Hallo Habr. In diesem Artikel werde ich über ein einfaches Gerät zur Demonstration der akustischen Levitation der verfügbaren Komponenten sprechen. Der Artikel enthält viele Fotos und einen Link zu einem Video mit Experimenten.
Ich habe jedoch gerade das
in diesem Artikel beschriebene fertige Gerät wiederholt.
Kurze Informationen zum Gerät und Experimente mit Levitation finden Sie
in meinem Video (Experimente
beginnen um 2:00 Uhr ).
Das wichtigste Element dieses Geräts sind piezoelektrische Ultraschallemitter, die von einem ausreichend beliebten Ultraschall-Abstandssensor entnommen werden können (suchen Sie auf aliexpress nach "Ultraschallabstand HC-SR04" zu einem Preis von 70 Rubel).
Dieser Sensor enthält zwei identische Elemente. Einer arbeitet als Ultraschallgenerator und der zweite als Empfänger. Zum Entfernen verwenden Sie am besten eine Entlötpumpe.
Als nächstes müssen Sie das Gitter entfernen, um Verluste während der Erzeugung zu reduzieren. Erweitern Sie dazu die Crimpung des Aluminiumgehäuses mit einer Zange oder einer Zange.
Aus dem entfernten Netz können Sie sofort eine Klinge für die Installation von Partikeln in unserem „Levitator“ herstellen. Schneiden Sie dazu leicht ein Streichholz oder einen Zahnstocher ab und kleben Sie ein Gitter Sekundenkleber darauf. Die Kanten des Netzes sind besser, um ein wenig zu biegen.
Auf der Oberfläche des Piezo-Emitters, der der Empfänger war, befindet sich ein Tropfen gelartigen Klebers. Vermutlich geschieht dies zur besseren Absorption der Ultraschallwelle. Es ist ratsam, diesen Tropfen mit einem kleinen Schraubendreher zu entfernen.
Als nächstes sammeln wir die Emitter ohne Gitter und drücken an mehreren Stellen den Rand des Gehäuses mit einer Zange zusammen.
Jetzt haben wir zwei Ultraschallstrahler. Sie müssen parallel gelötet und an eine Schaltung angeschlossen werden, die ein rechteckiges variables Signal mit einer Amplitude von 12 V und einer Frequenz von 40 kHz oder mit anderen Worten Spannungsimpulse von -12 V bis +12 V erzeugt.
Die folgende Gliederung stammt aus dem Originalartikel. Es verwendet den Schrittmotortreiber L239D. Gleichzeitig bezieht sich der Text auf den L293D-Treiber (die Nummern haben sich geändert), was häufiger vorkommt. Sie können eine fertige Platine auf dem L298N-Treiber kaufen (suchen Sie nach „Motorantriebsplatine L298N“ für ca. 120 Rubel). Ich habe gerade eine Brückenschaltung an Transistoren verwendet, um die Polarität des Motors zu ändern, und es funktioniert auch gut. Mit dem L298N-Treiber ist es jedoch einfacher, ein fertiges Board zu kaufen. Sie müssen auch ein Arduino Nano-Board kaufen, das die gewünschte Frequenz von 40 kHz erzeugt, und eine Stromversorgung von 12 V (ausreichend Strom 1 A). Das Programm für Arduino befindet sich
im Originalartikel . Infolgedessen sollte die Schaltung Spannungsimpulse von ± 12 V mit einer Frequenz von 40 kHz erzeugen.
Nach dem Zusammenbau der Schaltung müssen Sie die piezoelektrischen Wandler gegenläufig installieren, damit der Abstand zwischen ihnen geändert werden kann. Ich habe einen Metallkonstrukteur verwendet, bei dem ich ein interessantes Teil mit Längsausschnitten für Schrauben gefunden habe. Ich kann mich nicht erinnern, von welchem Set dieses Teil stammt, da ich lange Sets von in- und ausländischen Herstellern (M4-Schrauben, 10 mm Lochabstand) gekauft und alle zusammengesetzt hatte.
Ich habe einen Abstand ab 25 mm gewählt. Reduzierte es allmählich um einen halben Millimeter und überprüfte, wie die Schaumpartikel hängen. Er blieb bei 22 mm stehen, während die Partikel am besten hingen. Im Originalartikel gibt es eine Möglichkeit, den optimalen Abstand mit einem Oszilloskop zu ermitteln. Wenn ein piezoelektrischer Wandler vorübergehend vom Generator getrennt wird, wird er zum Empfänger und erzeugt einen Sinus. Es ist notwendig, es in Phase mit einem rechteckigen Signal des Generators zu kombinieren.
Wenn der optimale Abstand gefunden ist, können Sie mit dem Experiment beginnen. Dazu müssen Sie kleine Lichtpartikel vorbereiten: Kugeln aus Polystyrolschaum (auch Kunstschaumkunststoff), Serviettenstücke, Papier und dünne Folie (Potal), Weihnachtsdekorationen wie "Regen", große Glitzer. Mit einer Mesh-Klinge müssen Sie sie in den Bereich zwischen den Piezo-Emittern bringen und die Klinge absenken. Das Teilchen wird in einem der Knoten der stehenden Welle eingefangen. Diese Knoten sind ungefähr 4 mm voneinander entfernt. Sie können mehrere Partikel gleichzeitig eingeben. Je nach Größe und Form können die Partikel bewegungslos hängen, schwingen oder sich drehen.
Seltsamerweise gibt es auf aliexpress noch kein Gerät in fertiger Form in einem schönen Fall. Es gibt jedoch ein Kit zur Selbstorganisation eines leistungsstärkeren Levitators mit 75 Piezo-Emittern (suchen Sie nach „Acoustic Levitator“, der Preis für eine nicht zusammengebaute Version beträgt etwa 5000 Rubel). Es gibt einen
ganzen wissenschaftlichen Artikel über diesen großen Levitator.
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit, ich hoffe, der Artikel wird nützlich sein. Fröhliche Levitation!