Локатор электроудочек

Итак, электроудочка представляет собой генератор однополярных высоковольтных электрических импульсов, обладающий следующими характеристиками:

— Частота следования импульсов 10..100 Гц;

— Амплитуда импульсов 100..700В;

Любой грамотный инженер сразу сообразит, что обнаружить работу такого мощного устройства более чем реально, причем и в воде и по паразитному излучению, распространяющемуся в воздухе. Схемотехнических решений приборов, способных при незначительной доработке использоваться в качестве детекторов излучения электроудочек можно найти в литературе множество – от детекторов электропроводки до переработанных ДВ приемников и микрофонных усилителей. Можно разработать и свое оригинальное устройство, обладающее существенно более высокими параметрами, по сравнению с готовыми схемами.

Если иметь целью удовлетворение собственного любопытства – то, безусловно, следует разрабатывать локатор «с нуля», используя современные достижения электроники в области обработки слабых сигналов. По этому пути вначале пошел и я. У меня получился вполне работоспособный макет полностью автоматического микропроцессорного локатора дальнего действия, себестоимостью около 150 у.е. Я представил себе шансы на широкое использование подобных устройств… подумал, и разобрал его обратно.

Следует посмотреть правде в глаза и признать, что «освоение производства», «инвестиции в разработку», «организация серийного выпуска» — понятия не из сегодняшней реальности рыбоохраны и заповедников.

Если наша цель состоит в обуздании хищнического истребления ихтиофауны средствами электролова – то следует исходить из реального положения дел:

— Никакие гранты и конференции не произведут ничего, кроме подкормки участникам, отчетов и словотрясений;

— Освоение серийного производства и государственный заказ локаторов если и возможен в сегодняшних условиях, то, скорее всего, только для получения «откатов».

— Государству объективно еще долго будет не до электролова;

— Даже при наличии средств обнаружения, рыбоохрана не всегда в состоянии пресечь нарушения (электроудочками ловят и милиционеры, и депутаты со своими помощниками и еще много всякой «оксивленной» глупости);

— Сотрудники заповедников (наверное, и рыбоохраны) до сих пор работают в условиях крайней нищеты и не в состоянии даже обеспечить ремонтом и бензином собственный транспорт для регулярных инспекций.

В связи с вышесказанным, перспектива борьбы с электроудочками в нашей стране не представляется радужной. Но если с организационной и финансовой частью этой борьбы поделать что-либо частным образом представляется маловероятным, техническую часть вполне можно решить.

Итак, представим на минуту, что в разных районах нашей страны есть люди, которым не все равно, что будет происходить с нашими реками и озерами по мере распространения электролова. Очевидно, что больше всего на этом поприще могут сделать (и делают) инспектора, в непосредственные обязанности которых входит борьба с браконьерами. Если говорить об оснащении неким гипотетическим локатором инспекторов, то становится понятно, что основными параметрами, обуславливающими его распространение и применимость будут являться:

— стоимость;

Оптимальной мне представлялась бы конструкция минимально возможной стоимости, полностью собираемая из деталей, доступных в любом райцентре, за время не больше 2 часов средствами школьников-радиолюбителей. Предполагать заинтересованность более квалифицированных кадров в изготовлении локаторов в масштабах страны мне кажется излишне оптимистичным. Безусловно, эксплуатация локатора не должна требовать специальных знаний и дорогих расходных материалов.

Вот такую задачу я и стал пытаться решить. Роясь в интернете, я случайно наткнулся на статью радиолюбителя Игоря Григорова (RK3ZK) «Супернизкочастотный прием» о радиоприеме «свистящих атмосфериков» ( я нашел эту статью на www.qrz.ru , оттуда была еще ссылка на журнал «Радиоаматор», №7, 2001 г.). «Свистящие атмосферики» — это атмосферные низкочастотные электромагнитные феномены, обязанные своим появлением молниям. К электролову они не имеют никакого отношения за одним исключением – прием «атмосфериков» и локация работающих электроудочек – весьма близкие радиотехнически задачи. Игорь успешно использовал для приема «атмосфериков» обычный аудиоплеер, к звукоснимающей головке которого, «в параллель» были подключены пассивный низкочастотный фильтр (катушка индуктивности и два конденсатора) и проволочная антенна. Додумать остальное применительно к локатору электроудочек было совсем просто. Испытав собранный мной локатор в реальной работе, я теперь могу рассказать о его конструкции.

— Аудиоплеер (можно китайский). Стоимость от 200 до 500 р. Наличие режимов X — bass или подобных ( SuperBass , Hi — Bass и т.п., дополнительно усиливающих низкие частоты) поощряется. Я использовал плейер Panasonic RQ — CW 02. К плееру необходимы наушники;

— 1.5 метра 2х или 3х жильного провода для антенного кабеля. Подойдет практически любой гибкий провод сечением от 0.1 мм. Если провод экранированный – тем лучше. Я использовал провод от стереонаушников;

— 2 неполярных конденсатора емкостью 0.01 – 0.2 мкф. В общем, какие найдете. Чем выше емкость – тем лучше, можно мотать меньше витков на катушке. Стоимость – 50 р;

— катушка индуктивности. Можно взять готовую от приемника и домотать побольше провода, либо намотать свою «с нуля». Я взял ферритовый стержень с проницаемостью 400НН (какой был) и намотал на него электродрелью 100 м 0.15 мм провода в эмалевой изоляции внавал. У меня получилась индуктивность 240 мГн.

-2 любых маломощных кремниевых диода. Стоимость – 5 руб.

— 2 металлических электрода, образующих антенну. Я использовал 2 шампура от электрошашлычницы длиной по 35 см. Чем длиннее электроды – тем выше чувствительность, но труднее транспортировка и эксплуатация. Стоимость – понятия не имею 🙂 ;

— паяльник с припоем и флюсом;

— моток изоленты (не матерчатой);

— 1.5 часа свободного времени.

Для особо пытливых, желающих поэкспериментировать с параметрами деталей и антенны, понадобятся тестер и осциллограф.

Работающая электроудочка излучает в воду низкочастотные высоковольтные импульсы, которые улавливаются антенной локатора, также погруженной в воду. Дальнейшую работу выполняет усилитель звуковой частоты плеера, на вход которого подается сигнал с антенны. Антенна представляет собой обычный металлический диполь с длиной плеча (в моем варианте) 35 см. Между антенной и усилителем включен пассивный высокочастотный фильтр, предназначенный для уменьшения влияния помех промышленного оборудования. Если предполагается эксплуатация локатора в районах, свободных от помех – фильтр можно сделать отключаемым, в этом случае сигнал с антенны поступает непосредственно на вход усилителя. На входе усилителя установлена простейшая защита от перенапряжения, реализованная парой включенных встречно кремниевых диодов.

Потребительски:

Антенна локатора погружается в воду таким образом, чтобы ее усы были расположены горизонтально, и поворачивается из стороны в сторону вокруг вертикальной оси. При наличии в зоне действия локатора работающей электроудочки в наушниках будут слышны характерные щелчки с частотой, соответствующей рабочей частоте электроудочки (10..100 Гц). Наибольшая громкость щелчков достигается при направлении антенны «всей шириной» на электроудочку.

•  Разобрать корпус плеера.

•  Отпаять провода от мотора ЛПМ (лентопротяжного механизма). Мы не будем слушать кассеты, поэтому нечего тратить электричество на вращение мотора и шестеренок.

•  Придумать как, и разместить в кассетном отсеке конденсаторы и катушку. Катушка может не влезть – тогда ее можно разместить на антенне (я так и сделал, примотав катушку параллельно усам антенны ) или примотать к корпусу плеера.

•  Спаять схему соединения деталей фильтра и звукоснимающей головки B 1 (см. рис. 1). Если фильтр предполагается отключать – установить соответствующий выключатель. В моем варианте номиналы деталей составляли: С1 = 6.8 нФ, С2 = 0.022 мкф, L 1=242 мГн. Подробнее о выборе номиналов см. в приложении. Для того, чтобы сигнал локатора слышался в обеих наушниках, сигнал от антенны подается на оба канала звукоснимающей головки.

•  Припаять антенный кабель.

•  Собрать антенну и электрически присоединить к ней второй конец антенного кабеля (лучше всего припаять). Антенну в месте подключения кабеля и примерно на треть длины в центральной части тщательно заизолировать изолентой.

•  Вставить батарейки и включить плеер. Если вы все собрали правильно, то у вас получился замечательный детектор низкочастотных полей – попробуйте осторожно поднести антенну к работающему сотовому телефону, телевизору, электроудлинителю и т.п. Вы должны слышать в наушниках вой, визг и треск и прочую музыку.

Внимание! Категорически нельзя касаться металлической частью антенны проводников под напряжением, а также предметов, склонных к накоплению электростатических зарядов. Схема локатора предусматривает простейшую защиту от перенапряжений, но ее возможности ограничены.

•  Аккуратно собрать плеер, приклеить/примотать изолентой антенный кабель в месте выхода его из плейера.

•  Придумать рукоятку к антенне, за которую ее будут погружать в воду и вращать.

 

Рис. 1.

— доказать принципиальную годность локатора для решения задачи обнаружения работающей электроудочки;

— постараться определить максимальную дальность обнаружения электроудочки.

Полевые испытания проводились в одном из волжских заливов в Астраханской области. Время испытаний – сентябрь 2005 г. Температура воды +17?С. Температура воздуха +22? C . Глубина места применения электроудочки 0.3 м. Грунт – ил, песок. Толщина слоя ила 3-7 см. Акватория сильно заросла водорослями. Выбор места испытаний обуславливался его абсолютной бесперспективностью в плане наличия рыбы, что исключало появление рыбнадзора (объяснить что-нибудь про испытания локатора рыбнадзору вряд ли бы удалось). Параметры электроудочки, использовавшейся в процессе испытаний, к сожалению не известны. Удочка кустарного производства, питание от аккумулятора +12В, инвертор собран на четырех транзисторах КТ819ГМ. Частота работы (на слух, в наушниках локатора) около 30 Гц. Катод – плетеный провод с длиной активной части 2м. Анод – сачок.

Электроудочка была развернута на борту заякоренной лодки, локатор перемещался (пешком по воде) на различные дальности. Дальность измерялась GPS -приемником. В процессе испытаний локатор устанавливался в точку заданного удаления, после чего по рации давалась команда на включение электроудочки. Фиксировалось направление максимального сигнала. Затем давалась команда на отключение удочки, и фиксировалось пропадание сигнала. Форма береговой линии в месте испытаний не позволяла обеспечить дальность между удочкой и локатором более 250 м.

На рис. 2,3 сам локатор в сборе и его компоненты.

Рис. 2

 

Рис. 3

1. Локатор устойчиво определяет направление на работающую электроудочку на дальностях до 250 м в условиях испытаний (глубина, грунт, растительность). Предельная дальность обнаружения, тем более на больших глубинах и при меньшей плотности водной растительности, по всей видимости, выше.

2. Способности локатора к обнаружению электроудочки слабо зависят от его положения относительно линии анод-катод электроудочки (для условий испытаний).

3. Локатор нечувствителен к помехам от работающих лодочных моторов на дальностях более 10 м. На меньших дальностях не проверялось.

4. Использование входного ВЧ фильтра существенно повышает различимость сигналов от работающей электроудочки.

Ни одна рыба во время испытаний не пострадала. При первом включении электроудочки выпрыгнуло из воды несколько мальков 😉 .

Я не претендую на совершенство конструкции локатора (Упаси Бог 🙂 ). Моей целью являлось получить работающий прототип. И я с некоторой уверенностью могу сказать, что цель достигнута. Испытания доказали качественные параметры локатора. Я предлагаю всем, кому интересна данная тема, объединить усилия и набрать фактический материал – по испытаниям подобных устройств, по использованию различных антенн и входных фильтров. Данная конструкция не единственна, возможны сотни других, давайте пробовать! А все собранные (работающие! 🙂 ) экземпляры передавать людям, непосредственно борющимся с электроловом. Я тоже отпаиваю от своего «пилотного экземпляра» тестовые разъемы и передаю его по назначению.

P.S. И еще момент. Сторонникам электролова. Апелляции к советским ихтиологическим монографиям 60-х гг. о пользе электролова так же состоятельны, как проекты марсианских городов того же времени. Данный вид ловли в РФ признан незаконным. И отнюдь не из-за «зависти других рыбаков». Для того, чтобы оценить «безвредность» электролова достаточно прочитать правила безопасности при ловле электроудочкой у того же Шелестова. И вспомнить (по фильмам) пытки электрическим током. Попробуйте ловить рыбу разрешенными методами. Единственный побудительный мотив для использования электроудочки – жадность. Единственный известный способ победить жадность – бить по рукам.

ПРИЛОЖЕНИЕ.

Входной фильтр, как предполагалось, должен подавлять помехи от промышленного оборудования, сосредоточенные (в основном) на частоте 50 Гц (и ближайших кратных – 100, 150 Гц). Для этих целей в конструкции локатора был предусмотрен отключаемый пассивный ВЧ фильтр, структура которого приведена на рисунке.

Рис. 4. Структура ВЧ фильтра.

Обычно принимают C2= C1. В Этом случае частота среза определяется как:

 

В моем случае C1=0.022 мкф, С2=0.0068 мкф, L = 242 мГн. В этом случае частота среза составит Fc = 953 Гц. (Я смухлевал, и взял для расчета среднюю емкость 2 конденсаторов). Снятая экспериментально АЧХ фильтра (выход – точки «3» и «4» на рис.1, вход – точки «1» и «2») при этом имеет следующий вид:

Рис. 5. АЧХ входного фильтра

В общем, экспериментальная АЧХ достаточно хорошо согласуется с расчетной (несмотря на добавочную индуктивность головки звукоснимателя). Теоретически, частота среза должна лежать в диапазоне 100 – 500 Гц для успешного подавления помех 50-герцового диапазона. Я подобрал частоту среза в районе 1 кГц умышленно, поскольку вариант с частотой среза 500 Гц на практике фильтровал помехи не слишком хорошо. Позже, собрав всю схему целиком, я провел дополнительные измерения, и не стал ничего менять.

Ниже представлена АЧХ всего локатора. Входом является напряжение на антенне, выходом – напряжение на наушниках. Режим « X-Bass » аудиоплеера включен.

Рис. 7. Суммарная АЧХ локатора.

Из рисунка видно, что локатор эффективно подавляет помехи с частотами до 400 Гц, пропуская более высокочастотные компоненты.

Частотный спектр работающей электроудочки мне снять не удалось, однако, подав на антенну сигнал, подобный импульсам электроудочки (прямоугольные/экспоненциальные импульсы с частотой 10-80 Гц и скважностью 1/20), я выяснил следующее:

— при включении «электроудочки» наибольшее изменение на выходе локатора наблюдается в районе частоты 6 кГц, причем как с включенным, так и с отключенным фильтром.

Честно говоря, я не стал досконально разбираться, почему происходит именно так, скорее всего, дело в особенностях конструкции УЗЧ плеера, но результат меня вполне устроил.