Незважаючи на багатогалузеву мережа рятувальної служби на водоймах, все ж трапляються нещасні випадки, викликані зазвичай порушенням правил поведінки на воді. Однією з основних завдань, що стоять перед рятувальниками, є своєчасне надання допомоги потерпілим. Від того, як швидко буде знайдений людина, що терпить лихо, або тільки що потонув, залежить врятують його чи ні.
У статті наводиться опис комплекту приладів, призначених для сигналізації про потопаючому плавця. Такий комплект необхідний при проведенні робіт, пов'язаних з короткочасним зануренням на невелику глибину без акваланга. Гідроакустичний сигналізатор незамінний під час змагань нирців на тривалість перебування під водою. Сама ідея сигналізації за допомогою радіотехнічних засобів про надмірно тривалому, а отже небезпечному для життя, перебування під водою заслуговує уваги радіоаматорів. Датчик, що реагує на тривале перебування на глибині 1-2 м під водою не універсальний, так як нещасний випадок може статися на меншій глибині. Слід було б сконструювати датчик, що реагує на припинення дихання або серцебиття. Багато ще невирішених завдань у сфері застосування електроніки для підводного плавання, і, зокрема, для створення надійного зв'язку під водою. Тут відкривається простір для творчості радіоаматорів, які повинні допомогти рятувальникам у їх благородній і нелегкій справі.
Гидроакустическая апаратура автоматичної сигналізації про потопаючому людині складається з малогабаритних автоматичних передавачів і одного "чергового" приймача. Передавачі закріплюються на тілі плавців, а приймач знаходиться на рятувальному посту безпосередньо біля води. При прийомі сигналів лиха від будь-якого з передавачів на рятувальному посту автоматично включається світлова та звукова тривожна сигналізація.
Дальність дії апаратури близько 200 м.
Передавач
Передавач, блок-схема якого поміщена на рис. 1, а принципова схема - на рис. 2, складається з датчика занурення, реле часу і генератора ультразвукових коливань з пьезокерамичним / випромінювачем. Робоча частота передавача 53 кГц.
Puc.1
З метою підвищення надійності та економічності передавача включення його живлення здійснюється контактами датчика занурення, який відрегульований так, що замикання відбувається при зануренні на глибину понад 0,2-0,5 м.
Puc.2
Реле часу виключає можливість подачі помилкових сигналів при пірнанні купаються і включає передавач тільки через 55-60 сек після спрацьовування датчика занурення. Такий час витримки вибрано виходячи з того, що тренований плавець здатний затримати дихання під водою на час близько однієї хвилини: Всяк випадок перебування людини під водою довше однієї хвилини може розцінюватися як небезпечний для життя. Якщо ж у практиці і будуть зустрічатися випадки, коли нирець зможе перебувати під водою довше однієї хвилини, то, по-перше, після підйому плавця на глибину менш кордону спрацьовування датчика занурення тривожна сигналізація вимикається, а, по-друге, в приймачі є додатково реле часу, витримку якого можна регулювати залежно від потреби в широких межах.
Для випромінювання і прийому ультразвукових коливань в передавачі і приймачі застосовані п'єзокерамічні перетворювачі з титанату барію чутливістю 3-10 мкв/бар, що мають форму порожнього циліндра із зовнішнім діаметром 30 мм, внутрішнім діаметром 26 мм і висотою 28 мм Електроакустичний коефіцієнт корисної дії таких перетворювачів близько 25%.
Циліндрична форма перетворювачів дозволяє отримати кругову характеристику спрямованості приймача і передавача, досить мале відношення висоти перетворювача до довжини робочої хвилі наближає характеристику спрямованості до сферичної. І все ж в перетворювачів циліндричної форми просторова характеристика випромінювання (прийому) має зони малої інтенсивності (чутливості) сигналів. Хоча ймовірність збігу зон малої інтенсивності передавачів з малою зоною чутливості приймача невелика, цих зон бажано не мати зовсім. Для отримання в просторі повної сферичної і рівномірної характеристики випромінювання (прийому) більш ефективним буде застосування в апаратурі перетворювачів сферичної форми.
Генератор ультразвукових коливань і реле часу виконані на двох транзисторах T1 і Т2 типу П-13А і П-401. На першому з них зібрано реле часу і на другому - власне генератор. Генератор зібраний по схемі з індуктивним зворотним зв'язком.
В якості джерела живлення в передавачі використовуються два акумулятори типу Д-0,06, з'єднані послідовно. При зануренні на глибину менше 0,2-0,5 м передавач електричної енергії не споживає; при знаходженні на більшій глибині, коли працює реле часу, споживання струму становить 4,0 ма. В режимі випромінювання передавач споживає струм 3,0 ма, тому практично можна вважати, що тривалість роботи джерел літанія протягом одного циклу визначається часом їх саморозряду. Вихідна електрична потужність передавача становить 6,0 мВт, акустична потужність - близько 2 мВт.
Розташування деталей передавача зображено на рис 4.
Puc.4
Передавач, змонтований всередині корпусу пьезокерамического перетворювача на прямокутній гетинаксовой платі, що має розміри 15х22 мм. Транзистор Т2 взято з коефіцієнтом підсилення не менше 60. Трансформатор Tp1 виконаний на феритовому кільці (Ф-600) з зовнішнім діаметром 8 мм Обмотки I і II містять відповідно 70 і 9 витків дроту ПЕЛШО 0,17. З метою отримання найменших габаритів конденсатор C1 зібраний з 12 паралельно з'єднаних конденсаторів типу ЕМІ 10 мкф 3B.
Нижній торець перетворювача (ПКП) клеєм 88 закріплений в пазу гетинаксовой фігурної кришки. У корпусі кришки є герметизоване відділення для акумуляторів. Заміна акумуляторів проводиться через дно кришки, укріплене на шести гвинтах. Герметизація дна здійснюється за допомогою круглої гумової прокладки перерізом 2х2 мм діаметром 20 мм.
Схематичний креслення датчика занурення дано на рис. 5. Контактна група (К) датчика занурення укріплена з внутрішньої сторони верхньої кришки (ВК) перетворювача. Сприймає елементом датчика занурення є опорний штифт (1), виконаний у формі грибка.
Puc.5
Діаметр верхньої площадки дорівнює 10 мм, Зверху на кришку і опорний штифт клеєм 88 приклеєна еластична гума (2) товщиною 0,2-0,3 мм При зануренні передавача на глибину 0,2-0,5 м опорний штифт під тиском води, переміщаючись до упору в обмежувач, виробляє перемикання контактів. Регулювання датчика глибини виконується за допомогою вантажу, рівного силі тиску стовпа води заввишки 0,2-0,5 м (близько 40 г).
Частота генерації визначається індуктивність первинної обмотки трансформатора Тр1и ємністю пьезокерамического перетворювача. Налаштування передавача проводиться за частотомеру на резонансну частоту перетворювача зміною числа витків первинної обмотки трансформатора. Налаштування передавача допомогою під'єднання паралельно перетворювача додаткового конденсатора небажана, так як це призводить до марної втрати вихідної потужності передавача. Витримка реле часу регулюється зміною величини ємності конденсатора C1.
Питання найбільш раціонального розміщення передавача на купающемся людині має важливе значення як з точки зору небажаної екранування сигналів передавача тілом людини, так і з точки зору забезпечення свободи рухів плавця у воді.
Як показав досвід, найбільш зручним варіантом розміщення передавача на купающемся людині слід вважати кріплення на плавальній шапочці, -у спеціально передбаченому гумовому "кишені". У зв'язку з невеликою вагою (50 г на повітрі і 22 р у воді) такий спосіб кріплення не викликає незручностей.
Приймач
Поширюються від передавача по воді ультразвукові коливання сприймаються пьезокерамичним / перетворювачем, посилюються приймально-підсилювальним трактом і здійснюють включення тривожної сигналізації.
Принципова схема приймача наведена на рис. 3. Він зібраний на восьми транзисторах за своєрідною супергетеродинною схемою з заземленим емітером і призначений для роботи на фіксованій частоті 53 кГц. Номінальна напруга живлення (15 в (чотири батареї КБС-Л-0,5); при зниженні напруги живлення до 11 працездатність приймача повністю зберігається.
(натисніть для збільшення)
Рис. 3. Конденсатор С17 повинен бути з'єднаний з колектором транзистора Т8.
Споживаний струм в черговому режимі близько 17-20 ма; у режимі попереднього включення індикатора близько 105 ма і в режимі роботи тривожної сигналізації - не більше 300 ма.
Коефіцієнт підсилення приймача по напрузі дорівнює 6-9-105. Чутливість, яка визначається мінімальною величиною сигналу на базі першого транзистора, при якому спрацьовує реле P1, дорівнює 1 мкв.
Підсилювач ВЧ складається з трьох каскадів, зібраних на транзисторах T1, T2, T3. Перетворювач ПКП разом з первинною обмоткою трансформатора Tp1 становить контур, настроєний у резонанс на частоту 53 кГц. Межкаскадные узгоджувальні трансформатори Тр2 і Тр3 також є резонансною навантаженням і підвищують вибірковість приймача.
Для отримання максимального посилення і зменшення ймовірності самозбудження каскадів посилення ВЧ другий і третій каскади, зібрані по каскодной схемі з паралельним живленням. Посилені ультразвукові коливання разом з частотою гетеродина з вторинної обмотки трансформатора Тр3 надходять на змішувач, зібраний на транзисторі Т4. Гетеродин приймача зібраний на транзисторі T8 за тією ж схемою, що і генератор передавача. Низькочастотні коливання, що представляють собою різницю частот основного сигналу і гетеродина, виділені в обмотці I трансформатора Tp4 посилюються каскадом підсилювача НЧ, виконаного на транзисторі T5. Після випрямлення (діод Д1) напруга сигналу подається на підсилювач достоянного струму (транзистор T6) з високочутливим поляризованим реле P1 в ланцюзі колектора.
При надходженні сигналу спрацьовує реле P1. Через контакти цього реле подається живлення на попередній індикатор - лампочку Л1, на один полюс дзвінка (ЗВ) тривожної сигналізації і одночасно знімається мінус напруги живлення конденсатор С16 і з бази відкритого до цього транзистора Т7 реле часу. При цьому контакти реле Р2 розімкнуті. Конденсатор C16 починає розряджатися на опір R24, і через деякий час струм транзистора T7 зменшиться настільки, що якір реле Р2 перекине контакти реле і плюс джерела живлення підключиться до другого висновку дзвінка, привівши в дію тривожну сигналізацію. Час витримки реле часу може змінюватися в межах від 0 до 60 сек. з допомогою змінного опору R24, виведеного на передню панель приймача.
У справному приймачі при легкому терті пальцем по поверхні перетворювача загоряється лампочка Л1 і спрацьовує звукова сигналізація.
Приймач змонтований на двох гетінаксових платах, встановлених на шасі і на передній панелі приладу, жорстко скріплена з шасі. Шасі вставляється в металевий кожух, що має розміри 240х145х180 мм, на якому укріплена ручка для перенесення приладу та замки для закріплення шасі всередині кожуха. Монтаж і розташування деталей приймача добре видно на рис. 6.
Puc.6
На передню панель приймача виведені: перемикач П1 лампочка-індикатор Л1, ручка потенціометра R24 зі шкалою установки витримки часу і роз'єм для підключення коаксіального кабелю з гідроакустичним перетворювачем.
Реле P1 і P2 застосовані типу РП-5, двопозиційні з переважанням. Опір обмоток реле 6000 ом.
Гідроакустичний перетворювач приймача закріплений між двома латунними кришками, які стягуються трьома шпильками. Герметизація внутрішньої порожнини перетворювача здійснюється гумовими прокладками в пазах. В однієї з кришок є сальник з гумовим ущільненням, через який здійснюється введення кабелю типу РК-1 від приймача.
Намотувальні дані трансформаторів приведені в табл. 1.
Позначення на схемі
Число витків обмоток
Марка і діаметр проводу
Тип сердечника
I
II
III
ТР1
250
-
-
ПЕЛ 0, 1
Карбонильный типу СБ-1
-
100
-
ПЕЛ 0, 1
ТР2
520
-
-
ПЕЛ 0, 1
Карбонильный типу СБ-1
Обмотка I намотується поверх обмотки II
-
60
-
ПЕЛ 0,12
ТР3
500
-
-
ПЕЛ 0, 1
"
-
50
-
ПЕЛ 0,12
ТР4
2000
-
-
ПЕЛ 0, 1
Феритовий, Ш-подібний uH=1000 S = 0,'8 см2
-
200
-
ПЕЛ 0.18
ТР5
350
-
-
ПЕЛ 0,1
Карбонильный типу СБ-1 намотується Обмотка I поверх обмоток II і Ш
-
40
-
ПЕЛ 0,15
-
-
50
ПЕЛ 0,15
При монтажі приймача особливу увагу слід звернути на розміщення каскадів посилення ВЧ і гетеродина. Трансформатори необхідно розмістити один від одного на відстані не менше 30 мм і так, щоб їхні осі симетрії були розташовані під кутом 90°; гетеродин бажано змонтувати на окремій платі разом з виконавчою частиною приймача.
Після перевірки правильності монтажу приймача включається харчування і проводиться перевірка режимів транзисторів по постійному струму (див. таблицю 2).
Транзистори
U К=,
Ік,ма
U к~, мВ
в
Іко, мка
Т1
0,5-1
0,4 - 0,5
4-9
40-50
1-2
Т2
2,2
2-2,4
3-6
40-50
3-5
Т3
3, 1
0,4-1
150-270
40-50
3-5
Т4
14,6
0,8-1
0,6-1.5 в
30-40
5-10
Т5
5,5
10
1.8-2 в
30-40
5-10
Т6
14
0,15-0,2
-
40-50
3-5
Т7
3
2
-
40-50
3-5
T8
1,5
0,1
0,65 в
30-40
10-15
Примітки:
1. Режими транзисторів дані при Uвх=1-2 мкв.
2. Режими транзисторів по постійному напрузі і струму заміряні приладом ТТ1, режими по змінному напрузі заміряні ламповим вольтметром типу МВЛ-2М.
Після цього налаштовують підсилювач ВЧ. Для чого відключають гетеродин і на вхід приймача від генератора стандартних сигналів через конденсатор ємністю 0,05 - 0,1 мкф подають немодульовані коливання з частотою 53 кГц; посилене напруга високої частоти вимірюється ламповим вольтметром на колекторі транзистора Т3. При виключенні сигналу з входу приймача вольтметр повинен показувати напругу власних шумів приймача. Величина цих шумів, приведена до входу, не повинна перевищувати 0,01 мкв для налаштованого приймача (при закороченном вході). Якщо при вимиканні сигналу вольтметр показує напругу, що значно перевищує рівень шумів, то це вказує на порушення в каскадах посилення ВЧ. Для усунення цього потрібно кілька рознести один від одного трансформатори Тр2 і Тр3, у ряді випадків допомагає зміна - решт вторинних обмоток цих трансформаторів.
Потім необхідно настроїти в резонанс контури трансформаторів Tp1, Tp2 і Тр3 зміною величин конденсаторів С3 і C8 або підбором чисел витків первинних обмоток.
В останню чергу проводиться настройка контуру, утвореного гідроакустичним перетворювачем і первинною обмоткою трансформатора Tp1. У цьому випадку сигнал на вході приймача сприймається безпосередньо перетворювачем ПКП від котушки індуктивності, включеної на виході ГРС і встановленої на відстані 10 - 15 см від ПКП. На котушку індуктивності з ЦСС подається сигнал напругою близько 1 ст. Налаштування вхідного контуру в резонанс досягається зміною числа витків обмотки I або підключенням паралельно контуру конденсаторів. Резонанс визначається по максимальному показання вольтметра. Чутливість приймача після установки вхідного контуру повинна збільшитися в 1,5-2 рази.
Підключений до схеми гетеродин налаштовується за частотомеру на частоту 51-51,5 кГц зміною числа витків обмотки I трансформатора Tp5 і підлаштування серцевиною.
Робота змішувача і підсилювача НЧ перевіряється при подачі на вхід приймача частоти 53 кГц від ГСС. Найбільше посилення і краща передача низькочастотних сигналів досягається підбором зсуву на базі транзистора Т4 з допомогою опорів R10 і R12.
Реле P1 виконавчої частини приймача має спрацьовувати при напрузі на базі транзистора Т6 мінус 0,1-0,2 в, струм колектора в цьому випадку дорівнює 0,15-0,2 мА; при установці електромагнітних реле з більш низькоомними обмотками колекторний струм може збільшуватися до 8-10 мА.
Після налаштування передавача і приймача окремо перевіряється робота всієї апаратури у воді.
Автори: А. Давидов, Б. Давидов; Публікація: М. Большаков, rf.atnn.ru