Акустичний тяговий промінь (збираємо пристрій з фантастичних фільмів)

13

Багато любителів фантастики читали або бачили у фільмах, як нло зависає над людиною, і з «тарілки» вниз починає світити промінь світла. Потім по цьому променю людина, або будь-який інший предмет, «втягується» на борт корабля.

Фантастика скаже більшість. Але непотрібно поспішати, багато речей, які здавалися фантастикою 50-40 і навіть 10 років тому, вже звичні в сучасному світі.

Звичайно, представлене в цій статті пристрій не може піднімати людини, але хто знає, як ця технологія розвинеться через деякий час.

Отже, за допомогою цього посібника ви зможете отримати в свої руки пристрій, який бачили тільки в науково-фантастичних фільмах, таких як «зоряні війни» або «зоряний шлях».

Тягові промені (або в деяких перекладах «промені трактора») — це хвилі, які можуть притягувати частинки до джерела. Збірка пристрою нескладна, а вартість комплектуючих близько 75 доларів.

У статті робиться наголос на технічній частині, а бажаючі познайомитися з теорією, можуть ознайомитися з дослідницькими роботами державного університету навари спеціалізується в цій галузі.

Інструменти та матеріали: — перетворювачі (ультразвукові датчики) 30x 16 мм, 40 кгц mso-a1640h10t є кращими, але мінімальний їх замовлення становить 500 штук. В якості альтернативи можна використовувати інші 16-міліметрові перетворювачі 40 кгц;-arduino nano;-модуль драйвера двигуна постійного струму l298n ;-підвищуючий перетворювач;-2s lipo акумулятор (7,4 в) + зарядний пристрій;-11 гвинтів m3 6 мм і гайки m3;-дерев’яний брусок 300x45x15 мм;-3d-принтер;-перфорована плата;-перемикач;-три тактові кнопки;-перемички;-12awg чорно-червоний провід;-кульки з пінополістиролу;-прозорий матеріал (металева сітка, дуже тонка тканина і т.д);-паяльні приналежності;-дриль;-клейовий пістолет;-мультиметр;-ніж;-викрутка;-плоскогубці;-осцилограф з двома каналами (опціонально).

Крок перший: схема не складна. По суті, arduino буде генерувати 4 напівквадратних сигналу при 5vpp 40khz з різними фазами. Ці сигнали посилюються драйвером двигуна до 25 в (розмах) і подаються на перетворювачі. Кнопкову панель можна використовувати для зміни фаз, щоб частка рухалася вгору і вниз. Акумулятор (7,3 в) живить arduino і логічну частину драйвера двигуна. Перетворювач збільшує напругу з 7,3 в до 25 в.

Крок другий: 3d-друкперетворювачі будуть встановлені в надрукованій на 3d-принтері півсфері. Така форма дозволяє природним чином сфокусувати промінь.

Для друку майстер використовував принтер ultimaker extended 2 + з соплом 0,4 мм і настройками normal. Ніякої опори не потрібно, тільки край. У нього не обов’язково повинна бути ідеальна поверхня, тому будь-який звичайний принтер повинен підійти.файл для друку можна завантажити нижче.bowl.stl

Крок третій: підготовка ардуїнок платі ардуіно потрібно припаяти роз’єми. Потім завантажуємо прикладену програму в arduino nano.при необхідності потрібно оновити драйвера.drivernano_tractor.ino

Так само необхідно зарядити акумулятор.

Крок четвертий: ручка (корпус)далі потрібно вирізати ручку для пристрою. Вона ж буде грати роль корпусу для електроніки.розміри бруска 300x45x15 мм.до торця бруска прикручуємо пластикову півсферу, попередньо просвердливши отвори. Далі півсферу потрібно демонтувати.

Крок п’ятий: установка електронікидальше свердлимо кріпильні отвори і прикручуємо з одного боку ручки перетворювач постійного струму, з іншого — драйвер.дуже важливо, щоб сторона виходу конвертера була ближче до півсфери.тепер потрібно зняти перемичку з драйвера.

За допомогою липучки, двостороннього скотча або гарячого клею приклеюємо arduino під драйвером так, щоб порт usb був спрямований вправо.встановлюємо перемичку між контактами d10 і d11 .

Далі свердлимо п’ять отворів для проводів, два над драйвером і три під ардуіно.

Далі потрібно припаяти дроти до перемикача. Середні контакти будуть підключатися до регулятора напруги, праві контакти йдуть до роз’єму постійного струму, а ліві — до контактів роз’єму акумулятора.червоний провід-плюс ( + ), чорний-мінус ( -).для контактів роз’єму акумулятора можна використовувати штирьові роз’єми, змонтувавши їх на невеликому шматочку плати. Живлення подається в ланцюг або від роз’єму постійного струму, або від батареї.можна використовувати будь-який адаптер постійного струму від 9 в до 12 в, який може забезпечити струм не менше 2 а.

Далі прикріплюємо акумулятор.це можна зробити за допомогою двостороннього скотча або липучки.

Протягуємо дроти в отвори і підключаємо їх до підвищує перетворювача. Ці дроти будуть передавати підвищену напругу (зазвичай 25 в) від перетворювача постійного струму до драйвера.

Далі приклеюємо перемикач і роз’єм живлення.

Далі підключаємо 7.4 v на dcconverter in.спочатку підключаємо чорний провід заземлення ( — ) від центральних контактів комутатора до входу dcconverter in ( -). До цього ж контакту підключаємо землю для arduino.потім підключаємо червоний (+) провід від центрального контакту switch до dcconverter in ( + ). До цього ж контакту підключаємо vin arduino і логічний блок перетворювача (контакти, з яких раніше була знята перемичка, дуже важливо підключити її до виділеного контакту).також можливо отримати напругу для arduino від перетворювача. Замість підключення converter.in ( + ) до arduino.vin можна використовувати dcconverter (5v) до arduino (v5).

Далі підключаємо сигнальні дроти. Ці чотири дроти передають дані від arduino до драйвера.arduino — (a0, a1, a2, a3) до драйвера — (in1, in2, in3, in4).

Кнопкова панель не є обов’язковою, але якщо її можна піднімати і опускати кульки з полістиролу вгору і вниз.ідея полягає в тому, щоб мати три контактних майданчики, які при натисканні замикаються з землею (кнопки активні на низькому рівні).підключаємо arduino до загального контакту кнопок. Потім підключаємо кожну з кнопок до d2 (вгору), d3 (вниз) і d4 (положення скидання).

Тепер потрібно встановити напругу.спочатку підключаємо акумулятор, дотримуючись полярності. Включаємо пристрій. Повертаємо потенціометр проти годинникової стрілки, поки на дисплеї не буде 10 в.в кінцевому пристрої буде використовуватися 25 в, але для тестової перевірки безпечніше працювати при 10 в.

Цей крок не є обов’язковим, але за допомогою нього можна перевірити, чи все працює нормально.підключає один щуп до заземлення. Перед драйвером сигнали повинні бути 5vpp, а після драйвера 10vpp.сигнали з одного боку синфазні, а сигнали з протилежних сторін повинні бути не в фазі.

Крок сьомий: ультразвукові датчикина корпусі ультразвукових датчиків є маркування +/ -, але вона не завжди вірна і необхідно перевірити полярність перед монтажем.зробити це можна різними способами. Наприклад за допомогою мультиметра і мідної стрічки.

Найпростіший спосіб позначити полярність — використовувати саму arduino..встановіть код на arduino. Nanoscope.іподключаем один провід до a0, а інший провід до gnd. Поки arduino підключений до пк, запускаємо tools->serial plotter і переконуємося, що швидкість встановлена на 115200. Коли перетворювач підключений між a0 і gnd, сигнал буде виконувати одну з наступних дій: сигнал падає або залишається рівним 0. Позначте ніжку, підключену до gnd.сигнал підвищується або залишається на рівні 1023. Відзначаємо ніжку, підключену до a0.при цьому важливо не торкатися до ніжки датчика або проводів.

Так само можна перевірити полярність за допомогою осцилографа. Підключаємо до однієї ноги щуп і голкою натискаємо на мембрану датчика. Залежно від сигналу маркуємо виходи.

Або підключаємо до датчика живлення від перетворювача. Підключаємо щуп осцилографа. Підключаємо до перетворювача другий ультразвуковий датчик і направляємо його на перший. Якщо сигнали збігаються по фазі, відзначаємо ногу, підключену до землі. Якщо вони не в фазі, відзначаємо іншу ногу.

Крок восьмий: монтаж датчіковтепер можна зібрати найголовнішу частину пристрою. Всередину півсфери встановлюємо ультразвукові датчики, зорієнтувавши їх позитивними ніжками вгору. У нижній ряд поки нічого не встановлюємо.

Тепер потрібно підключити датчики і тут є кілька методів.

Складний метод.відріжте необхідну довжину дроту. Зніміть ізоляцію з дроту в тих місцях, де він проходить поруч з ніжкою.припаяйте провід до ніжок. Повторіть операцію проводом іншої полярності.

Простий метод.цей метод аналогічний першому, але використовується оголений провід, що набагато спрощує монтаж.після монтажу перевіряємо ультразвукові датчики. Підключаємо мінус від датчиків півсфери до заземлення драйвера.підключаємо 4 червоних дроти відПівсфери до виходів драйвера, дотримуючись нумерацію.підключаємо два додаткових датчика з маркуванням до зондів осцилографа. Обов’язково підключаємо заземлення до зазначеної ніжці (або, принаймні, підключаємо два датчика таким же чином). За допомогою цих перетворювачів можна перевірити випромінюваний сигнал інших перетворювачів.

Перетворювачі з однієї і тієї ж половини сфери повинні випромінювати синфазно. Перетворювачі з протилежних половин випромінюють в протифазі.перетворювачі з неправильною полярністю слід розпаяти, повернути і припаяти заново.

Далі прикручуємо півсферу до корпусу і підключаємо згідно зі схемою. При цьому напруга необхідно відрегулювати на 25 в.

Крок дев’ятий: тестування устройствавсе готове і можна протестувати пристрій. Увімкніть пристрій, ви повинні трохи відчути звук або почути його, якщо направити його на великий шматок пінополістиролу або пінопласту.

Використовуючи прозорий лист (сітка, тонка тканина) поміщаємо в центр півсфери кульки пінопласту. Кульки повинні «зависнути» по центру сфери. Натискайте кнопки, щоб перемістити кульки вгору або вниз.

Залежно від розміру кульки і того, наскільки близько він до сфери, можна повернути її в сторону або догори дном. Також можливо піднімати кульки лежать на поверхні.

Крок десятий: інші пристроюв статті розказано, як створити найбільш ефективний пристрій, але є й інші пристрої, що вимагають ще менше електроніки, хоча вони не так ефективні з точки зору і потужності левітації в ватах.для цих пристроїв потрібні ультразвукові датчики 1 см ma40s4s, дроти і роз’єми меншого розміру, а також інша версія коду для arduino (яка завжди генерує сигнал 40 кгц).signal40khz.іподля першої версії роздрукуйте прикріплений файл stl. Перетворювачі вставляються в нижні отвори, і всі вони приводяться в дію одним і тим же сигналом.coils.stl

Для другої версії роздрукуйте прикріплений файл stl. Перетворювачі вставляються в нижні отвори, і всі вони приводяться в дію одним і тим же сигналом.tubes.stl

На відео нижче можна детально подивитися процес складання пристрою і результати його тестування.

P.s. Для бажаючих зібрати даний пристрій раджу ознайомитися з оригінальною статтею за посиланням «джерело» і обов’язково прочитати коментарі, в яких детально розбираються несправності.джерело (source)