Условие - руки, растущие из нужного места :-)
Для изготовления бародатчика потребуется два дисковых пьезоэлемента
с одинаковой поляризацией на латунной подложке. Почему два? Дело в том, что
пьезоэлементы реагируют на прогиб подложки, а это может быть вызвано как интересующим
нас давлением, так и вибрацией. Если мы расположим пьезоэлементы на противоположных
концах датчика, и соединим их параллельно, то помехи от вибрации будут вычитаться,
а полезный сигнал, в виде генерируемого заряда, складываться.
Эти пьезоэлементы являются составной частью пьезоизлучателей,
имеющихся в продаже. Например, HPA22D, отечественные ЗП25 и т.д. Теперь, как
их выбрать с помощью мультиметра. Корпусированные пьезоизлучатели (пьезодатчики
для нас :-) ) имеют два вывода - один из них связан с металлической подложкой,
другой - с обкладкой, напыленной на пьезоматериал.
Для правильного определения поляризации пьезодатчика прежде всего
надо узнать, какой из выводов этой детали подключен к подложке. Для этого
нужно прозвонить цепь между подложкой (видна в отверстии в корпусе пьезоизлучателя)
и одним из выводов. Это и будет корпусной вывод пьезоэлемента (для нас). У
датчиков одного типа конструктивно существует асиммметрия (по внешнему виду),
которая позволяет однозначно определять "земляной" вывод у однотипных
элементов. Благодаря этому в дальнейшем можно не проводить вышеуказанные измерения
повторно. Заодно оцениваем материал подложки - если он имеет цвет латуни -
то это - самое оно :-) Затем подключаем мультиметр к выводам пьезоэлемента
(стараясь не касаться пальцами), и плавно нажимаем чем-нибудь, например спичкой,
на подложку пьезоэлемента в дырочку, наблюдая за показаниями мультиметра (шкала
2V или 20V). Например, при нажатии, показания мультиметра сначала возрастают
в плюс, при отпускании - уменьшаются в минус. Допустим, считаем, что это элемент
с положительной поляризацией (условно). Если при нажатии показания мультиметра
уходят в минус, а при отпускании - в плюс, - считаем, что элемент имеет отрицательную
поляризацию (условно). Примерно так. Нас интересуют пьезоэлементы с одинаковой
поляризацией. Материал для корпуса - тонкий (0,1-0,2мм) листовой материал,
желательно из диамагнитного металла типа латуни, меди, если в месте будущего
расположения датчика будет сложная электромагнитная обстановка (например,
вблизи силового трансформатора). Поясню - магнитный материал в переменном
магнитном поле может начать вибрировать и эта вибрация передастся чувствительному
элементу. Если источников переменного магнитного поля вблизи нет - можно использовать
обычную жесть. Диаметр датчика определяется диаметром имеющихся пьезоэлементов.
Сначала размечаем и вырезаем выкройку для корпуса из расчета -
длина 40-50мм, внутренний диаметр корпуса - на 1мм больше, чем диаметр пьезоэлемента
(у меня - 20мм). Нахлест краев под спайку - 2-3 мм. Сразу на выкройке необходимо
сделать сквозные просечки для крепления пьезодисков как на фото (в левом верхнем
углу - увеличено). Эту операцию лучше производить на твердом материале типа
ДВП остро отточенным скальпелем.
Если для электрического подключения датчика будет использоваться
не плоский шлейф, а круглый кабель, его лучше будет выводить через отверстие.
Тогда заранее в выкройке в нужном месте необходимо просверлить отверстие необходимого
диаметра.
Аккуратно сгибаем выкройку на оправке в цилиндр, и спаиваем края.
Если у вас шлейф - предварительно отгибаем буртики в месте выхода кабеля. Подходящим
инструментом вдавливаем внутрь нижние лепестки для крепления пьезодисков. Выравниваем
острогубцами. Поясню, почему выбран такой способ крепления для пьезодиска. Три
точки - как известно, через них можно провести только одну плоскость :-) Если
точек крепления будет больше, то возможна деформация пластины при закреплении
и такая неплоская подложка будет обладать большей жесткостью, что приведет к
потере чувствительности датчика.
Теперь необходимо изготовить предусилитель. С целью уменьшения наводок,
его желательно разместить внутри корпуса бародатчика. Поскольку нас не интересует
собственно величина давления, а скорость его изменения, то предусилитель одновременно
дифференцирует сигнал с пьезоэлементов. Его схема -
Значение резистора R1 определяется исходя из значения суммарной
емкости имеющихся пьезоэлементов. Постоянная времени t=R1*(C1+C2) должна соответствовать
частоте конца поршневого диапазона динамика (F=1/(2*Pi*t)) - ориентировочно
- 600-800Гц .
Реальный предусилитель имеет еще два фильтрующих конденсатора по
цепям питания ОУ. Размер печатной платы определяется получившимся внутренним
диаметром датчика. Далее он будет размещен внутри корпуса для экранировки. Цепи
подключения: Общий, Сигнал, "+" питания, "-" питания - итого
4 провода. Нижняя сторона имеет сплошную металлизацию. На ней также расположены
SMD фильтрующие питание конденсаторы.
Все детали, необходимые для сборки датчика - на следующем фото -
Далее необходимо разместить предусилитель внутри корпуса, предварительно пропустив провода в выводное отверстие и припаять печатную плату за крепежные уголки и углы металлизированной нижней стороны платы ("общий") к корпусу. К обкладкам пьезоэлементов необходимо осторожно припаять проводки и (желательно) защитить обкладки от возможного окисления, покрыв подходящим лаком. Я использовал лак для ногтей, отнятый у жены :-)
Теперь можно припаять проводок от обкладки одного из пьезоэлемента к входу предусилителя и смонтировать его в корпус. Фиксация производится отгибкой крепежных лепестков, как на следующем фото. Надо обратить внимание, чтобы края пьезодиска не касались корпуса датчика, в противном случае, при работе возможно механическое трение края изгибающейся мембраны о корпус датчика, которое может привести к появлению помех в сигнале. Аналогичная операция производится с другим пьезодиском. Если есть сомнения в качестве электрического контакта подложки пьезодатчика с корпусом датчика, можно точечно пропаять одно из мест крепления, или заранее припаять провод к подложке и перед операцией крепления подпаять его с внутренней стороны к корпусу датчика.
После этого универсальным силиконовым герметиком типа "Krass" производится заделка торцов датчика - так, чтобы над плоскостью пьезоэлемента был слой герметика толщиной около 1мм. Это нужно для демпфирования собственных резонансов пьезоэлементов. Отверстия в корпусе в точках крепления пьезоэлементов также герметизируются. Герметизируется кабельный ввод. Дожидаемся, пока герметик заполимеризуется. Все готово!
Мухамедзянов Наиль (aka Nota Bene) (c)2006 reanimator-h <на> yandex.ru
