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:

Микрогравитация не ослабляет сердечные клетки 09.09.2026

Продолжительное пребывание в космосе подвергает человеческий организм воздействию условий, с которыми он никогда не сталкивается на Земле. Микрогравитация изменяет распределение жидкостей, способствует потере костной и мышечной массы, а космическое излучение способно повреждать ДНК. Особое значение для будущих длительных экспедиций имеет состояние сердечно-сосудистой системы. Новый эксперимент с мышами на борту Международной космической станции показал, что клетки сердечной мышцы могут сохранять силу сокращения даже после нескольких недель пребывания в микрогравитации. Исследователи давно наблюдают за тем, каким образом отсутствие привычной земной гравитационной нагрузки отражается на организме. В космосе жидкости перераспределяются в сторону верхней части тела, позвоночник немного растягивается, из-за чего рост временно увеличивается, а скелетные мышцы постепенно теряют массу и силу. Однако сердечная мышца работает в несколько иных условиях, поэтому специалисты Чикагского университ ...>>

Квантовый процессор IBM Nighthawk R2 09.09.2026

Квантовые компьютеры пока существенно уступают классическим системам в универсальности, однако в специализированных задачах они уже демонстрируют впечатляющие возможности. При этом важна не только вычислительная мощность отдельных кубитов, но и скорость, с которой процессор способен выполнять последовательность квантовых операций. Именно на сокращение таких задержек специалисты IBM сделали ставку при создании нового процессора Nighthawk R2, оснащенного 120 программируемыми кубитами. Главным достижением Nighthawk R2 стала значительно более высокая скорость выполнения квантовых схем. Новый процессор способен обрабатывать более 100 тысяч схем в секунду, тогда как предшествующий Heron выполнял около 4 тысяч. Такой разрыв связан не столько с увеличением количества кубитов, сколько с устранением одного из узких мест квантовых вычислений - длительного промежутка между последовательными запусками программ. В предыдущей архитектуре Heron после завершения вычисления кубит необходимо было и ...>>

Горячие напитки высвобождают миллионы частиц пластика 08.09.2026

Бумажные стаканчики давно стали привычной альтернативой пластиковым: их используют в кофейнях, офисах и заведениях быстрого питания для кофе, чая и других напитков. Однако название "бумажный" не означает, что такая посуда полностью состоит из бумаги. Чтобы стаканчик не размокал, его внутреннюю поверхность покрывают тонким слоем полимера. Исследователи из Университета Квинсленда решили выяснить, что происходит с этими покрытиями при контакте с горячей жидкостью, и обнаружили, что вместе с напитком из них могут высвобождаться чрезвычайно мелкие частицы пластика. В ходе лабораторных экспериментов специалисты изучили два типа одноразовых бумажных стаканчиков. В одном случае внутренняя поверхность была защищена традиционным полиэтиленовым покрытием, а в другом использовался полимер на основе полимолочной кислоты (PLA), который часто рассматривается в качестве более экологичной альтернативы обычному пластику. Полимолочная кислота способна биологически разлагаться при определенных условиях ...>>

Случайная новость из Архива Беспроводная зарядка в открытом море 07.05.2026 В морской отрасли, где переход на электрические суда набирает обороты, одной из главных проблем остается отсутствие удобной и надежной системы зарядки в открытом океане. Норвежские инженеры предложили революционное решение: индуктивную магнитную систему, которая позволяет заряжать электрические корабли непосредственно в море, используя энергию ветровых электростанций. Разработку возглавили судостроительная компания Vard и исследовательский институт SINTEF в рамках проекта Ocean Charger. Новая технология полностью отказывается от традиционных медных разъемов, которые быстро выходят из строя в агрессивной морской среде. Вместо них используются герметичные магнитные катушки, передающие энергию через магнитное поле. Это делает процесс зарядки безопасным, надежным и практически не требующим обслуживания даже при сильном волнении и соленой воде. Старший научный сотрудник SINTEF Джузеппе Гвиди отметил, что специалисты рассмотрели множество вариантов, прежде чем остановиться на индуктивной системе. "Мы создали решение, которое работает почти как обычный электрический контакт, но без всех его недостатков, - объяснил он. - Энергия передается через герметизированные материалы, способные выдерживать самые суровые морские условия". Система особенно перспективна для сервисных судов ветровых электростанций (SOV) и судов снабжения нефтяных платформ (PSV). В будущем ее планируется использовать как основу зарядной инфраструктуры вдоль всего норвежского побережья. Благодаря индуктивной зарядке электрическим судам больше не придется тратить значительную часть энергии на возвращение в порт - они смогут пополнять заряд прямо на рабочем месте у ветровых турбин или оффшорных подстанций. Руководитель проекта Ocean Charger от компании Vard Говард Воллсет Лиен подчеркнул главные проблемы традиционных разъемов: механический износ, коррозию и высокие затраты на обслуживание. Новая система устраняет эти риски. Магнитные катушки на судне и зарядной станции соединяются по принципу "чашка в подстаканнике" - достаточно приблизить их друг к другу, и надежный контакт устанавливается автоматически, независимо от небольшого смещения или поворота. Технически система представляет собой сложную цепочку преобразования энергии: от высоковольтного постоянного тока до высокочастотных магнитных полей, которые затем принимаются и преобразуются на борту судна. Интеллектуальная система управления оптимизирует процесс, минимизируя потери и обеспечивая максимальную эффективность передачи мощности. Таким образом, проект Ocean Charger ломает замкнутый круг, в котором раньше находились электрические оффшорные суда. Теперь они смогут работать автономно гораздо дольше, существенно повышая экономическую эффективность и экологичность морских операций.

Другие интересные новости:

▪ Следы первых европейцев

▪ Наушники-алкотестер

▪ Решение от TI для построения простой беспроводной сети до 100 узлов

▪ Самая энергетически эффективная память SRAM

▪ Вокруг Юпитера обнаружены 12 новых спутников

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электрику. ПУЭ. Подборка статей

▪ статья История создания гражданской обороны, ее предназначение и основные задачи по защите населения. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Что случалось с большинством людей, обвиненных в колдовстве, в Англии? Подробный ответ

▪ статья Многоцелевой насос автомобилиста. Личный транспорт

▪ статья Электропитание. Блоки питания. Справочник

▪ статья Экономичные стабилизаторы. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026