Электронный стетоскоп своими руками

Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов

Представляем очень простой самодельный технический стетоскоп. Он был сделан с целью тестирования систем подвески в автомобилях и для этой цели использовался уже много лет. Зонды выполнены в виде неодимовых магнитов с приклеенными емкостными микрофонами (электретными). Датчик заливается эпоксидным клеем, так что получается очень устойчивым к повреждению, воде и в то же время он достаточно жесткий, чтобы хорошо передавать вибрации.

Принципиальная схема технического стетоскопа

Сигнал через экранированный кабель от каждого зонда направлен на «коммутатор», который содержит переключатели.

Сигнал регулируется путем изменения коэффициента усиления операционного усилителя чтобы чётко услышать звуки обследуемых объектов. Все питается от 9-вольтовой батареи и ее хватает на пару лет — это чрезвычайно энергоэффективная схема.

Зонды могут крепиться к элементам из стали, поскольку ручка выполнена с использованием неодимовых магнитов диаметром около 1 см и высотой около 5 мм. Конструкция зонда показана на картинке.

Их можно прикрепить в любом месте помня, что соединительные кабеля должны быть расположены безопасным образом. Крепить их можно на рычаги подвески, амортизаторы, а затем пустить в машину через боковую дверь или кабель канал.

Весь комплект держится настолько туго, что ни один зонд не отсоединился и не сдвинулся, несмотря на движение с хорошей скоростью (важно правильно расположить провода).

Зонды имеют номера и прикрепляют их к местам, описанным на центральном блоке. Во время теста вы можете включить зонды и послушать звук из одного, двух или сколько зондов вы хотите услышать.

Это устройство, которое кстати очень распространено в строительстве и обслуживании технических машин, позволило найти много интересных неполадок на протяжении многих лет — именно поэтому, несмотря на его примитивное исполнение оно заслуживает публикации.

Описание схемы:

  • U1a выполняет функцию малошумящего микрофонного предусилителя. Его коэффициент усиления не превышает 3.9, что обусловлено высоким выходным сопротивлением электретного микрофона, из-за которого эффективное сопротивление резистора на входе U1a равно примерно 12.2 кОм. Конденсатор C2 имеет относительно большую емкость, т.к. должен пропускать низкочастотные (20…30 Гц) звуки бьющегося сердца.
  • На U1b собран малошумящий фильтр Салена-Кея с частотой среза около 103 Гц. R7 и R8 задают усиление на уровне порядка 1.6 и позволяют выбрать одинаковые номиналы C3 и C4. Крутизна спада характеристики фильтра равна 12 дБ/октава. Если уменьшить номиналы конденсаторов C3 и C4 в 10 раз, до 4.7 нФ, частота среза отодвинется к 1 кГц, и можно будет прослушивать респираторные шумы, а также звуки автомобильного двигателя.
  • Микросхему U4 можно не устанавливать. Это всего лишь усилитель, с коэффициентом усиления 71, для управления двухцветным светодиодом.
  • U5 – это микросхема звукового усилителя с выходной мощностью 0.25 Вт. Встроенные цепи смещения позволяют подавать входной сигнал и снимать выходной относительно шины «земля».

Хорошо известен простой и распространенный медицинский прибор, традиционно и привычно висящий на шее практически каждого врача-терапевта — это стетофонендоскоп, называемый чаще просто как фонендоскоп или стетоскоп. Им можно прослушать сердце и легкие, а можно, при необходимости, и какое-либо механическое устройство в процессе его работы, например, механический станок, двигатель и т.д. Полезный прибор.

Читайте также:  Развальные пластины на приору

Но. Кроме медиков и механиков, к сожалению, этим же замечательным акустическим прибором успешно пользуются и те, кто прослушивают стенки, полы и потолки в офисах, частных домах и квартирах. Однако интересуют их совсем НЕ стенки, а то, что ЗА стенкой.

И делают это они не только из желания узнать подробности очередного семейного скандала у соседей.

Особенно просто подобное любопытство удовлетворяется в случае стен, а также полов, потолков и т.д. изготовленных из железобетонных панелей. Хотя, надо отметить, и кирпичные стенки не всегда являются надежным препятствием для подобного, акустического и безэлектронного способа получения информации.

Кстати, нет друзей среди медиков — сгодится такой простой и известный прибор как . стеклянный стакан. Тонкий стакан — неплохой акустический резонатор. Пользоваться им — и лучше, и комфортнее, и удобнее, чем неподвижно сидеть у стенки, просто прижав к ней любопытное ухо. Конечно, со стаканом — приятнее: все-таки технический прибор, хотя и без уже привычной электроники.

Однако следует отметить, что лучше чай в стакане, а не ухо.

Упомянутые выше акустические приборы — фонендоскоп и стакан-резонатор дают хорошие эффекты, но, конечно, фонендоскоп лучше. Но подобные приборы требуют постоянного присутствия "пользователя”. Это создает некоторые трудности и вносит определенные ограничения в такой способ получения информации.

К большому сожалению, для обладателей ценной информации у данной проблемы есть достаточно простое и сравнительно дешевое решение.

Речь идет о применении в качестве микрофонов чувствительных к вибрациям элементов — пьезокристаллов. Это могут быть пьезоэлементы, например, из обычных звукоснимателей для проигрывателей уже устаревших, виниловых пластинок — ГЗП-308 и др. Это могут быть пьезоизлучатели, например, от электронных часов, игрушек и т.д. — ЗП-1, ЗП-22 и др.

Используя подобные элементы и чувствительные, малошумящие усилители (УНЧ) с соответствующим входным сопротивлением (рис. 1 — 3) можно обойтись и без прикладывания уха к стене — непосредственно, через стакан или пользуясь фонендоскопом. Для реализации возможностей указанных элементов необходимо приклеить такой кристалл к стене эпоксидным клеем и подключить данный кристалл к усилителю короткими проводами. Получается прибор с неплохими качественными характеристиками — микрофон-стетоскоп. Оказывается железобетонные стены в панельном доме, а также тонкие кирпичные, очень хорошо передают звуки из соседних комнат и не препятствуют такому способу получения звуковой информации.

В составе микрофонов-стетоскопов лучше использовать большие и плоские пьезокристаллы.

Схемы простых стетоскопов на ОУ

На рисунке 1 представлена схема простого УНЧ с высоким входным сопротивлением и двойным источником питания. Источником сигнала служит пьезоэлемент или пьезоизлучатель. Микрофон-стетоскоп.

R4С4, С2, С3 обеспечивают устойчивость УНЧ (на ВЧ). Конденсаторы С2, СЗ размещают максимально близко к ОУ.

Рис.1. Схема простого УНЧ с высоким входным сопротивлением и двухполярным источником питания. (Микрофон-стетоскоп).

Читайте также:  Какой 3м скотч лучше

Элементы для схемы на рисунке 1 :

  • R1=100к-1м (регулировка громкости),
  • R2=10к-20к (регулировка чувствительности),
  • R3=1м-2м, R4=10;
  • С1 =0.1 мкФ — 1.0мкФ, С2=0.1 мкФ — 0.ЗмкФ, С3=0.1 мкФ-0.ЗмкФ, С4=0.1 мкФ;
  • А1 — ОУ — 140УД12, 140УД20, 140УД8 или любые другие ОУ с внутренней коррекцией;
  • Т1, Т2 — КТ3102, КТ3107 или КТ315, КТ361, или аналогичные комплементарные (парные) транзисторы;
  • В1 — пьезоэлемент ГЗП-308, ПЭ-1 или аналогичные;
  • В2 — пьезоизлучатель ЗП-1, ЗП-22 или аналогичные.
  • Т — ТМ-2А или аналогичные.

На рисунке 2 представлена схема простого УНЧ с высоким входным сопротивлением и одним источником питания. Источником сигнала служит пьезоэлемент или пьезоизлучатель. Микрофон-стетоскоп.

R4С4, С2 обеспечивают устойчивость УНЧ (на ВЧ). Конденсатор С2 размещают максимально близко к ОУ.

Рис. 2. Схема простого УНЧ с высоким входным сопротивлением и однополярным источником питания. (Микрофон-стетоскоп).

Элементы для схемы на рисунке 2 :

  • R1=100к-1м (регулировка громкости),
  • R2=10к-20к (регулировка чувствительности),
  • R3=1 м-2м, R4=10, R5=136=1 м-2м;
  • С1 =0.1 мкФ — 1.0мкФ, С2=0.1 мкФ — 0.ЗмкФ,
  • С3 — отсутствует, С4=0.1мкФ, С5=0.1 мкФ-1 .ОмкФ;
  • А1 — ОУ — 140УД8, 140УД12, 140УД20 или любые другие ОУ с внутренней коррекцией (желательно) и в типовом включении;
  • Т1, Т2 — КТ3102, КТ3107 или КТ315, КТ361, или аналогичные комплементарные (парные) транзисторы;
  • В1 — пьезоэлемент ГЗП-308, ПЭ-1 или аналогичные ;
  • В2 — пьезоизлучатель ЗП-1, ЗП-22 или аналогичные ;
  • Т — ТМ-2А или аналогичные.

На рисунке 3 представлена схема УНЧ с высоким входным сопротивлением, двойным источником питания и корректором АЧХ. Источником сигнала служит пьезоэлемент или пьезоизлучатель. Микрофон-стетоскоп с достаточно высокими параметрами!

Первый каскад УНЧ (ОУ А1) обеспечивает предварительное усиление сигнала и согласование с корректором АЧХ (темброблок или эквалайзер). После корректора и регулятора громкости сигнал подается на усилитель мощности на ОУ А2 и Т1 и Т2. На выходе — телефон или динамический громкоговоритель (Т1 и Т2 — КТ502 и КТ503).

R8С4, С5, С6, С7, С8 обеспечивают устойчивость УНЧ (на ВЧ). Конденсаторы С5, С6, С7, С8 размещают максимально близко к ОУ. С2, R5 обеспечивают гальваническую развязку между ОУ А2 и предыдущей схемой. Это минимизирует разбаланс нуля на выходе ОУ А2.

Подключение датчика к УНЧ осуществляется с помощью экранированного провода.

Рис. 3. Схема простого УНЧ с высоким входным сопротивлением, двухполярным источником питания и корректором АЧХ. (Микрофон-стетоскоп).

Элементы для схемы на рисунке 3 :

  • R1=100к-1м, R2=10к-20к (регулировка чувствительности),
  • R3=100к-200к,
  • R4=5к-100к (регулировка громкости),
  • R5=100к-1 м (R5>>R4),
  • R6=10к-20к (регулировка чувствительности),
  • R7=100к-200к, R8=10;
  • С1 =0.1 мкФ-1.0мкФ, С2=0.1 мкФ-1.0мкФ, С3=0.1 мкФ-1.0мкФ,
  • С4=0.1 мкФ, С5=0.1мкФ-0.3мкФ, С6=0.1мкФ-0.3мкФ,
  • С7=0.1 мкФ-0.ЗмкФ, С8=0.1мкФ-0.3мкФ;
  • А1 — ОУ — 140УД8, 140УД12, 140УД20 или любые другие ОУ с внутренней коррекцией (желательно) и в типовом включении;
  • Т1, Т2 — КТ3102, КТ3107 или КТ315, КТ361, или аналогичные комплементарные (парные) транзисторы;
  • В1 — пьезоэлемент ГЗП-308, ПЭ-1 или аналогичные ;
  • В2 — пьезоизлучатель ЗП-1, ЗП-22 или аналогичные ;
  • Т — ТМ-2А или аналогичные.
Читайте также:  Аренда прибора для проверки лакокрасочного покрытия

Тот же эксперимент можно повторить, но уже с оконным стеклом. В данном случае пьезокристалл крепится к стеклу. При этом для обеспечения скрытности пьезокристалл крепится к стеклу близко у рамы! Прикрепить его к стеклу можно и со стороны улицы. При этом хорошо слышно все, что происходит в комнате.

Неплохо слышно даже если прикрепить кристалл к внешнему стеклу в случае двойной рамы. Даже двойная рама не защищает полностью! И можно поверить, что при использовании пьезокристалла относительно большой площади (1-2 кв. см), малошумящего и чувствительного усилителя звук будет достаточно громким и отчетливым.

Аналогичный опыт может быть проведен со столом. Оказывается, традиционная ДСП-плита стола с прикрепленным пьезокристаллом может быть прекрасным микрофоном, обеспечивающим хорошее качество звука. Больше площадь поверхности стола, обычно сделанного на основе ДСП-плиты, — выше качество звука.

Стетоскоп с дистанционным датчиком

Для данных опытов провод, соединяющий кристалл с усилителем, должен быть, конечно, экранированным. При его длине более 50 см лучше воспользоваться малошумящим усилителем с дифференциальным входом (рисунок 4).

На рисунке 4 (а) представлена схема УНЧ с дифференциальным входом, высоким входным сопротивлением, двойным источником питания и корректором АЧХ.

Источником сигнала служит пьезоэлемент или пьезоизлучатель. Микрофон-стетоскоп с достаточно высокими параметрами! Первый каскад УНЧ (ОУ А1) обеспечивает предварительное усиление сигнала при ослаблении синфазной составляющей помехи, а также согласование с корректором АЧХ (регуляторы тембра и эквалайзеры).

После корректора АХЧ и последующего регулятора громкости сигнал подается на усилитель мощности на ОУ А2 и Т1 и Т2. На выходе — телефон или динамический громкоговоритель (Т1 и Т2 — КТ502 и КТ503). R8С4, С5, С6, С7, С8 обеспечивают устойчивость УНЧ.

Конденсаторы С5, С6, С7, С8 размещают максимально близко к ОУ. С2, 135 обеспечивают гальваническую развязку между ОУ А2 и предыдущей схемой. Это минимизирует разбаланс нуля на выходе ОУ А2.

Для обеспечения корректной работы дифференциального усилителя необходимо выполнить условие R1=R2, R3=R4 (или точнее R3/R1=R4/ R2) с максимальной точностью (1%, 0.1% и т.д.): чем точнее, тем лучше.

Для обеспечения необходимого баланса рекомендуется один из резисторов выполнить переменным, в качестве такого переменного резистора целесообразно использовать высокоточный резистор-подстроечник с внутренним редуктором. Подключение датчика к УНЧ осуществляется с помощью витой пары в экране.

Рис.4. Схема простого УНЧ с высоким входным сопротивлением, дифференциальным входом, 2-полярным источником питания, корректором АЧХ (а) и подключением удаленного пьезодатчика (б). (Микрофон-стетоскоп).

Элементы для схемы на рисунка 4, а :

  • R1 = R2=100к-500к, RЗ= R4=1м-5м,
  • R0=5к-100к (регулировка громкости),
  • R5=100к-1 м (R5 PCBWay — всего $5 за 10 печатных плат, первый заказ для новых клиентов БЕСПЛАТЕН
  • Сборка печатных плат от $88 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет
  • Онлайн просмотрщик Gerber-файлов от PCBWay!
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock detector