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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Sensor piezoeléctrico en alarma antirrobo
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Dispositivos de seguridad y señalización de objetos. El elemento principal del sensor es un elemento piezoeléctrico, complementado por un transductor de inercia. El diseño del sensor se muestra en la fig. 1. Un emisor piezoeléctrico acústico 1 con un revestimiento abierto está unido a la placa de circuito impreso 4, a la que se suelda un soporte de alambre en forma de M 3. Se le suelda un radio elástico 2, un extremo del cual está aplanado, doblado en un semicírculo y soldado al tablero 1, y una carga se fija en el otro 5.
En la copia del sensor del autor, el radio estaba hecho de alambre de acero con un diámetro de 0,8 mm (clip), su extremo aplanado tenía un grosor de 0,2 ... 0,25 mm, la carga 5 era un cubo de plomo que pesaba 3 g. El experimento mostró que la frecuencia de resonancia de dicho convertidor Fpez = 23 Hz. Este diseño convierte las vibraciones de la carga en una presión variable sobre el elemento piezoeléctrico. El transductor responde a choques cortos y choques con oscilaciones amortiguadas exponencialmente (con frecuencia Fpez) del voltaje en el elemento piezoeléctrico (Fig. 2), cuya amplitud inicial Ua depende de la fuerza que actúa. Si esta señal se aplica a una de las entradas del comparador, y la tensión de ejemplo (umbral) Up se aplica a la segunda, entonces se formará un "paquete" con una duración Tp de N = Frez-Tp pulsos en su salida .
La figura. 2 Obviamente, con choques y choques débiles y raros, se generará una menor cantidad de pulsos en la salida del comparador que con fuertes y frecuentes, y con alta actividad (¿crimen?) Puede superar un cierto límite. Un diagrama esquemático de un dispositivo que genera una señal de alarma (log. 1) en respuesta a la excitación trascendental del sensor se muestra en la fig. 3.
Se ensambla un comparador en un amplificador operacional de micropotencia DA1, su umbral de conmutación Up se establece mediante una resistencia de sintonización R4. En reposo, el voltaje en la entrada inversora del amplificador operacional DA1 excede el voltaje en el no inversor en 0,3 ... 3 mV, por lo que se establece un nivel bajo en su salida: log. 0. Cuando aparece un voltaje alterno en el elemento piezoeléctrico B1 con una amplitud suficiente para cambiar el amplificador operacional DA1, se forma un "paquete" de pulsos en su salida que, después de ser invertido por el elemento lógico DD1.3, irá a la entrada C del contador DD2 y la entrada del vibrador único (pin 6 DD1.1), ensamblados en los elementos DD1.1, DD1.2. Este vibrador único genera un pulso con duración Tact = 0.7*С1*R8 = 7 s, que establece el intervalo de tiempo para la operación activa del sensor - la duración del ciclo de conteo de pulsos. Al final de este intervalo, se genera un pulso corto (t = 1.4*R0.7*C9 = 3 ms) en la salida del elemento DD14, reiniciando el contador DD2. Dado que la señal de nivel lógico alto (alarma) en la salida del contador 2P DD2 ocurre solo con la recepción del pulso 2p-th en el contador, el umbral del sensor depende de cuál de las salidas de este contador esté habilitada. Si esto se hace como se muestra en la Fig. 3, entonces la alarma en la "Salida 1" ocurrirá cuando el pulso 2 llegue a la entrada C del contador DD64. Otra salida del sensor ("Salida 2"), un drenaje abierto del transistor de efecto de campo VT1, le permitirá conectarle una carga que tenga su propia fuente de alimentación. Todos los elementos están montados en una placa de circuito impreso hecha de lámina de fibra de vidrio de doble cara de 1,5 mm de espesor, cuyo dibujo se muestra en la Fig. 4. Parte de la lámina del lado de la instalación de los elementos se utiliza como cable común. Las conexiones a sus terminales "puestos a tierra" de resistencias, condensadores y otras partes se muestran con puntos negros. Se deben grabar círculos protectores con un diámetro de aproximadamente 2 mm en esta lámina en los lugares donde se saltan los cables de los elementos (no se muestra en la Fig. 4). Las uniones de las secciones metalizadas del primer y segundo lado del tablero se muestran como cuadrados negros con un punto claro en el centro.
Se utilizan resistencias fijas: R8 - KIM, C3-14, el resto - MLT, C2-23, resistencia de sintonización - SPZ-19a. El condensador de óxido se importa con una corriente de fuga baja, el resto son KM-6, K10-17. Elemento piezoeléctrico B1 - emisor acústico ZP-19. Su base está soldada a almohadillas de contacto especialmente diseñadas en el tablero. Para evitar que la carga toque el tablero, se puede hacer un corte en él (se muestra en la línea de puntos en la Fig. 4). El tablero ensamblado se instala en una caja de hojalata debajo de los cubos de caldo y se sujeta con tornillos en tres puntos. En este diseño, el sensor tendrá unas dimensiones totales de 82x35x15 mm. Pero, ¿de cuál de las salidas del contador DD2 se debe eliminar la alarma y cuál debe ser el intervalo de tiempo para la operación activa del sensor Tact? En primer lugar, se debe cumplir la condición. Fpez*Tact > 2 elevado a n, donde 2 es el nombre de la salida del contador DD2. De lo contrario, la alarma de salida del sensor no ocurrirá incluso si el elemento piezoeléctrico se excita continuamente. Para las valoraciones de los elementos indicados en el diagrama, se cumple esta condición, porque. Frez * Cycle = 23 * 7 = 161, y la salida del sensor podría ser cualquiera de las cuatro salidas del contador DD2: 2 a la potencia de 4, 2 a la potencia de 5, 2 a la potencia de 6 o 2 a la potencia potencia de 7 (2 elevado a 7 = 128 < 161). La sensibilidad más alta (y también a la interferencia) tendrá un sensor en el que la señal de alarma se elimina de la salida 2 a la potencia de 4, y la más inmune al ruido, de la salida 2 a la potencia de 7. Si el sensor debe responder a impactos únicos a corto plazo, el intervalo Tact también debe ser cercano en el tiempo. Pero si no existe tal restricción, se recomienda aumentar el Tact. Esto se debe al hecho de que a medida que aumenta Tact, disminuye la probabilidad de que ocurra una falsa alarma. Pero la solución de circuito utilizada aquí permitirá aumentar el Tact solo hasta 35 ... 40 s, ya que, como ha demostrado la experiencia, la resistencia de la resistencia R8 no debe ser superior a 30 MΩ, y la capacidad máxima del condensador C2 (cerámica o película) por lo general no supera los 2,2 μF. El uso de un condensador de óxido no es deseable, ya que su corriente de fuga es mucho mayor que la de uno cerámico. El umbral para el comparador se establece mediante una resistencia de ajuste R4. Con un choque "suave", la amplitud de la señal en el elemento piezoeléctrico puede ser demasiado pequeña, por lo que un aumento significativo en la sensibilidad del sensor a tales choques puede resultar en una disminución de Fres. Esto se puede lograr aumentando el peso de la carga. El experimento mostró que con una masa de carga de 5, 9 y 15 g, la frecuencia de resonancia fue de 18, 13 y 9 Hz, respectivamente. La "Salida 2" puede ser necesaria no solo para coordinar con un sistema de seguridad "extranjero". También es adecuado para el control directo de una carga potente, como un dispositivo de señalización audible (sirena) o una lámpara incandescente. Al configurar, se puede conectar a esta salida un dispositivo de señalización de sonido de baja potencia con un generador incorporado, como HPM14AX. El consumo de energía extremadamente bajo en modo de espera permite el uso de una batería de litio galvánica de pequeña capacidad para la alimentación. Sobrevivirá, muy probablemente, al propio sistema de seguridad. Publicación: radioradar.net
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