Danas je nabavljen brodski ultrazvučni dubinomjer Seafarer 700 Echo Sounder britanske tvrtke Seafarer Navigation International Ltd. iz sredine 1980-tih godina. Tvrtka Seafarer Navigation International je proizvodila raznu elektroničku mjernu, navigacijsku i komunikacijsku opremu za manje brodove i plovila. Prestala je s radom početkom 1990-tih godina kada ju je kupila američka tvrtka Standard Communications.
Seafarer 700 Echo Sounder je ultrazvučni dubinomjer namijenjen za ugradnju u manja plovila. Dubina se prikazuje na kružnoj skali preko žute LED i istovremeno na LCD displeju sa dvije znamenke i to u tri mjerna opsega (METRIC RANGE): 0-20 metara, 0 do 60 metara i 0 do 200 metara. Potenciometrom GAIN podešava se jačina ultrazvučnog impulsa tako da bude dovoljna za jedan odjek, odnosno da se izbjegnu višestruki odjeci (za pliće dubine jačina se podesi na manju vrijednost).
Seafarer 700 je opremljen s dva zvučna i vizualna alarma dostignutih dubina. Alarm za plitku vodu (A1 – SHALLOW) može se podesiti za najmanju dubinu od 0,8 metra. Alarm za duboku vodu (A2 – DEEP) može se podesiti za najveću dubinu od 29 metara. Podešavanje alarma signalizira crvena LED na kružnoj skali kao i LCD displej. Kad se alarmi A1 i A2 podese, sklopka se vraća u položaj mjerenja dubine (Dual Display). Sada žuta LED pokazuje dubinu u realnom vremenu, a crvena LED svijetli na određenim dijelovima skale kao indikacija postavljenih alarma.
Funkcija „Depth Guard“ služi za uštedu potrošnje struje, posebno kad se radi na internim baterijama ili kada se plovi otvorenim morem i nema potrebe za stalnim brzim mjerenjima. U tom modu rada se isključuje elektromotor za LED pokazivač na kružnoj skali, te se dubina prati samo na LCD displeju. Također, intervali mjerenja se smanjuju za oko 23 puta (sa 27 ms na 615 ms). Žuta i crvena LED na zaustavljenom rotoru kružne skale će bljesnuti kod svakog intervala mjerenja kako bi postojala indikacija da mjerenje dubine i podešeni alarmi i dalje rade.
Seafarer 700 može izravno raditi na tri brodska sistema istosmjernog napajanja od 12 V, 24 V ili 32 V (max 35 V). Također može raditi na internu bateriju od 9 V tipa PP9 ili na dvije plosnate baterije 4,5 V (3R12). S obzirom da su ovo klasične nepunjive cink-ugljične baterije, uređaj ne može istovremeno biti spojen na interno baterijsko i vanjsko napajanje.
Smještaj za internu bateriju i priključci za vanjsko napajanje. Ispod zaštite su još četiri priključka za spajanje dodatnog vanjskog LCD displeja sa četiri znamenke (raspon pokazivanja od 0,8 m to 119,9 m) koji onda može paralelno pokazivati dubinu na nekom udaljenom mjestu (Repeater Connections).
Naš uređaj je došao bez ultrazvučne sonde (transducera). U originalu je to PZT (olovo-cirkonat-titanat) piezo električni pretvornik impulsne snage 100 Wpp koji radi na nominalnoj frekvenciji 150 kHz. Sonda se isporučivala sa koaksijalnom kablom dužine 7,3 metra i može se učvrstiti na unutrašnju stranu dna trupa plovila čime nema potrebe za bušenjem trupa i sličnim zahvatima.
Ultrazvučna PZT sonda 150 kHz za dubinomjer Seafarer 700.
Elektronika dubinomjera Seafarer 700 raspoređena je na dvije tiskane pločice. Na manjoj pločici je LCD i integrirani krugovi za kontrolu istog (BCD brojači, 7-segmentni dekoderi/drajveri i drugi logički čipovi), a na većoj pločici je sva ostala mjerna i upravljačka elektronika. Centralni integrirani krug je ULA 1G006E (Ferranti). ULA (Uncommitted Logic Array) su potpuno namjenski integrirani krugovi koji mogu sadržavati različite sklopove specifične za uređaj za koji su dizajnirani. Najčešće ih nalazimo u uređajima iz 1980-tih godina, a najpoznatija primjena je u kućnim računalima Sinclair ZX 81 i ZX Spectrum (vidi objavu Sinclair ZX Spectrum+ Issue 3B). Britanska tvrtka Ferranti je bila vodeći proizvođač namjenskih ULA čipova (vidi objavu Pogonski voltmetar Ferranti 120 V).
Namjenski ULA čip je dakle centralna komponenta elektroničkog sklopa dubinomjera Seafarer 700 (kao i nekih sličnih modela Seafarer dubinomjera). Bilo kakav kvar na ovom čipu čitav uređaj čini neupotrebljivim, a danas već sasvim sigurno i nepopravljivim, jer se ovi čipovi odavno ne proizvode, a i kada su se proizvodili sigurno nisu bili dostupni u slobodnoj prodaji. Ukoliko želimo saznati nešto više o elektroničkoj shemi i principu rada sklopova unutar Seafarera 700, svakako bi za početak trebali imati tvorničku dokumentaciju za ULA 1G006E.
Ono što ipak možemo malo bolje promotriti to je prilično specifičan pokazivač (indikator) dubine i postavljenih alarma sa dvije rotirajuće LED diode. Princip rada ovog pokazivača je isti kao na danas raširenim zabavnim napravama naziva „LED propeller display“ ili „LED propeller clock“. LED diode se brzo vrte pogonjene elektromotorom, a upravljačka elektronika ih u određenim trenucima tijekom rotacije pali i gasi. Zbog tromosti ljudskog oka, vidjeti ćemo svojevrsnu fiksnu svjetlosnu točku ili sliku na onom dijelu rotacije gdje se LED kod svakog okreta na trenutak upali.
Najveći problem kod ovakvih pokazivača je osigurati vodljive kontakte na rotor za LED diodama. To su najčešće klizni prsteni, no poželjno je da njihov potrebni broj bude što manji zbog jednostavnosti konstrukcije i zbog manje mogućnosti kvara ili otkaza kliznih kontakata. Moderni LED propeller displeji zahvaljujući minijaturizaciji u elektronici imaju čitavu upravljačku elektroniku (mikrokontroler) zajedno sa LED diodama montiranu na sam rotor, tako da se preko kliznih prstena treba samo dovesti napajanje (dva klizna prstena). U našem slučaju pak su na rotoru samo dvije LED koje su spojene anti-paralelno, tako da su opet dovoljna samo dva klizna prstena od fiksne upravljačke elektronike prema rotoru sa LED diodama.
Rotor pokazivača sa dvije LED (žuta za pokazivanje dubine i crvena za pokazivanje namještene pozicije dva alarma). U okruglom dijelu primjećujemo uzorak „optičkih prepreka“ koje ulaze u optički senzor. Zahvaljujući impulsima koji se generiraju iz optičkog senzora tijekom rotacije, ULA dobiva informaciju o brzini i položaju rotora u realnom vremenu. Na slici desno se vidi optički senzor za praćenje brzine i položaja rotora, te kontakt vanjskog kliznog prstena za LED diode. Drugi klizni kontakt je sama osovina elektromotora.
Pošto su LED spojene anti-paralelno, jedna će svijetliti samo na jednom polaritetu napona, a druga samo na drugom polaritetu napona. Time za dvije LED nisu potrebne tri upravljačke žice, nego samo dvije (dva klizna prstena).
Elektromotor je obični DC motor jer se njegova brzina stalno prati preko optičkog senzora. Preko žute žice koja vodi na osovinu rotora elektromotora je ostvaren jedan električni kontakt za LED diode na rotoru.
Ultrazvučni piezo pretvornici koji bi odgovarali našem uređaju Seafarer 700 nisu jeftini (stotinjak eura na više) tako da ga sigurno nećemo nabavljati. No, svakako možemo snimiti signal koji uređaj šalje na pretvornik.
U normalnom načinu rada (Dual Display) na sondu se šalju frekvencijski paketi svakih 27 ms (frekvencijom 37 Hz), dok se u načinu uštede struje (Depth Guard) paketi šalju svakih 615 ms (frekvencijom 1,6 Hz). Ovo su zapravo brzine ponavljajućih mjerenja u svakom od načina rada: u Dual Display načinu rada izvrši se 37 mjerenja u sekundi, a u Depth Guard načinu rada otprilike 3 mjerenja u dvije sekunde.
Trajanje jednog frekvencijskog paketa ovisi o odabranom mjernom opsegu (Metric Range). Za mjerni opseg do 20 metara paket je trajanja oko 200 µs, za mjerni opseg do 60 metara paketi traju oko 300 µs, a za mjerni opseg 200 metara jedan paket je trajanja 1500 µs. Što je veća dubina mjerenja to se šalju širi mjerni impulsi.
Frekvencija paketa (impulsa) kojom se pobuđuje ultrazvučna sonda blizu je nominalnih 150 kHz (izmjereno 151,3 kHz). Amplituda impulsa je oko 520 Vpp. Prema podacima snaga impulsa je 100 Wpp što znači da je struja koju mora dati uređaj reda 200 mA. Iz ovoga pak proizlazi da je unutrašnji otpor ultrazvučne sonde oko 2,6 kΩ.
Ultrazvučni sonar koji prodire 200 metara kroz morsku vodu i dovoljno je osjetljiv da detektira odjek kroz dodatnih 200 metara vode svakako treba generirati ultrazvučne impulse dovoljne snage (100 W) no potrebna snaga vrlo vjerojatno ovisi i o frekvenciji na kojoj sonar radi. Potenciometar GAIN ne smanjuje amplitudu signala koji se šalje na sondu, tako da vrlo vjerojatno samo smanjuje ili pojačava osjetljivost detektora koji prima ultrazvučni odjek.
Seafarer 700 je za današnje standarde zastarjeli tip brodskog ultrazvučnog dubinomjera, a s obzirom da ga je netko izvadio bez sonde onda više nije ni isplativ da ga se osposobi za neku primjenu. Iako se čini se još uvijek radi ispravno, to je ipak 40 godina star uređaj kojeg je pregazilo vrijeme i kod kojeg već možemo očekivati i razne kvarove ako bude konstantno u pogonu. Iako elektronika nije posebno komplicirana za servis i elektromotor je lako zamjenjiv, centralni namjenski čip ULA 1G006E se danas više ne može nabaviti. Stoga, kada taj čip otkaže u bilo kojem svojem segmentu, onda još jedino neki proučavatelj dobre stare elektronike može pokazati kakvo takvo zanimanje za ovaj uređaj 🙂