Если рассматривать систему «пьезокерамика-изолятор-вода», с неизменными значениями акустического сопротивления керамики и воды (23400000 и 1480000 ед. соответственно), то для достижения наибольшей отдаваемой мощности в воду, сопротивление изолятора должно быть 5900000 ед. На момент выбора изолятора полиимид с его сопротивлением, близким к этой цифре, нам казался самым подходящим, хоть и недоступным.
Электропроводные материалы в качестве защиты мы не рассматривали.
Для своих расчётов пользовались этим ресурсом: engineering-solutions.ru/ultrasound/theory
Ваши расчёты справедливы только для работы трансформатора вхолостую, без нагрузки. И измерения индуктивности первички я сделал у неподключенного трансформатора.
Токи в первичке работающего транса достигают 30 Ампер.
Причина №1 — Сила тока в первичной обмотке достигает 30 Ампер. В импульсном режиме это не страшно, но для постоянного режима это неприемлемо. Сгорят транзисторы, трансформатор, питающие проводники.
Причина №2 — Энергия, которая используется для генерации импульсов ограничена ёмкостью конденсаторов С22-С31 на схеме. Этой энергии достаточно для нескольких десятков импульсов, не более.
Новая версия модуля использует планарный трансформатор, у него индуктивность первички 3-4 мкГн (тяжело точно измерить). Но что вам даст эта информация?
Прикол ещё в том, что из-за неоднородности температуры по глубине, путь звука будет не прямым
Хех, этот эффект особенно виден, если проводить измерения на воздухе. Достаточно просто тёплого дыхания между излучателем и препятствием, чтобы заметно исказить принимаемый сигнал.
Можно реализовать и вашу схему, но с оговоркой — в режиме непрерывной генерации модуль использовать нельзя, только в импульсном. Например, пачки из 2 — 50 импульсов с частотой до 25 Герц. Но вся остальная логика должна быть не на уровне модулей, а на уровне управляющих устройств.
Самый подходящий материал в качестве защитного слоя — полиимид. Но он недоступен для нас. На втором месте — поликарбонат, пмма (оргстекло), пластики. Выбрали самый удобный материал — литьевой полиуретан.
Пьезоэлемент с задней стороны залит эпоксидкой
Опыты покажут устойчивость к давлению. Неплохо бы, конечно, в барокамере продавить, атмосфер под 30
Выбрать максимально эффективную частоту очень просто — достаточно измерять уровень отражённого сигнала от неизменного препятствия, при этом меняя частоту импульсов в пачке. Это, в принципе, реализовано. И эффективная частота не совпадает с резонансной частотой пьезоэлемента
Модуль отдаёт результат своей предварительной обработки хосту, а тот уже может делать с этими данными что захочет. Наружу выведен даже вывод сразу после усилителя-фильтра, чтоб можно было обрабатывать сырой сигнал внешними средствами, если это будет необходимо.
Функционал этого модуля, на самом деле, мог бы осилить и какой-нибудь ATMega. Применение мощного процессора в модуле избыточно.
Предполагается, что это будет нечто вроде элемента конструктора, как всякие прочие модули для ардуинщиков. Поэтому и выбран был UART с текстовыми командами в качестве интерфейса. Например, можно установить на подводный аппарат. Конкретно этот модуль — он не про дайверов, а про самодельщиков, увлекающихся водной/подводной тематикой.
Когда мы тестировали подводный компьютер в бассейне, то нам удавалось засечь два переотражения от стенок 25-метрового бассейна. Но это были идеальные условия.
Нам сильно не хватает тестов в реальных условиях. Надеюсь, сообщество однажды поможет в этом вопросе.
Да, Вы правы, сейчас расчёт только на воду. Следующая версия модуля предполагает возможность пользователя задавать такой параметр как скорость звука в среде (и не только этот).
Посматриваем на AD8310. Это логарифмический усилитель с детектором в одном корпусе.
Задача модуля не только расстояние до ближайшего объекта вычислить, но и показать все отражения от объектов в пределах какого-то диапазона.
Примите в расчёт и всю вторичную цепь, которая выступает в качестве нагрузки. Питание мостов 5 Вольт, трансформатор имеет коэффициент 14:1, ёмкость пьезоэлемента около 800пФ (сопротивление более 300 Ом на частоте 640кГц), можете прикинуть токи через диод, который, на самом деле, выдерживает 600 мА импульсно.
Если очень коротко — то для возможного применения нескольких модулей одновременно, разнесённых по частоте.
А про пьезоэлемент и его избирательность Вы слишком хорошего мнения :)
Корреляционный фильтр не используется. Всё гораздо проще: этой самой «корреляцией», если можно так выразиться, занимается активный фильтр на операционных усилителях. У него АЧХ получается фиксированной на железном уровне.
Что имеется в виду под стробированием тактов?
Устраняются шумы АЦП с помощью цифрового ФНЧ, затем определяется максимум амплитуды в заданном временнОм окне — это и есть элемент графика. Получается, что да — просто амплитуду. Про какой горбик идёт речь?
Правильно ли я понимаю, что вы имеете в виду сопоставление реального расстояния до объекта его измеренному значению? Хотя, не важно, что Вы имели в виду, сейчас модуль реагирует только на единичные запросы измерения, хоть и с относительно большой частотой (20 Гц). И возможности какой-то калибровки пока нет.
Кстати, благодарю за правильный вопрос. Такую калибровку обязательно следует реализовать.
А почему речь только о полупроводниках?
Как быть, например, с конденсаторами?
Недавний пример: заказали мы В ОЧЕРЕДНОЙ РАЗ около 1000 плат собственной разработки. Завод европейский, проверенный. Так у каждого третьего-пятого пользователя взрываются танталовые конденсаторы!
Электропроводные материалы в качестве защиты мы не рассматривали.
Для своих расчётов пользовались этим ресурсом: engineering-solutions.ru/ultrasound/theory
Токи в первичке работающего транса достигают 30 Ампер.
Причина №2 — Энергия, которая используется для генерации импульсов ограничена ёмкостью конденсаторов С22-С31 на схеме. Этой энергии достаточно для нескольких десятков импульсов, не более.
Хех, этот эффект особенно виден, если проводить измерения на воздухе. Достаточно просто тёплого дыхания между излучателем и препятствием, чтобы заметно исказить принимаемый сигнал.
Функционал этого модуля, на самом деле, мог бы осилить и какой-нибудь ATMega. Применение мощного процессора в модуле избыточно.
Когда мы тестировали подводный компьютер в бассейне, то нам удавалось засечь два переотражения от стенок 25-метрового бассейна. Но это были идеальные условия.
Нам сильно не хватает тестов в реальных условиях. Надеюсь, сообщество однажды поможет в этом вопросе.
Задача модуля не только расстояние до ближайшего объекта вычислить, но и показать все отражения от объектов в пределах какого-то диапазона.
Если очень коротко — то для возможного применения нескольких модулей одновременно, разнесённых по частоте.
А про пьезоэлемент и его избирательность Вы слишком хорошего мнения :)
Что имеется в виду под стробированием тактов?
Кстати, благодарю за правильный вопрос. Такую калибровку обязательно следует реализовать.
Как быть, например, с конденсаторами?
Недавний пример: заказали мы В ОЧЕРЕДНОЙ РАЗ около 1000 плат собственной разработки. Завод европейский, проверенный. Так у каждого третьего-пятого пользователя взрываются танталовые конденсаторы!