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:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Нежный робот 24.04.2013 В рамках европейского проекта AMARSI исследователи из Итальянского технологического института создали робота, которого без опаски можно оставить с детьми. Гуманоидный робот COMAN отличается от большинства машин тем, что может поддерживать вертикальное положение в самых разных условиях и при этом контролировать силу своих конечностей. Это означает, что COMAN может находиться рядом с самыми слабыми людьми и не нанесет им травм неосторожным движением или падением. Безопасность COMAN подчеркивают даже его размеры - он размером с ребенка и обладает антропоморфным телом, правда пока без головы. Большинство роботов, разработанных для работы с людьми, все же весьма опасны. Мощные силовые приводы, твердые корпуса и манипуляторы сами по себе могут причинить травму неосторожному человеку. К тому же ошибка в движении робота может привести к его падению: печальный финал быть придавленным 200-кг "тушей" собственного робота-домработника. Итальянские инженеры нашли свой выход из этой ситуации. Они создали особый тип силового привода на основе небольших упругих тяг, датчиков крутящего момента и непрерывного компьютерного анализа движений. Благодаря этому COMAN может плавно двигаться и очень быстро реагировать на внешние события, такие как толчки, движение по наклонной плоскости и т.д. Взаимодействие с 94,5-см и 31,2-кг роботом COMAN очень напоминает взаимодействие с ребенком: робот мягко реагирует на движения, но при этом старается сохранить равновесие, когда берешь его за руку, тащишь за собой и т.д. Благодаря мягким приводам, движения рук и ног робота выглядят натурально: он может мгновенно полностью "расслабить" конечности и избежать травмирования человека. Разработчики надеются, что роботы, подобные COMAN, уже в ближайшем будущем станут верными помощниками людей. Причем не только на поле боя, производстве или в зоне стихийных бедствий, но и дома.

Другие интересные новости:

▪ 40-дюймовая OLED-панель для сверхтонких дисплеев и телевизоров

▪ NB3N3020 - новый умножитель частоты

▪ Бумажная батарейка

▪ Датчик для искусственного хрусталика

▪ Определено самое долгоживущее позвоночное

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Прошивки. Подборка статей

▪ статья Вера без дел мертва есть. Крылатое выражение

▪ статья Что едят бобры? Подробный ответ

▪ статья Работа на клеемазальном станке. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Интересная схема электронного балласта на дискретных элементах для компактной люминесцентной лампы. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Звук в автомобиле: схемы и правильность их выбора. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025