초음파 부상 장치 DIY 키트 제작 및 테스트

개요

초음파 부상은 음파의 힘으로 물체가 공중에 매달려 있는 현상입니다. 이 장치는 물리학의 원리를 배우고 SMD 부품 납땜 기술을 연습하기에 좋은 방법입니다. 이번 게시글에서는 초음파 부상 키트를 사용하여 기능적인 부상 장치를 제작하고 테스트하는 방법을 소개합니다.

필요한 부품

키트에는 다음과 같은 주요 부품이 포함되어 있습니다:

• STC15F104W 단일 칩 마이크로 컨트롤러
• tps70933 전압 조정기
• TC4427 듀얼 고속 전력 MOSFET 드라이버
• 초음파 트랜스듀서 2개
• PCB 3개
• 나사가 있는 범퍼
• 저항기 및 커패시터 같은 SMD 수동 부품
• 개략도 및 지침

제작 과정

1단계: 납땜 작업

• 구성 요소를 PCB에 납땜합니다. SMD 부품이 작기 때문에 고배율 돋보기를 사용하면 작업에 도움이 됩니다.
• 모든 부품을 납땜한 후 육안으로 PCB를 검사하여 오류나 단락이 없는지 확인합니다.

 

2단계: 테스트 및 오류 수정

• 실험실 전원 공급 장치에 연결하여 초기 테스트를 수행합니다.
• 오류가 발생하면 부품을 교체하거나 수정합니다. 예를 들어, TC4427 칩이 가열되었을 경우 UCC27524 IC로 대체하여 문제를 해결할 수 있습니다.

작동 원리

초음파 부상은 두 트랜스듀서에서 방출된 초음파가 서로 간섭하여 정상파를 생성하는 원리로 작동합니다. 정상파는 노드(저압 영역)와 반노드(고압 영역)로 구성되며, 작은 물체는 노드에 갇히면서 부상하게 됩니다.

트랜스듀서 사이 거리 계산: 40kHz 주파수를 기준으로 절반 파장은 약 4.29mm입니다. 따라서 트랜스듀서 사이의 거리는 4.29mm, 8.58mm, 12.87mm 등으로 조정해야 합니다.

 

테스트 및 결과

장치의 성능을 확인하기 위해 다음 테스트를 수행합니다:

1. 신호 확인: 작은 오실로스코프를 사용하여 마이크로 컨트롤러와 MOSFET 드라이버 칩에서 생성된 신호를 측정합니다. 40kHz 주파수의 직사각형 신호가 생성되면 정상적으로 작동 중임을 의미합니다.
2. 부상 테스트: 트랜스듀서 사이 공간에 작은 스티로폼 볼을 배치하여 부상 효과를 확인합니다. 정확한 거리와 입자 배치가 성공의 열쇠입니다.

 

 

 

결론

이 초음파 부상 장치는 물리학의 기본 원리와 SMD 납땜 기술을 배우기에 훌륭한 도구입니다. 또한 초음파의 기능을 관찰하면서 창의적인 실험을 진행할 수 있는 재미있는 방법을 제공합니다.

위 내용이 도움이 되었기를 바랍니다! 추가로 알고 싶은 점이 있으면 말씀해주세요. 😊