Пьезодатчик в охранной сигнализации

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Охранные устройства и сигнализация объектов

 Комментарии к статье

Основной элемент датчика - пьезоэлемент, дополненный инерционным преобразователем. Конструкция датчика показана на рис. 1. На печатную плату 1 крепят акустический пьезоизлучатель 4 с открытой обкладкой, к которому припаяна М-образная проволочная опора 3. К ней припаивают упругую спицу 2, один конец которой расплющен, согнут в полукольцо и припаян к плате 1, а на другом закреплен груз 5.

Рис. 1

В авторском экземпляре датчика спица была изготовлена из стальной проволоки диаметром 0,8 мм (скрепка для бумаг), расплющенный ее конец имел толщину 0,2...0,25 мм, груз 5 - свинцовый кубик весом 3 г. Эксперимент показал, что резонансная частота такого преобразователя Fpeз =23 Гц.

Эта конструкция преобразует колебания груза в переменное давление на пьезоэлемент. На короткие удары и толчки преобразователь реагирует экспоненциально затухающими колебаниями (с частотой Fpeз) напряжения на пьезоэлементе (рис. 2), начальная амплиуда Ua которых зависит от воздействующей силы. Если этот сигнал подать на один из входов компаратора, а на второй - образцовое (пороговое) напряжение Uп, то на его выходе будет сформирована "пачка" длительностью Тп из  N = Fpeз-Tп импульсов.

Рис. 2

Очевидно, что при слабых и редких ударах и толчках на выходе компаратора будет сформировано меньшее число импульсов, чем при сильных и частых, а при высокой активности (криминал?) оно может превысить некоторый предел. Принципиальная схема устройства, формирующего в ответ на запредельное возбуждение датчика тревожный сигнал (лог. 1), показана на рис. 3.

Рис. 3

На микромощном ОУ DA1 собран компаратор, порог его переключения Uп устанавливают подстроечным резистором R4. В состоянии покоя на пряжение на инвертирующем входе ОУ DA1 превышает на 0,3...3 мВ напряжение на неинвертирущем, поэтому на его выходе установится низкий уровень - лог. 0.

При появлении на пьезоэлементе В1 переменного напряжения с амплитудой, достаточной для переключения ОУ DA1, на его выходе формируется "пачка" импульсов, которые после инвертирования логическим элементом DD1.3 поступят на вход С счетчика DD2 и вход одновибратора (вывод 6 DD1.1), собранного на элементах DD1.1, DD1.2. Этот одновибратор формирует импульс длительностью Такт = 0.7*С1*R8 = 7 с, который задает временной интервал активной работы датчика - продолжительность цикла подсчета импульсов. По окончании этого интервала на выходе элемента DD1.4 формируется короткий (t = 0.7*R9*C3 = 14 мс) импульс, обнуляющий счетчик DD2.

Поскольку сигнал высокого логического уровня (сигнал тревоги) на выходе 2П счетчика DD2 возникает лишь с поступлением в счетчик 2п-го импульса, порог срабатывания датчика зависит от того, какой из выходов этого счетчика задействован. Если это будет сделано так, как показано на рис. 3, то сигнал тревоги на "Выходе 1" возникнет с поступлением на вход С счетчика DD2 64-го импульса. Еще один выход датчика ("Выход 2") - открытый сток полевого транзистора VT1 - позволит подключить к нему нагрузку, имеющую собственный источник питания.

Все элементы монтируют на печатной плате, изготовленной из двусторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, чертеж которой показан на рис. 4. Часть фольги со стороны установки элементов используется в качестве общего провода. Подключения к ней "заземляемых" выводов резисторов, конденсаторов и других деталей показаны черными точками. В местах пропуска выводов элементов в этой фольге должны быть вытравлены защитные кружки диаметром около 2 мм (на рис. 4 не показаны). Места соединения металлизированных участков первой и второй сторон платы показаны черными квадратами со светлой точкой в центре.

Рис. 4

Применены постоянные резисторы: R8 - КИМ, C3-14, остальные - МЛТ, С2-23, подстроечный резистор - СПЗ-19а. Оксидный конденсатор - импортный с малым током утечки, остальные- КМ-6, К10-17. Пьезоэлемент В1 - акустический излучатель ЗП-19. Его основание припаивают к специально предназначенным для этого контактным площадкам на плате. Во избежание касания грузом платы в ней можно сделать вырез (на рис. 4 показан пунктиром). Смонтированную плату устанавливают в жестяную коробку из-под бульонных кубиков и крепят винтами в трех точках. В таком оформлении датчик будет иметь габаритные размеры 82x35x15 мм.

Но с какого из выходов счетчика DD2 следует снимать сигнал тревоги и каким должен быть временной интервал активной работы датчика Такт? Прежде всего должно быть выполнено условие.

Fpeз*Tакт > 2 в степени n, где 2 - наименование выхода счетчика DD2. В противном случае сигнал тревоги на выходе датчика не возникнет даже при непрерывном возбуждении пьезоэлемента. Для указанных на схеме номиналов элементов это условие выполнено, поскольку.

Fpeз*Такт= 23*7 =161, и выходом датчика мог бы быть любой из четырех выходов счетчика DD2: 2 в степени 4, 2 в степени 5, 2 в степени 6 или 2 в степени 7 (2 в степени 7 = 128 < 161). Самую высокую чувствительность (и к помехам тоже) будет иметь датчик, в котором сигнал тревоги снимают с выхода 2 в степени 4, а самым помехозащищенным - с выхода 2 в степени 7.

Если датчик должен отреагировать на кратковременные однократные удары, близким по времени должен быть и интервал Такт. Но если такого ограничения нет, Такт рекомендуется увеличить. Это обусловлено тем, что с увеличением Такт уменьшается вероятность возникновения ложного сигнала тревоги. Но используемое здесь схемотехническое решение позволит увеличить Такт лишь до 35...40 с, поскольку, как показал опыт, сопротивление резистора R8 не должно быть больше 30 МОм, а максимальная емкость конденсатора С2 (керамического или пленочного) обычно не превышает 2,2 мкФ. Применение оксидного конденсатора нежелательно, поскольку у него ток утечки значительно больше, чем у керамического. Порог срабатывания компаратора устанавливают подстроечным резистором R4.

При "мягком" толчке амплитуда сигнала на пьезоэлементе может быть слишком мала, поэтому существенное увеличение чувствительности датчика к таким толчкам может дать снижение Fpeз. Это может быть достигнуто увеличением массы груза. Эксперимент показал, что при массе груза 5, 9 и 15 г резонансная частота составила 18, 13 и 9 Гц соответственно.

"Выход 2" может потребоваться не только для согласования с "чужой" охранной системой. Он пригоден и для непосредственного управления мощной нагрузкой, например, звуковым сигнализатором (сирена) или лампой накаливания. При налаживании к этому выходу можно подключить маломощный звуковой сигнализатор со встроенным генератором, например НРМ14АХ. Чрезвычайно низкое энергопотребление в дежурном режиме позволяет использовать для питания гальваническую литиевую батарею небольшой емкости. Она переживет, скорее всего, саму охранную систему.

Публикация: radioradar.net

Смотрите другие статьи раздела Охранные устройства и сигнализация объектов.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Глазные капли, возвращающие молодость зрению 05.10.2025

С возрастом человеческий глаз постепенно теряет способность четко видеть на близком расстоянии - развивается пресбиопия, или возрастная дальнозоркость. Этот естественный процесс связан с утратой эластичности хрусталика и ослаблением цилиарной мышцы, отвечающей за фокусировку. Миллионы людей по всему миру сталкиваются с необходимостью носить очки для чтения или прибегают к хирургическим методам коррекции. Однако исследователи из Центра передовых исследований пресбиопии в Буэнос-Айресе представили решение, которое может стать удобной и неинвазивной альтернативой - специальные глазные капли, способные улучшать зрение на длительный срок. Разработку возглавила Джованна Беноцци, директор Центра. По ее словам, цель исследования состояла в том, чтобы предоставить пациентам с пресбиопией эффективный и безопасный способ коррекции зрения без хирургического вмешательства. Новые капли, созданные на основе пилокарпина и диклофенака, показали убедительные результаты: уже через час после первого пр ...>>

Цифровая рация Xiaomi Digital Walkie Talkie 05.10.2025

Компания Xiaomi представила современное устройство, объединившее классические принципы радиосвязи с возможностями цифровых технологий. Новинка под названием Xiaomi Digital Walkie Talkie демонстрирует, как привычные рации могут быть переосмыслены в духе времени. Устройство оснащено цветным дисплеем диагональю 1,57 дюйма, который отображает список контактов, параметры соединения и даже примерное местоположение собеседника. Такой подход превращает стандартную рацию в компактное средство связи, сочетающее функциональность смартфона и устойчивость профессиональной техники. Одним из ключевых преимуществ стала высокая автономность. Встроенный аккумулятор емкостью 2500 мА·ч обеспечивает до 100 часов работы в режиме ожидания и около 14 часов непрерывных разговоров, что особенно важно в экспедициях, на дальних маршрутах или в зонах, где подзарядка невозможна. Согласно данным портала unionrayo.com, такое время работы выгодно отличает устройство от большинства аналогов. По дальности дейст ...>>

Открыт обращаемый драйвер старения 04.10.2025

Недавняя работа ученых из Сямэньского университета в Китае показала, что в гипоталамусе, главном регуляторе внутренних функций организма, кроется один из ключей к продлению молодости. Команда под руководством Лиге Ленга обнаружила, что снижение уровня белка менина в гипоталамусе связано с ускорением процессов старения. Менин, как выяснилось, играет важную роль в предотвращении воспаления и поддержании нормальной работы нейронов. Когда его уровень снижается, в мозге возрастает активность воспалительных сигналов, что запускает цепную реакцию возрастных изменений во всем организме - от ослабления когнитивных функций до потери плотности костей и истончения кожи. Чтобы понять, как именно менин влияет на старение, ученые вывели генномодифицированных мышей, у которых этот белок можно было выборочно отключить. Даже у молодых животных такое вмешательство быстро привело к ухудшению памяти, снижению прочности костей и эластичности кожи, а также к укорочению жизни. Эти результаты убедительно ...>>

Случайная новость из Архива Охлаждение стеклянной пленкой 12.08.2023 Исследователи из Шэньчжэньского университета, вдохновленные структурой ярко-синих крыльев бабочки морфо, разработали уникальную стеклянную пленку, которая обеспечивает защиту от перегрева, сохраняя яркие цвета предметов. Путем имитации особой микроструктуры крыльев бабочки, материал остается охлажденным на несколько градусов Цельсия ниже окружающей среды. Как правило, для уменьшения нагревания предметов рекомендуется использовать светлые оттенки, такие как белый, который поглощает минимальное количество солнечного излучения и помогает уменьшить тепловую нагрузку. Однако ученые решили найти способ сохранить яркие цвета, не вызывая при этом перегрев, исключая избыточное поглощение света. Исследователи обратили внимание на бабочек морфо, чьи крылья, хотя и кажутся синими, на самом деле имеют желтовато-коричневую окраску. Это свойство обусловлено особой структурой чешуек на крыльях, которая эффективно отражает и рассеивает свет. Ученые реализовали аналогичную структуру на тонкой стеклянной пленке, добавив к ней слои серебра и оксида титана для оптимального отражения и рассеивания света. Пленка состоит из тонкого слоя матового кварцевого стекла, имеющего неровную поверхность для преломления света под разными углами. Снизу стекло покрыто слоем серебра для усиленного отражения света и снижения нагрева, а сверху пленка покрыта оксидом титана для обеспечения необходимого рассеивания света, создающего яркие цвета. После нанесения данной пленки на поверхность автомобиля, ученые обнаружили, что даже при прямом солнечном воздействии температура его поверхности оставалась на несколько градусов ниже окружающей среды и значительно ниже температуры автомобиля, окрашенного в обычную синюю краску. Исследователи планируют дальше развивать данную концепцию и создавать разнообразные цветовые вариации, расширяя применение этой уникальной технологии охлаждения, которая может способствовать снижению температуры предметов на значительное количество градусов Цельсия.

Другие интересные новости:

▪ SoC Snapdragon 690

▪ Гарнитура Xiaomi Mi USB Type-C с активным шумоподавлением

▪ Беззеркальная камера Sony а NEX-5T

▪ Гибридная лампочка

▪ Дефицит витамина D повышает риск деменции

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Эффектные фокусы и их разгадки. Подборка статей

▪ статья Жив Курилка. Крылатое выражение

▪ статья Какая сова кричит у-хи, у-ху? Подробный ответ

▪ статья Капок. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Электронный автосторож. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Алтайские пословицы и поговорки. Большая подборка

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025