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:

Определена масса света 09.09.2024

Вопрос о том, имеет ли свет массу, давно занимает умы ученых. Если бы оказалось, что фотон, частица света, действительно обладает ненулевой массой, это перевернуло бы наше понимание Вселенной и основополагающих законов физики. Недавнее исследование, проведенное командой ученых из Сычуаньского университета науки и техники, Китайской академии наук и Нанкинского университета, сделало значительный шаг в этом направлении, установив новый предел для возможной массы фотона. Исследование основывалось на анализе данных, собранных с помощью массива синхронизации пульсаров Паркса, а также на наблюдениях быстрых радиовсплесков - загадочных и мощных сигналов, исходящих из далеких галактик. Пульсары, являющиеся нейтронными звездами, испускающими регулярные пульсирующие лучи радиоволн, и радиовсплески, наблюдаемые в межгалактическом пространстве, предоставляют уникальные возможности для исследования природы света. Основное внимание в исследовании было уделено так называемой мере дисперсии - хар ...>>

Плазма способна изменять магнитные поля 09.09.2024

Взаимодействие плазмы с магнитными полями остается одной из ключевых загадок как в астрофизике, так и в разработке термоядерных реакторов. Плазма, состоящая из заряженных частиц, играет важную роль во многих космических и лабораторных процессах. От взаимодействия плазмы с магнитными полями зависит многое - от поведения звезд до перспектив создания устойчивой термоядерной энергии на Земле. Новое открытие ученых из Принстонской лаборатории физики плазмы в США обещает изменить наше понимание этих сложных процессов. Исследователи разработали инновационный метод, позволяющий с беспрецедентной точностью зафиксировать, как плазма взаимодействует с магнитными полями. С помощью протонной радиографии они смогли визуализировать эти взаимодействия, что ранее было недоступно. Процесс начинается с создания плазмы, которую получают, направляя мощный лазер на небольшой пластиковый диск. Одновременно создаются протоны - частицы, которые физики использовали в качестве диагностического инструмента. ...>>

Мужчины вредят природе больше женщин 08.09.2024

Вопрос о том, кто больше вредит окружающей среде - мужчины или женщины, оказался в центре внимания после публикации нового исследования шведских ученых. Результаты исследования показывают, что мужчины, по сравнению с женщинами, способствуют большему выбросу вредных веществ в атмосферу. Причем это связано не с профессиональной деятельностью или владением предприятиями, а с различиями в потребительском поведении. Исследование выявило, что мужчины тратят на 16% больше средств на товары и услуги, которые оказывают значительное негативное воздействие на окружающую среду. В первую очередь речь идет о продуктах, производство и использование которых сопровождается повышенным уровнем выбросов парниковых газов, способствующих глобальному потеплению. Хотя женщины расходуют сопоставимое количество денег, они выбирают товары и услуги, менее вредные для экологии. Наиболее заметная разница была обнаружена в расходах на автомобильное топливо. Мужчины значительно чаще покупают бензин и дизельное ...>>

Случайная новость из Архива Жабы эволюционируют на глазах 15.07.2006 Ядовитые жабы-ага, они же тростниковые, чрезвычайно быстро распространяются по Австралии. Возможно, это происходит благодаря тому, что в процессе эволюции, занявшем всего несколько десятков лет, лапы у жаб стали длиннее. Жабы завезены в Австралию с Гавайских островов в 1935 году. Предполагалось, что они помогут бороться с насекомыми-вредителями на плантациях сахарного тростника. Но вскоре жабы сами стали вредителями. Ядовитое вещество буфотоксин, которое вырабатывают эти земноводные, делает их неуязвимыми для любых хищников. Жабы уже захватили примерно треть территории австралийского континента. С 1940-х по 1960-е годы они распространялись со скоростью примерно 9,7 километра в год, а теперь - 48,3 километра. Чтобы выяснить, с чем связано такое ускорение, ученые исследовали тех жаб, которые появляются на новой территории первыми. Оказалось, что у "авангарда" длина лапок составляет 45% длины тела, тогда как у отстающих - не более 40%. Возможно, со временем этот один вид разделится на два - с короткими и длинными задними ногами.

Другие интересные новости:

▪ Цифровые запоминающие осциллографы серии TDS6000B

▪ Длинные пальцы депрессии

▪ Музыкальный беспилотник против трудоголиков

▪ Гарнитура PlayStation VR для PS5

▪ Марсианские города

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Телефония. Подборка статей

▪ статья Божией милостью. Крылатое выражение

▪ статья Какое привычное нам женское имя изначально было мужским? Подробный ответ

▪ статья Обжигальщик роликовой печи. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Простой генератор качающейся частоты. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Угадывание предметов по цвету. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2024