Электрификация

Справочник домашнего мастера

Как сделать стетоскоп

big-town ›
Блог ›
Автомобильный стетоскоп своими руками

Недавно мне показалось, что в моем двигателе стали происходить какие то посторонние шумы. Как выяснить? И перестать беспокоится и начать жить 🙂 или сразу преступить к ремонту. Для подобных целей используется автомобильный стетоскоп. Купить его у нас просто не реально, хорошо если продавец вообще в курсе что это такое. Решено было сделать самому. Для этого нам понадобиться:

гайка и шайба м4-2шт. американка-1шт штуцер на шланг-1шт прокладка для буксы-1шт тонкое железо 40ммх40мм спица вязальная 4мм-1шт
Все это можно купить в любом магазине сантехники. А самое сложно это отжать спицу у жены :).

Сам медицинский стетоскоп, продается в любой аптеке.

стетоскоп 1шт

Сначала изготовим мембрану, я брал оцинкованное железо 0.4мм. Делаем из него круг равный большему диаметру ППР вставке в американку. В центре сверлим отверстие 4мм. Затем на спице срезаем шляпку и нарезаем резьбу 4мм. Собираем как на рисунке ниже, в такой последовательности: гайка-шайба-мембрана-резиновая прокладка-гайка-шайба.

Далее нужно срезать широкую часть ППР американки и расточить по внутреннему диаметру (белое кольцо в центре):

Собираем как на рисунках ниже:

Полный размервид снизу
Полный размервид сверху

Для соединения штуцера с американкой использовал в качестве подмотки ленту фум.
После сборки нужно проверить герметичность, дуем в штуцер воздух либо вовсе на должен выходить, либо с большим трудом.

Вот так это выглядит в законченном виде:

Двигатель слышно очень хорошо, любые скрипы и шумы. А мои опасения к счастью не подтвердились.

Иногда в двигателе автомобиля слышны посторонние шумы, но откуда они исходят и где их источник очень трудно найти. Но есть такой прибор, который называется стетоскоп, им очень удобно искать проблемные места в двигателе.

Было решено сделать такой прибор самому, так как в изготовлении он не сложный.

Для его реализации нам понадобится:

  • — шайба М4 и гайка к ней 2 штуки
    — кусок тонкого железа 40 на 40 мм
    — спица вязальная 1 штука диаметр 4 мм
    — американка 1 штука
    — штуцер для шланга 1 штука
    — прокладка для буксы 1 штука

Всё это я зашёл в магазин сантехники и купил. Да, забыл ещё сказать, что нам потребуется простой медицинский стетоскоп, если у вас его нет, то он продается в любой аптеке.

И так свою поделку я начал с изготовления мембраны, для этого я взял оцинкованное железо толщиной 0.4 мм и вырезал из него круг, таким диаметром чтобы он был равен большому диаметру ППР вставки в американку. Затем взял сверло 4 мм и просверлил в центре отверстие. Далее берём спицу, немного срезаем кончик и нарезаем на ней резьбу 4 мм.

Теперь осталось только собрать всё в единое целое, собираем в такой последовательности; гайка, шайба, мембрана, резиновая прокладка, гайка, шайба.

Всё показано на фото ниже:

Затем берём широкую часть ППР американки и срезаем её. Далее надо будет расточить по внутреннему диаметру (прокладка белая в центре).

Собираем как показано на фото

Для надежного соединения американки и штуцера использовал фум ленту.

После того как собрал, нужно подуть в штуцер, проверить на герметичность, воздух должен выходить с большим трудом или вообще не выходить.

Вот что у нас получилось

Диагностировать двигатель теперь одно удовольствие, все скрипы и шумы отлично слышны. Прямо как доктор над пациентом :).
Всем спасибо за внимание надеюсь, что кому-то такая поделка пригодится.

Как сделать собственный стетоскоп

Сделайте собственный стетоскоп и послушайте своё сердцебиение. Может быть, вы не настоящий доктор, но вы можете использовать медицинское оборудование для занимательного учебного проекта.

Вы можете сравнить частоту сердечного ритма в спокойном состоянии и после физических упражнений. Есть ли разница?

Как сделать собственный стетоскоп

Что вам понадобится:

  • Воздушный шарик
  • Трубка
  • 2 маленьких воронки
  • Ножницы
  • Секундомер
  • Резинка (не обязательно)
  • Калькулятор (не обязательно)

Инструкция:

1. Возьмите трубку и прикрепите воронки с каждой стороны.

2. Растяните воздушный шарик, надув его, а затем выпустив воздух.

3. Отрежьте верхнюю треть шарика ножницами.

4. Плотно натяните верхнюю треть шарика на широкую часть одной из воронок. При необходимости используйте резинку, чтобы закрепить её на месте.

Как использовать стетоскоп:

1. Найдите, где находится ваше сердце, прикладывая руку к груди. Ищите слева от центра

2. Вокруг должно быть тихо. Поместите воронку с натянутым шариком на это место, прямо на кожу.

3. Поднесите другую воронку к уху. Вы услышите медленное биение.

4. Используйте секундомер, чтобы посчитать, сколько ударов вы услышите за 20 секунд. Умножьте это количество на три (используйте калькулятор, если сложно умножить в уме), и вы узнаете, сколько ударов совершает ваше сердце в минуту.

5. Проведите ещё несколько тестов, например, побегав около 5 минут и снова измерив сердцебиение. Сравните свои показатели с результатами братьев, сестёр, родителей и даже домашних животных. Будет ли разница?

Как это работает?

Знаете ли вы, что когда доктор слушает ваше сердцебиение стетоскопом, он слушает два звука? Первый звук более долгий и низкий, а второй звук более короткий и высокий.

Более низкий звук создаётся при закрытии двух сердечных клапанов, когда кровь течёт из сердца. Более высокий звук создаётся двумя другими клапанами, когда кровь течет в сердце. Если человек делает упражнения или занимается какой-либо физической активностью, сердце бьётся быстрее, чтобы накачать больше крови и подать кислород к мышцам, которые задействованы в процессе. Закрытие сердечных клапанов издаёт звук, который заставляет вибрировать натянутый воздушный шарик. А шарик заставляет вибрировать воздух в трубке, и она передаёт звуковые вибрации вашему уху.

LiveInternetLiveInternet

Автор Наталья Ступак

2. Сначала подготовим всё необходимое:

1) Куклу, для которой мы будем делать фонендоскоп.

2) Кусочки провода в резиновой или оплетке (цвет на ваше усмотрение, я взяла черный).

3) Проволока (толщина ее подбирается под размеры куклы).

4) Пластилин play-doh (можно взять любую другую самозатвердевающую массу для лепки или полимерную глину, я одолжила немного пластилина у дочки).

5) Хольнитены — это попросту клепка для одежды, сумок, обуви. Фурнитура, состоящая из двух частей: шляпки и ножки. Я не нашла ничего более подходящего, так как мне нужна была гладкая, круглая и металлическая поверхность с 2-х сторон для «слушалки», эта клепка подошла идеально. Так же удобно то, что они есть разного размера, можно найти подходящую именно вам в любом магазине швейной фурнитуры.

6) Ну и инструменты: ножницы, супер-клей, плоскогубцы или длинногубцы, сантиметровая лента, простой карандаш, зубочистка, пилочка для ногтей или наждачная бумага, умелые ручки и настрой на работу.

3. Сначала берем нашу куклу и измеряем сантиметром расстояние от уха до уха под подбородком с небольшим запасом, как показано на фото.
4. У меня получилось 11 см, но я прибавила еще 1,5 см на загиб к ушкам.
5. Затем берем плоско- или длинногубцы и делаем вот такую штуку, как на фото.

7. Хорошо выправляем и одеваем ее на нашу куклу. Затем берем провод в оплетке и примеряем его к нашей первой заготовке (см. фото). Она должна крепиться чуть-чуть ниже загибов для ушей.
8. Отмечаем ее длину. У меня получилось примерно 8,5 см (но это все делается на глаз). Отрезаем.
9. Берем эту заготовку из провода, длиной 8,5 см и делаем надрезы с 2-х сторон примерно по 5 мм, как показано на фото (прошу прощения за мутные фото, было очень тяжело и фотографировать и держать, но вроде можно разобрать).

11. Заворачиваем оплетку и отрезаем все то, что было внутри нее, оставляя саму оплетку не тронутой.

13. Теперь надрезанный провод примеряем к нашей первой заготовке из проволоки и карандашом отмечаем, где будем его к ней крепить

15. Теперь будем приклеивать. Для этого я немного зачистила место крепления на первой заготовке пилочкой для ногтей (можно это сделать наждачной бумагой), для лучшего склеивания. Затем приклеила супер-клеем (на фото всего, что нужно для изготовления, есть еще и клей Кристалл, но его я не использовала, мне показалось, что супер-клеем будет прочнее и быстрее) одну сторону оплетки, а потом другую (она немного нашла на первую, так и надо, для лучшего склеивания). Со второй стороны сделала так же. Вот так получилось.

17. Затем откладываем эту заготовку, пусть просохнет. Теперь берем другой кусочек провода в оплетке. Прикладываем ее к заготовке, которая сохнет, и отмеряем нужную длину провода, на конце, которого будет сама «слушалка». Это я тоже делала просто на глаз, чтобы она доставала до руки куклы. Отрезаем, делаем на нем точно такой же надрез 0,5 мм, как на предыдущем, но только с одной стороны и также отрезаем все, что под оплеткой.

19. Приклеиваем эту заготовку ровно к середине нашей первой заготовки из провода (см. фото).

21. Вот уже появляется что-то похожее на фонендоскоп. Далее займемся лепкой. Сначала слепим «слушалку» (вы уж простите меня за такое название, но я не знаю как она называется, я думаю понимаете о чем я). Тут я сфотографировала не все этапы, но там ничего сложного, я думаю, понятно будет, что должно получится. Я просто взяла пластилин play-doh и слепила из него цилиндрик, чуть больше диаметром, чем наши клепки. Затем в середине этот цилиндрик заузила и по краям вставила клепки. Получилось вот что:

23. Зубочисткой подправила края. И в середину этой «слушалки» вставила наш провод, примерно до середины, чтобы сделать отверстие

28. Затем провод вытащила и отложила нашу «слушалку» затвердевать. Далее занялась наушниками (или как их назвать не знаю, в общем наконечниками для ушей). Скатала 2 маленьких шарика из пластилина, затем эти шарики немого вытянула с одной стороны и проволокой сделала в них отверстие, чтобы потом приклеить.

31. Получились вот такие части, которые мы соединим воедино только через сутки, когда наши заготовки из пластилина хорошо затвердеют.
32. После того, как все хорошо просохло и стало твердым мы наконец-то собираем наше изделие. Приклеиваем все на свои места супер-клеем. И у нас получается вот такая красота:

34. После того, как все склеила, я заметила, что в местах склеивания оплетка провода стала матовой от клея, и на заготовках из пластилина были видны мелкие трещинки, и они тоже были матовые. Поэтому я покрасила все черные детали акриловой черной краской, чтобы они одинаково блестели. Вот и все! Готово! Теперь наша куколка настоящий врач 🙂

Делаем электронный стетоскоп


Стетоскоп используется врачами для измерения сердцебиения. В технологически развитом 21 веке на смену классических стетоскопов приходят электронные. В этом материале будет представлен обзор видеоролика по самостоятельному изготовлению такого стетоскопа.
А начать советуем с просмотра авторского видеоролика

Что же нам понадобится:
— обычный стетоскоп;
— капсульный микрофон;
— записывающее устройство со входом для микрофона;
— дрель или шуруповерт.


Изготовление электронного стетоскопа не представляет особой сложности, и сделать это можно несколькими способами. При использовании петличного микрофона, можно соединить его непосредственно к звукопроводящей трубке стетоскопа.


Звукопроводящую трубку можно обрезать в месте раздвоения, чтобы лишние шумы не передавались на микрофон.


Второй способ подключения представляет собой небольшую доработку пластикового наконечника стетоскопа. Рассверливаем отверстие в наконечнике так, чтобы можно было зафиксировать микрофон. При использовании двух микрофонов, можно даже получить стерео запись.

Уникальны оба способа изготовления электронного стетоскопа тем, что в обеих случаях можно без особых проблем использовать стетоскоп в дальнейшем, поскольку его конструкция практически не изменяется. Такой стетоскоп позволит записать происходящее за стеной и даже подслушать разговоры соседей, чего мы конечно не советуем делать.
Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. .

Электронные стетоскопы, схемы и конструкции чувствительных микрофонов

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.

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).

Элементы для схемы на рисунке 1 :

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 :

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 :

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 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 :

На рисунке 4 (6) — схема подключения удаленного пьезодатчика (пьезоэлемента или пьезоизлучателя) к усилителю с дифференциальным входом и высоким входным сопротивлением — УНЧ, схема которого представлена на рисунке 4 (а).

Здесь используется техника, собираемая «на коленках’’. Просто и дешево! И часто очень эффективно!

И не требует высокой квалификации в области электроники!

Применение электронных средств вместо фонендоскопа или стакана-резонатора позволяет не только решить проблему присутствия, но и дает, например, возможность осуществлять регистрацию данных на магнитофон, выполнять дистанционный контроль и т.д.

ВНИМАНИЕ! Вся информация предоставлена в ознакомительных целях и для понимания какие есть возможности, а также для экспериментов и для принятия необходимых защитных мер.

Литература: Рудомедов Е.А., Рудометов В.Е — Электроника и шпионские страсти-3.

Разделы сайта

ХОРЕВ Анатолий Анатольевич,
профессор, доктор технических наук

СРЕДСТВА АКУСТИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ:
ПРОВОДНЫЕ МИКРОФОННЫЕ СИСТЕМЫ И ЭЛЕКТРОННЫЕ СТЕТОСКОПЫ

Источник: Журнал «Специальная техника и связь»

Проводные микрофонные системы

Средства акустической разведки активно используются для перехвата речевой информации из различных помещений. Особенно широко используются средства акустической разведки, скрытно устанавливаемые непосредственно в помещениях. Причем такие средства устанавливаются не только в служебных помещениях, но даже в жилых квартирах. Например, при проведении специальных проверок здания жилого комплекса посольства СССР в Вашингтоне многочисленные системы подслушивания были выявлены в большинстве из 183 квартир сотрудников советских учреждений в США .

На стадии строительства или капитального ремонта в помещениях могут быть скрытно установлены миниатюрные микрофоны, соединительные линии которых выводятся в помещения или даже в другие здания, находящиеся за пределами контролируемой зоны, где устанавливается регистрирующая или передающая аппаратура. Такие системы перехвата акустической информации часто называют проводными микрофонными системами.

В проводных системах используются в основном электретные микрофоны с чувствительностью 20 — 60 мВ/Па, обеспечивающие регистрацию речи средней громкости на удалении до 7-10 м от его источника. При этом частотный диапазон составляет от 20 – 100 Гц до 6 – 20 кГц.

Как правило, микрофоны комплексируются с предварительными усилителями. Для передачи информационного сигнала и электропитания усилителей используются двух- или трехпроводные линии. Для питания микрофонов обычно используется постоянное напряжение DC 9 – 15 В.

Внешний вид микрофонов с предусилителями в обычном исполнении представлен на фото 1, 2 .

Некоторые микрофонные блоки помимо предварительного усилителя имеют электронную систему включения/выключения микрофона (фото 3). В случае если в помещении разговор прекращается, через определенное время, установленное оператором, микрофон отключается. При появлении акустического сигнала микрофон практически мгновенно (время реакции менее 1 с) включается.

Фото 1. Микрофоны с предусилителями стандартных размеров:
(диапазон частот 20 – 16000 Гц, отношение сигнал/шум 58 дБ, размеры 18x8x6 мм)
Фото 2. Миниатюрный микрофон с предусилителем MC-400
(частотный диапазон 20 – 1000 Гц, отношение сигнал/шум 63 дБ, размеры 6x18x4 мм)

Фото 3. Микрофон с предусилителем и электронной системой включения/выключения (время отключения системы при отсутствии акустического сигнала регулируемое – от 15 с до 10 мин.; дальность перехвата речи – 5 м; диаграмма направленности микрофона – 100°; напряжение питания 3 – 15 В)

Развитие новых технологий, в частности технологии MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), привело к созданию принципиально новых цифровых MEMS-микрофонов (иногда их называют кремниевыми микрофонами). Как и обычный электретный микрофон, MEMS-микрофон состоит из гибкой диафрагмы, жесткой подложки и демпфирующего отверстия с электрическим зарядом на подложке. Диафрагма находится в непосредственной близости от подложки, образуя конденсатор. Под воздействием звукового давления диафрагма движется, при этом изменяется емкость между ней и подложкой. Эти изменения измеряются и выводятся в виде электрического сигнала. MEMS-микрофон после изготовления не имеет заряда. Заряд при напряжении 12 В закачивается в подложку с помощью CMOS-схемы. Микросхема поддерживает этот заряд, когда микрофон активирован .

MEMS-микрофон выпускаются как без усилителя, так и со встроенным усилителем.

Микрофон в сборке (CMOS + MEMS) заключается в корпус на металлической плате для создания эффекта клетки Фарадея. На подложке смонтированы фильтрующие конденсаторы для защиты от наводок. В этом же корпусе устанавливаются усилитель сигнала, различного вида фильтры, а также аналого-цифровой преобразователь (АЦП). В качестве АЦП наиболее часто используется D-модулятор (рис. 1) .

Рис. 1. Внешний вид MEMS-микрофонов в сборке (а),
структурная схема MEMS-микрофона в сборке (б)

MEMS-микрофон обеспечивает равномерную частотную характеристику в звуковом диапазоне от 100 Гц до 10 кГц и имеет очень высокую чувствительность, порядка от 42 до 26 дБ относительно (В/Па), то есть от 8 до 50 мВ/Па . Таким образом, при использовании в проводных системах MEMS-микрофонов в сборке (CMOS + MEMS) в линию передается цифровой импульсный сигнал.

Для повышения качества перехваченных разговоров микрофоны устанавливаются, как правило, вблизи мест возможного ведения разговоров. Чтобы микрофоны не были обнаружены, они скрытно устанавливаются в ограждающие конструкции или камуфлируются под предметы интерьера помещений. Современные технологии позволяют изготавливать субминиатюрные микрофоны, которые легко установить в оконной раме или в раме картины. При правильной установке в ограждающей конструкции (например, в стене здания) субминиатюрный микрофон практически невозможно обнаружить даже нелинейным локатором.

Длина соединительного кабеля может составлять от 50 – 200 м до 5 – 10 км и более, как например, в системе PK-1055 SS . На сравнительно небольшой по размерам катушке помещается 50 – 100 м кабеля (фото 4) .

Фото 4. Проводная микрофонная система РК-900
(длина кабеля 100 м)

Для передачи информации, перехватываемой с использованием микрофонов, наряду со специально проложенными кабелями могут использоваться телевизионные кабели, трубы парового отопления, неиспользуемые старые кабели сети 220 В или соединительные линии систем охранной и пожарной сигнализации и т.п. Например, микрофоны, установленные в различных помещениях здания посольства СССР в Вашингтоне, а также одного из зданий в Нью-Йорке, где проживали советские граждане, подсоединялись для передачи информации к специальным водопроводным трубам, используемым для передачи перехваченной информации и питания микрофонов. Обычная металлическая труба покрывалась специальным токонепроводящим материалом (изоляцией), затем наносился токопроводящий слой, и снова ее поверхность покрывалась изоляцией. К специально нанесенному токопроводящему слою и металлу самой трубы и подключались микрофоны .

На приемном пункте сигнал, передаваемый микрофоном, поступает на специальный низкочастотный усилитель, а затем записывается или передается по каналу связи на другой приемный пункт.

Внешний вид специальных низкочастотных усилителей приведен на фото 5, 6 .

Фото 5. Специальный усилитель низкой частоты
(частотный диапазон 150 – 6000 Гц,
размеры 113x37x75 мм; масса 0,3 кг)

Фото 6. Специальные низкочастотные усилители серии SIM-AULAS NT
(диаметр кабеля 1,9 мм, максимальная длина кабеля 200 м)

Для прослушивания помещений могут использоваться как одноканальные, так и многоканальные системы. В качестве примера одноканальных микрофонных систем можно привести системы PKI 2860 и PKI 2950 (фото 7, 8) .

Фото 7. Проводная одноканальная микрофонная система PKI 2860

Фото 8. Проводная одноканальная микрофонная система PKI 2950:
а-специальный усилитель; б — катушка с кабелем

В проводной микрофонной системе PKI 2860 используются субминиатюрные микрофоны с частотным диапазоном от 250 до 3500 Гц. Дальность передачи информации составляет до 500 м. Размеры усилителя 22x64x98 мм, масса 150 г. Питание осуществляется от аккумуляторной батареи напряжением 9 В. Время работы до 50 ч .

В проводной микрофонной системе PKI 2950 используются электретные микрофоны с полосой частот от 100 Гц до 7 кГц (отношение сигнал/шум 60 дБ/1 кГц). Катушка с кабелем длиной 100 м имеет размеры 180×60 мм и массу 600 г .

Приемный блок системы PKI 2950 обеспечивает максимальный коэффициент усиления в 100 дБ и имеет встроенный пятиполосный эквалайзер (300, 600, 1200, 2400, 4800 Гц). Диапазон регулировки ± 10 дБ. Блок имеет выход на головные телефоны 4 – 16 Ом и линейный выход на 50 кОм. Встроенный аккумулятор 9 В обеспечивает время работы блока не менее 20 ч. Блок имеет массу 750 г и размеры 130x50x150 мм) .

К типовой многоканальной системе относится, например, проводная микрофонная система SIM Rotel-30 (фото 9). Система предназначена для прослушивания помещений по специально проложенной двухпроводной линии. К линии может быть подключено до 30 микрофонов. Максимальная длина кабеля – 200 м. Приемный блок имеет размеры 225х200х70 мм. Питание блока осуществляется от сети переменного тока АС 220 В .

Фото 9. Проводная микрофонная система:
а – SIM Rotel 1 (одноканальная);
б – SIM Rotel -30 (30-канальная)

В системе SIM Rotel используются электретные микрофоны со встроенными предусилителями и схемами управления. Включение каждого микрофона осуществляется подачей в линию индивидуального кодового сигнала. Размеры микрофонов 9х25 мм. Их питание осуществляется от приемного блока напряжением 12 В. Питание микрофона – DC 12 В . Микрофоны с предусилителями имеют в своем составе полупроводниковые элементы и могут быть обнаружены с использованием нелинейных локаторов.

В целях обеспечения скрытности для прослушивания помещений могут использоваться оптические (оптоволоконные) микрофоны, не имеющие в своем составе полупроводниковых элементов и, следовательно, не обнаруживаемые нелинейными локаторами.

К таким системам относится, например, система PKI 2960 (фото 10, рис. 2) . Оптический (оптоволоконный) микрофон системы PKI 2960 предназначен для передачи акустической информации по оптоволоконному кабелю. Микрофон выполнен в виде пластикового цилиндрического корпуса с торцевым или боковым микрофонным входом, имеет двойной оптоволоконный кабель в тефлоновой оболочке с оптическими разъемами для подключения устройства обработки сигнала (фото 10). Частотный диапазон микрофона от 250 до 4500 Гц. Микрофон имеет очень высокую чувствительность от 0,3 до 1,8 В/Па (табл. 1) .

Фото 10. Оптический (оптоволоконный) микрофон

Рис. 2. Устройство обработки сигналов системы PKI 2960

Устройство обработки сигнала выполнено в небольшом пластиковом корпусе с разъемами для подключения внешнего источника питания, записывающего устройства и оптоволоконного кабеля (рис. 2). Оно имеет излучающий светодиод и приемный фотодиод. Излучаемый световой сигнал по одному из оптоволоконных кабелей попадает на звуковую мембрану, находящуюся в корпусе микрофона. Отраженный сигнал, модулированный акустическим сигналом через другой оптоволоконный кабель, попадает на приемный фотодиод. Далее устройство обработки выделяет акустическую составляющую сигнала. Стандартно выпускаются 2 модификации системы, отличающиеся длиной оптоволоконного кабеля — 10 и 20 м.

Таблица 1. Технические характеристики оптического (оптоволоконного) микрофона PKI 2960

Характеристика Значение
Диаграмма направленности круговая
Диапазон частот, Гц 250 – 4500
Чувствительность, В/Па 0,3 – 1,8
Соотношение сигнал/шум (на частоте 1 кГц), дБ, не менее 65
Нелинейные искажения (при уровне сигнала 84 дБ) менее 1%
Максимальное статическое давление на мембрану, дБ, не менее 130
Напряжение питания (DC), В 9 –12
Потребляемый ток, мА, не более 80
Масса микрофонной головки, г 1
Размеры микрофонной головки, мм
— диаметр 4,5
— длина 21,5

Регистрирующая или передающая аппаратура устанавливается в местах, доступ в которые затруднен. Например, в здании посольства СССР в США регистрирующая и передающая аппаратура была установлена в стропилах на чердаке и в основании фундамента здания на глубине 2 м . В качестве регистрирующей аппаратуры в основном используются цифровые магнитофоны и диктофоны с длительным временем непрерывной записи (от 60 до 300 ч и более).

Для специальной обработки разговоров, записанных в условиях различного вида помех, используются эквалайзеры, которые представляют собой специальные устройства с набором различных фильтров: фильтров верхних и нижних частот, полосовых, октавных, чебышевских и других фильтров. Эти фильтры включаются по определенной программе в зависимости от характера искажений сигнала и помех.

Наряду с эквалайзерами для повышения разборчивости речи используются специальные программно-аппаратные комплексы шумоочистки речи, позволяющие устранять шумы и искажения. При этом устраняются следующие типы искажений: шумы транспортных средств, сетевые наводки, типовые помехи телефонной сети и радиоканалов, плавная музыка, шумы бытовой техники (шум вентилятора, пылесоса, холодильника и т.п.), широкополосные и медленно меняющиеся шумы, компенсация неравномерности АЧХ диктофона и т.п.

Игольчатые микрофоны и электронные стетоскопы

В случае если имеется возможность доступа в смежные с выделенным помещения, для прослушивания разговоров могут использоваться игольчатые микрофоны (spike microphone) и электронные стетоскопы.

Выносные игольчатые микрофоны представляют собой микрофоны со специальными тонкими звуководами (фото 11) и предназначены для прослушивания разговоров в смежных помещениях через естественные или специально создаваемые щели в ограждающих конструкциях контролируемых помещений .

Например, в системе PKI 2455 используется электретный игольчатый микрофон с диаметром звуковода 2,5 мм и длиной до 300 мм. Дальность перехвата разговора 10 м. Диаметр кабеля 2,5 мм. Усилитель системы имеет массу 200 г и размеры 95х60х25 мм (фото 12). Питание усилителя осуществляется от аккумуляторной батареи напряжением 9 В. Время работы от аккумулятора до 60 ч .

В электронных стетоскопах в качестве датчиков используются контактные микрофоны, которые преобразуют акустические колебания, распространяющиеся в твердых телах (стенах, потолках), в электрические.

Фото 11. Игольчатые микрофоны:
а − PKI 2455;
б − ХР-SP

Фото 12. Низкочастотный усилитель системы PKI 2455

Электронные стетоскопы с датчиками контактного типа позволяют перехватывать речевую информацию без физического доступа «агентов» в выделенные помещения. Их датчики наиболее часто устанавливаются на наружных поверхностях зданий, на оконных проемах и рамах, в смежных (служебных и технических) помещениях за дверными проемами, ограждающими конструкциями, на перегородках, трубах систем отопления и водоснабжения, коробах воздуховодов вентиляционных и других систем.

Типовым контактным микрофоном является пьезоакселерометр..

Сейсмическая масса крепится к основанию осевым болтом, который прижимает кольцевую пружину. Между массой и основанием вставляется пьезоэлемент. Когда на него воздействует сила, на его поверхностях появляется электрический заряд. Материалов с такими свойствами очень много, но наиболее общепринятым является кварц. Существуют также синтетические керамические пьезоматериалы, которые работают довольно хорошо, причем даже при более высоких температурах, чем позволяет кварц. Если температура пьезоэлемента повышается и достигает так называемой «температуры Курье», то его пьезоэлектрические свойства утрачиваются. В этом случае датчик считается неисправным и не подлежит ремонту.

При перемещении акселерометра вверх или вниз на сейсмическую массу воздействует сила со стороны чувствительного элемента. Это единственная сила, действующая на массу, поэтому она пропорциональна ускорению последней, совпадающему с ускорением всей системы. Масса со своей стороны давит на чувствительный элемент с такой же по величине (и противоположной по направлению) силой. Так как заряд и напряжение на пьезоэлектрическом элементе прямо пропорциональны величине этой силы, в итоге мы получим на выходе электрический сигнал, пропорциональный ускорению. Пьезоакселерометры обладают чрезвычайно большой линейностью по амплитуде, поэтому у них очень большой динамический диапазон. Нижний предел ускорения, который они могут воспринимать, определяется только электрическим шумом электроники, а высшие уровни ограничены только пределом разрушения самого пьезоэлемента. Этот диапазон допустимых амплитуд может охватывать восемь порядков, или 160 дБ.

Частотный диапазон акселерометров очень широк и может простираться для некоторых моделей от очень низких частот до десятков килогерц. Высокочастотная характеристика ограничена резонансной частотой системы сейсмическая масса − пьезоэлемент. Из-за этого резонанса датчик выдаст очень сильный пик напряжения в ответ на возбуждение на его собственной частоте, которая для наиболее распространенных акселерометров составляет около 30 кГц. Обычно рабочий частотный диапазон акселерометра составляет до 1/3 его собственной резонансной частоты, которая сильно зависит от способа его крепления, причем крепления винтом или на шпильке являются наилучшими.

Акселерометры типа «ICP» имеют встроенный микропредусилитель. Такие акселерометры имеют низкоимпедансный выход, менее подвержены помехам и их чувствительность не зависит от длины кабеля. Чувствительность современных контактных микрофонов составляет от 50 до 100 мкВ/Па, что дает возможность прослушивать разговоры через бетонные и кирпичные стены толщиной более 100 см, практически любые двери, а также оконные рамы и инженерные коммуникации.

Внешний вид некоторых портативных электронных стетоскопов представлен на фото 13 − 15 .

Фото 13. Малогабаритный электронный стетоскоп в комплекте
с контактным и игольчатым микрофонами фирмы Selavio

Фото 14. Малогабаритный электронный стетоскоп PKI 2850
с контактным микрофоном

Фото 15. Малогабаритный стетоскоп SIM-STM-100
(диапазон частот от 10 до 15 000 Гц, коэффициент усиления 40 000;
питание − батарея 9 В, время работы до 100 ч, размеры датчика 40×18 мм, масса датчика 80 г)

К типовым представителям портативных электронных стетоскопов относится стетоскоп PKI 2850. Размеры его усилительного блока составляют 95х60х25 мм, а контактного микрофона – 50х35х15 мм. Коэффициент усиления стетоскопа не менее 80 дБ. Время работы от встроенного аккумулятора – до 800 ч. В портативных электронных стетоскопах используются небольшие по размерам контактные микрофоны. Например, в стетоскопе SIM-STM-100 используется датчик размерами ∅40×18 мм и массой 80 г.

Современные электронные стетоскопы имеют коэффициент усиления порядка 80 — 100 дБ (10 000 – 100 000 раз) и способны улавливать слабые звуковые колебания (шорохи, тиканье часов и т.д.). Иностранными фирмами выпускаются различные варианты стетоскопов от простейших портативных малогабаритных до сложных электронных стетоскопов, оборудованных высокочувствительным низкочастотным усилителем и набором встроенных эквалайзерных фильтров.

В качестве примера на фото 16 представлен внешний вид профессионального электронного стетоскопа PKI 2900, а его характеристики – в табл. 2 .

Фото 16. Внешний вид профессионального электронного стетоскопа PKI 2900

Таблица 2. Основные характеристики профессионального электронного стетоскопа PKI 2900

Характеристика Значение
Максимальный коэффициент усиления, дБ 100
Эквалайзер пять полос: 300, 600, 1200, 2400, 4800 Гц
Диапазон регулировки, дБ ±10
Тип контактного микрофона пьезомикрофон
Размеры контактных микрофонов, мм Ж20 и 35
Выход на головные телефоны 4 – 16 Ом, 100 мВт
Линейный выход 50 кОм, 200 мВ
Питание − встроенный аккумулятор, В 9
Время работы от аккумулятора, ч до 20

В комплект электронного стетоскопа PKI 2900 входят два разных контактных микрофона. Максимальный коэффициент усиления стетоскопа 100 дБ. Стетоскоп имеет встроенный пятиполосный эквалайзер с частотами полос: 300, 600, 1200, 2400 и 4800 Гц, что позволяет проводить шумоочистку сигналов непосредственно при их прослушивании. При использовании электронных стетоскопов возможно или непосредственное прослушивание разговоров из смежных помещений, или запись перехваченных разговоров на цифровой диктофон (фото 17) .

Датчики электронных стетоскопов могут устанавливаться на стенах, за дверными проемами, под подвесными потолками, на перегородках, трубах систем отопления и водоснабжения, коробах воздуховодов вентиляционных систем и соединяться с блоком усиления специально проложенным кабелем, так же, как в проводных микрофонных системах (фото 18).

Контактные датчики могут быть установлены в стенах и железобетонных конструкциях зданий на этапах их строительства или реконструкции (рис. 4, 5). Например, проводная микрофонная система была установлена в торгпредстве и в жилых домах наших граждан в Лондоне (рис. 5). В системе использовались как обычные, так и контактные микрофоны (вибрационные датчики), соединенные ленточными кабелями с основными элементами системы. Вибрационные датчики и соединительные кабели были вмонтированы непосредственно в железобетонные конструкции здания. Соединение элементов системы осуществлялось с использованием миниатюрных металлических разъемов. Некоторые вибрационные датчики крепились с помощью пружинных зажимов на арматуре колонн. Один такой датчик можно было использовать для прослушивания двух смежных помещений. Все элементы системы подслушивания, в том числе и кабели, устанавливались в конструкции здания, а затем заливались бетоном. Приемный контрольный пункт системы подслушивания располагался за пределами торгпредства на значительном удалении от него .

Фото 17. Прослушивание и запись разговоров, ведущихся в
смежном помещении, с использованием электронного стетоскопа

а – на стене (с использованием специальной пасты);
б – на водопроводной трубе (с использованием специального хомута)
Фото 18. Варианты крепления вибродатчиков:

Рис. 4.Схема установки датчиков контактного типа
в железобетонных конструкциях здания

Рис. 5. Схема установки датчиков контактного типа
в здании торгового представительства СССР в Лондоне

Литература

Статья опубликована на сайте: 08.12.2010

Электронный стетоскоп NK134

Юрий Садиков
г. Москва

С помощью электронного стетоскопа NK134 возможно прослушивание и локализация шумов, возникающих в различных механических устройствах, например, в автомобильном двигателе. Стетоскоп также позволит установить источник постороннего шума, возникающего в жилом доме или другом помещении. К стетоскопу подключается чувствительный электретный микрофон и наушники, при желании можно подключить дополнительный внешний динамик с сопротивлением 8…16 Ом.

Технические характеристики

  • Напряжение питания устройства: 9 В
  • Размеры печатной платы: 46х28 мм

Общий вид стетоскопа представлен на рис.1, электрическая принципиальная схема – рис.2.

Рис.1. Общий вид электронного стетоскопа.

Рис.2. Схема электрическая принципиальная.

Схема электронного стетоскопа представляет однокаскадный микрофонный усилитель, построенный на малошумящем транзисторе VT по схеме с общим эмиттером, регулятор уровня (R7) и интегрированный усилитель DA с необходимыми стандартными цепями коррекции R9, R10, C7, C9. Конденсаторы С2, С3 разделительные, С1, С5 и С8 фильтрующие по питанию. При включенном напряжении питания загорается красный светодиод VD, индицирующий работу устройства. Стетоскоп питается от стандартной батарейки типа `Крона`.

Все входящие в набор компоненты устанавливаются на печатной плате методом пайки. Для удобства монтажа на плате показано расположение элементов.

Для предотвращения отслаивания токопроводящих дорожек и перегрева элементов, время пайки одного контакта не должно превышать 2…3 с. Для работы используйте паяльник мощностью не более 25 Вт. Рекомендуется применять припой марки ПОС61М или аналогичный, а также жидкий неактивный флюс для радиомонтажных работ (например, 30% раствор канифоли в этиловом спирте).

Таблица 1. Перечень элементов, входящих в набор NK134.

Позиция Номинал Кол.
R1 10 кОм 1
R2 100 кОм 1
R3 22 кОм 1
R4 2,7 кОм 2
R5, R6 680 кОм 2
R7 50 кОм 1
R8 6,8 кОм 1
R9 3 кОм 1
R10 75 кОм 1
C1 47 мкФ/16…50 В 1
C2, C4 0,22 мкФ 2
C3, C6, C7, C9 0,1 мкФ 4
C5 4,7 мкФ/16…50 В 1
C8 100 мкФ/16…50 В 1
VD Светодиод красный, 5 мм 1
VT BC548 1
DA MC34119P 1
MIC Электретный микрофон 1
Earphone JACK Разъем для наушника 1
SW Сдвиговый переключатель 1
Разъем батареи 1
Наушники 1
Socket DIP8 Панель для микросхемы 1
A134 Печатная плата 46х28 мм 1

Рис.3. Внешний вид печатной платы.

Рис.4. Монтажная схема.

Рис. 5 и 6. Цоколевка элементов.

Порядок сборки

  • проверьте комплектность набора согласно перечню элементов (табл.1);
  • изготовьте и установите перемычки J1…J3;
  • отформуйте выводы компонентов и установите их на плате, в соответствии с монтажной схемой (рис.5);
  • установите на плату панель микросхемы, выключатель питания SW, переменный резистор R7, разъем для наушника Earphone JACK, микрофон MIC;
  • аккуратно вставьте микросхему в панельку;
  • подключите разъем батареи, причем красный провод к контакту Х1, а черный к Х4;
  • проверьте правильность монтажа;
  • подключите наушники к разъему;
  • включите питание.

Переменным резистором R7 установите необходимую чувствительность стетоскопа.

admin

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Наверх