінювання. При сильних інтенсивностях ультразвукові коливання справляють надзвичайно неприємний, дратівливий і хворобливий ефект на більшість людей, викликаючи сильні головні болі, дезорієнтацію, внутрішньочерепні болі, параною, нудоту, розлад шлунка, відчуття повного дискомфорту.

Генератор ультразвукової частоти виконано на D2. Мультивібратор D1 формує сигнал трикутної форми, що управляє хитанням частоти D2. Частота модуляції 6-9 Гц лежить у сфері резонансів внутрішніх органів.

D1, D2 - КР1006ВІ1; VD1, VD2 – КД209; VT1 – KT3107; VT2 – KT827; VT3 – KT805; R12 – 10 Ом;

T1 виконаний на феритовому кільці М1500НМЗ 28х16х9, обмотки n1, n2 містять 50 витків D 0.5.

Вимкнути випромінювач; від'єднати резистор R10 від конденсатора C1; підстроювальним резистором R9 виставити на вив. 3 D2 частота 17-20 кГц. Резистором R8 встановити потрібну частоту модуляції (вив. 3 D1). Частоту модуляції можна зменшити до 1 Гц, збільшивши місткість конденсатора С4 до 10 мкФ; Приєднати R10 до С1; Підключити випромінювач. Транзистор VT2 (VT3) встановлюють потужний радіатор.

Як випромінювач найкраще застосувати спеціалізовану п'єзокерамічну головку ВА імпортного або вітчизняного виробництва, що забезпечує при номінальній напрузі живлення 12 В рівень звукової інтенсивності 110 дБ: Можна використовувати кілька потужних високочастотних динамічних головок (динаміків) ВА1...BAN, з'єднаних паралельно. Для вибору головки, виходячи з необхідної інтенсивності ультразвуку та відстані дії, пропонується така методика.

Середня електрична потужність Рср = Е2 / 2R, Вт, що підводиться до динаміка, не повинна перевищувати максимальної (паспортної) потужності головки Рmaх, Вт; Е - амплітуда сигналу на головці (меандр),; R - електричний опір головки, Ом. При цьому ефективно підводиться електрична потужність випромінювання першої гармоніки Р1 = 0.4 Рср, Вт; звуковий тиск Рзв1 = SдP11/2/d, Па; d – відстань від центру головки, м; Sд = S0. 10(LSд/20) Па Вт-1/2; LSд – рівень характеристичної чутливості головки (паспортне значення), дБ; S0 = 2. 10-5 Па Вт-1/2. В результаті інтенсивність звуку I = Npзв12 / 2sv, Вт/м2; N – число паралельно з'єднаних головок, s = 1.293 кг/м3 – щільність повітря; v = 331 м/с - швидкість звуку повітря. Рівень інтенсивності звуку L1 = 10 lg (I/I0), дБ, I0 = 10-12 I m/м2.

Рівень больового порогу вважається рівним 120 дБ, розрив барабанної перетинки настає при рівні інтенсивності 150 дБ, руйнування вуха при 160 дБ (180 дБ пропалює папір). Аналогічні зарубіжні вироби випромінюють ультразвук із рівнем 105-130 дБ з відривом 1 м.

При використанні динамічних головок для отримання необхідного рівня інтенсивності може знадобитися збільшити напругу живлення. При відповідному радіаторі (ігольчастий з габаритною площею 2 дм2) транзистор KT827 (металевий корпус) допускає паралельне включення восьми динамічних головок із опором котушки 8 0м кожна. 3ГДВ-1; 6ГДВ-4; 10ГІ-1-8.

Різні люди переносять ультразвук по-різному. Найбільш чутливі до ультразвуку молоді люди. Справа смаку, якщо замість ультразвуку ви віддасте перевагу потужному звуковому випромінюванню. Для цього необхідно збільшити ємність С2 у десять разів. За бажання можна відключити модуляцію частоти, від'єднавши R10 від С1.

Зі зростанням частоти ефективність випромінювання деяких типів сучасних п'єзовипромінювачів різко збільшується. При безперервній роботі більше 10 хвилин, можливий перегрів та руйнування п'єзокристалу. Тому рекомендується вибирати напругу живлення нижче від номінального. Необхідний рівень звукової інтенсивності досягається включенням кількох випромінювачів.

Ультразвукові випромінювачі мають вузьку діаграму спрямованості. При використанні виконавчого пристрою для охорони приміщень великого обсягу випромінювач націлюють у напрямку передбачуваного вторгнення.

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

"Енциклопедія Технологій та Методик" Патлах В.В. 1993-2007 рр.

Лікувальний факультет

1 курс

1 семестр

1 потік

Лекція №5

«Ультразвук»

Склав: Бабенко Н.І.

2010 р.

Ультразвук та його отримання. Випромінювачі ультразвуку.

Ультразвук – це механічні коливання, частотою понад 20 000 Гц, які поширюються у пружних середовищах у вигляді поздовжніх хвиль. Джерела ультразвуку бувають:

1. Природні:

2. Штучні:

акустикомеханічні перетворювачі;

електроакустичні перетворювачі (п'єзоелектричні, магнітострикційні).

Природні джерела ультразвуку - це джерела не створені руками людини і існуючі в природі.

Живі джерела: коники, цвіркуни, риби, кажани, дельфіни. Неживі джерела: вітер, обвали у горах, землетруси.

Штучні джерела ультразвуку називаються акустичними перетворювачами, тому що вони перетворюють механічну або електричну енергію на енергію ультразвукових коливань.

Акустикомеханічні перетворювачі - це такі перетворювачі, у яких ультразвукові коливання виникають при перериванні потоку рідини чи газу. Приклади: свисток Гальтона, ультразвукова сирена.

Електроакустичні перетворювачі - це такі перетворювачі, в яких ультразвукові коливання виникають при дії деяких речовин змінних електричних або магнітних полів.

П'єзоелектричні перетворювачі (п'єзо - тиск) - такі перетворювачі, які для отримання ультразвуку використовують явище зворотного п'єзоефекту.

П'єзоефект буває прямий та зворотний.

Прямий п'єзоефект полягає у появі на поверхні деяких кристалів (п'єзодіелектриків) зарядів під дією механічної напруги (стиснення, розтяг, вигин). Рис.1.

При прямому п'єзоефект:

величина заряду на поверхні пропорційна доданої механічної напруги;

знак заряду визначається напрямком механічної дії.

немає впливу стиск розтягнення

Зворотний пьезоэффект - явище зміни розмірів (деформації) діелектрика за його поміщенні в змінне електричне полі.

Речовини з вираженими п'єзоелектричними властивостями називаються п'єзоелектриками або п'єзодіелектриками: сегнетова сіль, титанат барію, кварц.

Магнітострикційні перетворювачі – це такі перетворювачі, які для отримання ультразвуку використовують явище магнітострикції. Магнітострикція - явище зміни форм (розмірів) деяких феромагнітних речовин під впливом змінного магнітного поля.

До цих речовин відносяться:

Нікель та його сплави;

Кобальт та його сплави;

Феріти – керамічні сполуки на основі оксидів заліза, нікелю, цинку.

Речовину як стрижня поміщають всередину котушки. При підключенні котушки до джерела змінної електричної напруги ультразвукової частоти електричний струм впливає на стрижень своєї магнітної складової і викликає його деформацію (подовження) з частотою струму. Рис.2

Кілька днів тому надійшло чергове замовлення. Покупець хотів замовити потужну ультразвукову гармату для боротьби із п'яною молоддю, для яких день починається вночі, коли всі нормальні люди сплять. Недовго думаючи вибрав перевірену схему потужного ультразвукового випромінювача. Сама гармата побудована лише на одній мікросхемі стандартної логіки.

Підійдуть буквально будь-які аналогічні мікросхеми, що містять 6 логічних інверторів. У нашому випадку застосовано мікросхему CD4049 (HEF4049), яка успішно може бути замінена на вітчизняну - К561ЛН2, тільки потрібно звернути увагу на цоколівку, оскільки К561ЛН2 відрізняється від використаної деякими висновками.

Оскільки схема досить проста, то може бути реалізована на макетній платі або навісним чином. Підсилювач зібраний на комплементарних парах КТ816/817, за рахунок застосування цих ключів потужність нашої гармати становить 10-12 Ватт.

Як випромінювач бажано використовувати високочастотні головки типу 10 ГДВ або імпорт, не радиться використовувати п'єзовипромінювач.

Корпус – від китайського електронного трансформатора 10-50 ватів, довелося переробляти, оскільки плата не вмістилася.

За частоту відповідає конденсатор 1,5нФ (який потім замінив на 3,9 нФ, оскільки із зазначеним у схемі конденсатором нижня грань частот дорівнює 20кГц, а з такою заміною частоту можна налаштувати в межах 10-30кГц) та змінний резистор (в результаті, настроювання роблять обертанням цього резистора).

Базові резистори можна замінити на 2.2кОм, які є більш поширеними, ніж ті, що вказані у схемі. Живиться такий випромінювач від стабілізованого блоку живлення на 5 Вольт зі струмом 1 А (діапазон напруги живлення 3,7-9 Вольт).