Piezozvočnik

Če piezozvočnik priključimo na izmenično napetost in spreminjamo vsiljevano napetost, se s spreminjanjem frekvence spreminja tudi zvok, ki ga zvočnik oddaja. Če membrano zvočnika, ki je priključen na izmenično napetost, primemo s prsti, čutimo rahlo tresenje (nihanje membrane), ki se stopnjuje, ko povečujemo frekvenco.

Osnovna problema, s katerima smo se spopadli, sta bila:

Najprej smo poiskali tehnične podatke za dani optični sklopnik in s pomočjo le-teh izračunali primerne upore, ki smo jih pritrdili v vezje za optimalne rezultate pri meritvah. Optični sklopnik je sestavljen iz diode na eni strani in senzorja svetlobe na drugi. Glede na to, koliko svetlobe pride skozi režo do senzorja, se na optičnem sklopniku pojavi napetost.
Slike prikazujejo vezje in integracijo optičnega sklopnika. Številke prikazujejo orientacijo optičnega sklopnika v vezju.

Z optičnim sklopnikom smo merili tako, da smo v režo med diodo in senzor vstavljali oviro. Pri natančnem in enakomernem vstavljanju ovire v režo smo si pomagali s koordinatnim vrtalnikom v elektronskem laboratoriju. Z njim smo pomikali oviro v svetlobni snop. Najmanjši premik, ki smo ga lahko naredili, je meril 10 µm. Preizkusili smo, če način vstavljanja ovire v režo vpliva na rezultate pri merjenju. Ugotovili smo, da padec napetosti na optičnem sklopniku ni odvisen od tega, ali vstavljamo oviro z vrha ali pa od strani. V obeh primerih pa je dobro, da se ovira nahaja čim bližje senzorju optičnega sklopnika, saj s tem preprečimo vpliv okoliške svetlobe. Odločili smo se za vstavljanje ovire z vrha v optični sklopnik. Ta smer na koordinatnem vrtalniku ustreza gibanju vzhod-zahod (smeri vrtalnika so poimenovane po smereh neba). S pomočjo meritev smo izrisali usmeritveno krivuljo ter iz nje določili merilno območje, ki podaja verodostojne meritve. To je tam, kjer sta padec napetosti in premik ovire v približku linearno odvisna. S temi podatki smo izračunali faktor, ki podaja padec napetosti na optičnem sklopniku, v odvisnosti od premika ovire na merilnem območju.

Problem, kako prevesti nihanje membrane na ustrezno gibanje, smo rešili tako, da smo pravokotno na membrano piezozvočnika pritrdili trak iz aluminijaste folije. Ta je bil dovolj lahek, da je uspel slediti nihanju membrane in je ni oviral pri gibanju, ter po drugi strani ni prepuščal svetlobe iz diode v optičnem sklopniku.

Na začetku smo piezozvočnik priključili na enosmerno napetost. Vendar smo že pri merjenju za umeritveno krivuljo ugotovili, da je optični sklopnik izredno občutljiv instrument, na katerega imajo vpliv okoliška svetloba, premiki oseb v bližini, mehanske motnje, celo rahel prepih(!). V nadaljevanju smo raje uporabili izmenično napetost. Pri enosmerni napetosti je namreč membrana piezozvočnika oviro le sunila v optični sklopnik in povzročila enkraten padec napetosti. Ta je zaradi prej naštetih zunanjih dejavnikov na voltmetru zelo nihal in ga je bilo težko natančneje odčitati. Prednost izmenične vzbujevalne napetosti pa je v tem, da membrana piezozvočnika niha - torej ovira izmenično zakriva in odkriva senzor na sklopniku. Tako lahko tudi na njem opazujemo sinusno spreminjanje napetosti. Ker je spreminjanje hitro in zvezno, je vpliv zunanjih dejavnikov manjši. Različne motnje na signalu se kažejo le kot nejasnosti (nakodranost) na sinusni krivulji – to smo opazovali z osciloskopom, ki smo ga priključili na optični sklopnik. Krivuljo smo teh motenj očistili s povprečenjem signala, kar nam je omogočila posebna nastavitev na osciloskopu. Tako smo dobili lepo sinusoido, s katere je bilo mogoče veliko bolj natančno odčitati spremembo napetosti na optičnem sklopniku – amplitudo odziva. Le-to smo potem preko umeritvene krivulje prevedli na premik membrane v mikrometrih. Sicer smo različne vzbujevalne napetosti oz. frekvence, s katerimi je nihala membrana, prav tako opazovali na zaslonu - s še enim osciloskopom, priključenim na piezozvočnik.

Iz odčitanih padcev napetosti na optičnem sklopniku (amplitude sinusnega nihanja) v odvisnosti od različnih napetosti na piezozvočniku smo s pomočjo usmeritvene krivulje izračunali značilne odmike za dano napetost.