Домашен сензор за вибрации. Пиезоелектричен сензор за вибрации в сеизмичен детектор. Няма достатъчно информация

Верига на прост, но чувствителен сензор за вибрации, базиран на операционния усилвател LM358. Устройството не изисква никаква настройка и започва работа веднага. Реагира на стъпки от разстояние няколко метра.

Веригата на датчика за вибрации е показана на фигурата по-долу:

Плосък пиезо емитер от ръчен часовникили подобни. Проводникът от централната плоча на пиезоелектричния елемент е свързан към входа на операционния усилвател. Самият пиезоелектричен елемент е фиксиран към контролираната повърхност. За да увеличите чувствителността, можете да прикрепите малка пружина с тежест към основата на пиезоелемента, така че пиезоелементът да се огъне. В тихо състояние напрежението на неинвертиращия вход U1 е с няколко миливолта по-ниско от това на инвертиращия вход. Следователно на изхода U1 (пин 1) има напрежение, близко до 0 (log 0). Когато се появи вибрация на пин 3 на операционния усилвател, се появява допълнително напрежение, което в сумата с постоянното напрежение от делителя R3-R1-R2 се оказва по-високо от това на пин 2. Превключвателите на операционния усилвател, и на изхода му се появява напрежение, близко до захранващото (логическа 1 ). Така на изхода на сензора се формират правоъгълни импулси в такт с вибрация. Изходният сигнал се подава към пин 2 на конектор J1.

Резисторът R1 избира чувствителността на сензора. Неговият рейтинг може да варира от 0,33 Ohm до 10 Ohm. Колкото по-ниско е съпротивлението, толкова по-висока е чувствителността. Кондензатор C1 действа като филтър, елиминирайки фалшивото задействане от единични импулси. Резисторите R2 и R3 трябва да имат еднакво съпротивление от 1 до 3 kOhm. Резисторите R4 и R5 също трябва да имат същото съпротивление от 47 до 200 kOhm.

Сензорът може да се захранва от 4 до 12 волта. Резисторът R6 ограничава изходния ток в случай на захранващо напрежение над 5 волта и чувствителен товар на изхода. Изходът на сензора може да бъде свързан към микроконтролер или транзистор, който управлява например реле. Към изхода на сензора може да се свърже и светодиод или волтметър.

Сензорът може да бъде сглобен на печатна платка, чийто чертеж е показан на фигурата:

Пиезоелектричният елемент е свързан през конектора отляво. Проводниците към него трябва да бъдат усукани заедно.

Сензорът се основава на пиезоелектричен елемент от звуков излъчвател ZP-2, ZP-4 или ZP-5. Обща формасензор (отстрани) е показан на фиг. 1, а. Пиезоелектричен елемент 2 на една от плочите е запоен към фолийната подложка печатна електронна платка 1. Към горната плоча на пиезоелектричния елемент 2 съгласно фигурата запоете стойка 4, огъната под формата на буквата L от ластик метална жицас диаметър 0,5 мм. Изглед на стълб 4 по стрелка А е показан на фиг. 1.6. Краката и седлото на стойката трябва да бъдат предварително калайдисани.

Конзолата 3 е огъната от същата жица и към единия й край е здраво закрепен товар 5 с тегло 10...15 g от олово или спойка. След това конзолата е запоена в единия край към платката и приблизително в средата - към седлото на стелажа 4.

За да избегнете откъсване на горния капак от пиезоелемента, преди запояване на конзолата, той е леко огънат, така че след монтажа на място да създаде прекомерна притискаща еластична сила върху пиезоелемента. Размерите на частите на сензора не са важни, така че те не са показани на фиг. 1. Запояването трябва да се извършва с нискотопим припой.

Изводите на сензора са фолиева подложка, към която е запоен пиезоелектричен елемент и конзолна основа, запоена в платката. Дъската е фиксирана на повърхността,

чиято вибрация трябва да се контролира. Когато тази повърхност механично вибрира, на клемите на датчика се появяват няколко слаби импулса с продължителност 3...15 ms.

За да се усилят тези импулси и да им се придаде формата, необходима за по-нататъшна обработка, сигналът от сензора се подава към входа на усилвателя на форматора (виж диаграмата на фиг. 2). Операция Wuxi

Ограничителят DA1 работи в режим на максимално усилване, а транзисторът VT1 работи в режим на превключване. Диодът VD1 увеличава мъртвата зона на транзистора с напрежението на прекъсване.

Операционният усилвател, заедно с диод и транзистор, образуват компаратор на напрежение, характеризиращ се с ниска консумация на енергия. Прагът на реакция на компаратора се задава чрез подстригващ резистор R2. Ако амплитудата на отрицателната полувълна на сигнала на сензора е по-малка от напрежението на резистора R2, транзисторът VT1 остава затворен и изходното напрежение е нула.

Механичното възбуждане на сензора води до появата на изхода на формирователя на няколко правоъгълни импулса с продължителност 3...15 ms, чиято амплитуда е подходяща за директно въвеждане в цифров анализатор, направен на CMOS микросхеми. Най-простото такова устройство, способно да подчертае полезен сигнал от фона фалшиви положителни резултати, е брояч (001 на фиг. 2), периодично нулиран на вход R чрез импулси електронен часовникили специален генератор. Аларма - Напрежение високо ниво- ще се появи на изхода само когато броят на импулсите на входа на брояча в интервала между два съседни импулса за нулиране достигне определено число, зададено от ключ SA1 (на фиг. 2 е настроен на осем).

Ако не се занимавате с решаването на проблема с елиминирането на фалшиви сигнали, тогава сигналът от колектора на транзистора VT1 може да бъде приложен директно към входа на блока за генериране на алармен сигнал.

Опитът показва, че сензорът практически не реагира на звукови сигнали, разпространяващи се в него въздушна среда. Чувствителен предимно към нормалната компонента на вибрациите, той също така доста добре възприема смущенията, лежащи в равнината на пиезоелектричния елемент, очевидно поради възникването на реакция в точките на закрепване на стойката. По този начин сензорът реагира на вибрации с произволна ориентация. Токът, консумиран от усилвателя-форматор в режим на готовност при захранващо напрежение 9 V, не надвишава -18 μA, при 5 V - 10 μA.

Източник: РАДИО 12/94

Тази статия описва дизайна на сеизмичен сензор-детектор, който е чувствителен електронен блок, способен да открива дори много слабо ниво на вибрации в земната кора.

Дизайнът на сеизмичния детектор използва пиезоелектричен сензор за вибрации, който е много чувствителен към вибрации и удари. Тази схема може да се използва за откриване на треперене на различни обекти, вибрации, възникващи в земната кора, или като неразделна част от система за сигурност.

Описание на работата на сеизмичен детектор на базата на пиезоелектричен елемент

Както бе споменато по-горе, основният елемент, който е чувствителен към вибрации, е обикновен зумер (пиезоелектричен елемент). Доста често се използва в устройства, предназначени за откриване на вибрации и удари, например в аларми за сигурност на велосипеди. Предимството на схемата е не само нейната ниска цена, но и лекотата на инсталиране на сензора, често просто чрез залепването му към контролираната повърхност.

Чипът DA1 е операционен усилвател от типа LM741, предназначен да усилва слаби сигнали от пиезоелектричен елемент. Усиленият сигнал от изхода на операционния усилвател преминава през резистор R6 към основата на транзистора VT1. В резултат на това транзисторът се отваря и на вход 2 на таймера NE555 се появява сигнал с ниско ниво (по-малко от 1/3 от захранващото напрежение).

Таймерът NE555 е базиран на класически стендбай мултивибратор, който се задейства от слаб сигнал на пин 2. В резултат на стартирането на мултивибратора, на изхода му (пин 3) се появява сигнал, включващ зумер (с вграден -в генератор) и светодиодът светва.

Продължителността на сигнала се определя от елементите на RC веригата (R8 и C2). Със стойностите, показани на диаграмата, този период е приблизително 3 минути. След това време устройството се връща в първоначалното си състояние.

Детектор за вибрации

Такова устройство може да засече всякакъв вид механични вибрации и може да се използва за решаване на различни ежедневни проблеми. За да постигнем този сензор, използвахме малки пиезоелектрични дискове, които се съдържат в зумерите. Ще намери приложение в алармени системи или в системи за сигурност Сервизни системи. Идеята за тази среща се роди от разочарованието на част от обитателите на сградата, паркирали колите си на тяхно място, оказвали се сутрин твърде често с вдлъбната каросерия и разбира се без никакви - . или индикации за самоличността на нарушителя въпреки факта, че решиха да засрамят наемателя на безскрупулния глупак, който купуваше място за извършване на тромавите си маневри за сметка на съседните превозни средства, те решиха да инсталират чувствителни към вибрации вериги на таблото. Така, в продължение на няколко нощи, те откриха, че обезроговецът на непокаяния лист не е никой друг, а синът на наемателя, млад шофьор, който се връща в ранните часове на дискотеката, малко пиян, изгубил разсъдък напоследък.Придоби геометрията на паркингите и особено вероятно не се е научил от отговорност в ущърб на другите. оригинална защита против кражба ТАЗИ верига е чувствителна към вибрации може да се използва НЕ само: За да бъдете незабавно уведомени, ако някой удари вашата паркирана кола или мотоциклет, но ако скитник се опита да разбие вратата на къщата ви. Ще ви кажем какво използвахме за обслужване на детектора (или сензора) към вълнуващото вибрационно реле за управление на стола: сирена или друг елемент, който може да се управлява от реле. Малкият пиезодиск вътре в пиезоелектричните зумери е малък диск (3 и 4) за предаване на звук, когато се прилага към клемите на акустична честота. Тези малки дискове могат да работят и в обратна посока, т.е. ако се вибрират механично, те могат на своите терминали да съберат BF СИГНАЛ от приблизително 20 mV. Тази функция, електрическият сигнал, получен чрез пиезоелектрична вибрация с нашите капсули, се използва в "пикапа" (въртящи се глави), за да контролира звуците, когато върхът им сканира жлеба на диска. черен Уверяваме ви предварително, че: За да получите този малък пиезоелектричен диск, ще трябва да купите скъп зумер и след това да го унищожите, за да премахнете скъпоценния малък диск: на. Всъщност наличен ли е и само евтин? Как да вибрираме този малък диск в ТОЗИ малък вибриращ диск, заварен, откъм лицето му е изцяло изработен от месинг, твърда тел, желязо или месинг, с диаметър 2 mm и дължина 70 mm (3 и 4). След това вкарайте свободния край на проводника в 3-полюсен клемен блок, действащ като "противотежест" за прехвърляне на вибрациите, открити към пиезоелектрическия диск. Предаваният електрически сигнал се приема от този диск от страната, където повърхността е напълно бяла и за това е необходимо краят на медния проводник, свързан към инвертиращия вход на операционния усилвател IC 1-a, да се завари през 10 kOhm резистор R3 (1 и номера 5). Противоположната страна, чиято повърхност е изработена от месинг, е свързана към неинвертиращия + IC1 конектор-A и се захранва от положително напрежение от 6 V на клемите на резистора и R1 R2. Диаграмата на свързване, която вече обсъдихме, електрическият сигнал, генериран от трептенията, събрани от двете страни на пиезоелектричния диск, се подава към входните щифтове на първия операционен усилвател IC 1-заряд, усилен приблизително 100 пъти (Фигура 1). Усиленият изходен сигнал от пин 7 на IC1-A се коригира от силициевия диод DS1 и постояннотоковото напрежение се използва за зареждане на електролитния кондензатор C5, разположен на инвертиращия вход на втория операционен усилвател IC1-B. Неинвертиращият вход на същия противоположен IC1-B е свързан чрез резистор R8, R6 към тример за управление на курсора на чувствителността. Всеки път, когато пиезоелектричният диск получи вибрации, LED DL1. свързан към изходен щифт 1 на IC1-B лампи Светлинен импулс Между този индикатор, през кондензатор C6, в щифт 2 на IC2 интегрална схема NE555 монтиране на моностабил. Всеки импулс на входния PIN код 2 на IC2 се отвежда към щифт 3 на положителното напрежение, поляризационната база на NPN транзистора TR2, поставя IT в проводимост, която възбужда релетата, свързани към неговия колектор. : При захранване на релето светва LED DL2, свързан паралелно на бобината на релето. Веригата се състои от резистори R12, R16, R17, C9 електролитни кондензатори и диоди DS2, DS3, DS4, служи за избягване на това, че когато релето се освободи, механичните вибрации се откриват от пиезоелектричен диск, възбуждайки отново. тример R14, свързан към щифтове 6 и 7 за поддържане, се използва под напрежение на релето от 2 секунди до 2 минути. Транзистор TR1, колекторът е свързан към пин 4 на IC2, за да задържи нулирането, осигурява интегралната схема за приблизително 10 секунди, всеки път, когато се сглобяваме под напрежение. Това е необходимо, за да избегнем контрола на детектора, преди да можем да си тръгнем. и врати Затваряне на колата Всичко Може да се захранва от стабилизирана верига 12 V. Фигура 1:. детектор на вибрации Верига на малки пиезоелектрични дискове, сигналът, създаден от някаква механична вибрация, се взема и се прилага към два входни извода на операционния усилвател IC1-A (5 и 6.) Фигура 2: нашата снимка. Вибрационен детектор Фигура 3: Изцяло медна страна на малък диск, запоете твърд проводник с диаметър 2 mm и дължина приблизително 70 mm. Фигура 4:. в края на проводника ще бъде фиксирана противотежест (клемен блок) за прехвърляне на вибрации към пиезоелектрическия диск от фиг. 5A. Реализация на компоненти на веригата на датчика за вибрации. Малкият диск на пиезоелектрическата капсула се вкарва в слота близо до спойка R3, след което върху „бялата“ област на най-малкия диск запоете края на медния проводник, за да вземете сигнала. Фигура 5b Чертежи в мащаб на 1 двустранна печатна платка с галванизиран сензор с проходен отвор. вибрации. Странични компоненти Фигура 5c: Чертежи в мащаб 1 двустранна печатна платка с галванизирани отвори за вибрация на СЕНЗОР. . списък на частите от страната на спойка R1 = 10 kW R2 = 10 kW R3 = 10 kW R4 = 1 M R5 = 1,5 kW R6 = 1 kOhm тример R7 = 2,2 kW R8 = 10 kW R9 = 1 M R10 = 1 MOhm R11 = 1 kOhm R12 = 10 kW R13 = 22 kW R14 = 1 M тример R15 = 10 kW R16 = 47 Ω R17 = 3,9 kW R18 = 10 kW R19 = 22 kW R20 = 47 kW R21 = 47 kW R22 = 1 kOhm C1 = 100 nF полиестер C2 = 10 µF електролитен C3 = 1,5 nF полиестер C4 = 10 µF електролитен C5 = 2 2 µF електролитен C6 = 100 nF полиестер C7 = 100 µF електролитен C8 = 10 nF полиестер C9 = 100 µF електролитен C10 = 100 uF електролитен C11 = 10 0 nF полиестер DS1 = 1N4148 диод DS2 = 1N4148 диод DS3 = 1N4148 диод DS4 = 1N4148 диод DS5 = 1N4148 диод DS6 = 1N4007 диод DL1 = LED диод DL2 = LED диод TR1 = NPN BC 547 TR2 = NPN BC547 IC1 LM358 Интегриран = IC 2 = вграден NE555- в RELAY1 = 12V 1RT реле Фигура 6:. Снимка на прототипа на СЕНЗОР ЗА ВИБРАЦИЯ СЛЕД запояване на малък диск в слота. верига, трябва също така да фиксираме края на проводника на противотежестта и за това използваме 3-полюсен клемен съединител Фигура 7: Пин изходи на две интегрални схеми и LM358 NE555 if. погледнато отгоре и със знака U-клавиш вляво Pinout на транзистора BC547, видим отдолу и светодиода (дълъг крак на анода) Фигура 8: Диаграма на изпълнение, показваща компонентите, този път малкият диск е поставен и заварен в гнездото и поставете противотежестта нагоре (3-полюсен терминал тук, но друг предмет ще направи, например гайка или "задвижване" на уплътнението). практическа реализация върху печатни платки с двойни едностранни метализирани проходни отвори, е необходимо да се монтират всички компоненти, както е показано на фигура 5. Препоръчваме да започнете с носители на интегрални схеми IC1 IC2 и след запояване на всички щифтове, продължете с резистори, като контролирате добре тяхната стойност . лявата страна на печатната платка, поставете тример R6 1K ома. В центъра поставете тримера R14 до 1 MΩ. След това можете да започнете да поставяте и заварявате диодите DS1 DS6 към водещия пръстен с гаечен ключ, както е показано на фигура 5. След тези компоненти монтирайте полиестерните кондензатори и електролитните кондензатори, като спазвате, разбира се, полярността на последните. поставете и запоете два транзистора TR2 TR1 и без да режете краката им, като ги насочите плоски по добър начин, винаги показан на Фигура 5. в края поставете и запойте още и двата терминала, съседни на него, и след това поставете двата чипа в : техните гнезда с техния маркиращ ключ U сочат в правилната посока, както е показано на Фигура 5. LM358 (IC1) маркиращ ключ отдясно и NE555 (IC2) марка на тялото отляво (лицето на локаторите с два маркера) Това устройство може да бъде скрит в кола или в къща, при нас, за да отидете планирано Няма жилище (но можете да осигурите такова). В допълнение, светодиодите могат да бъдат вмъкнати директно върху печатната платка от полярността: техните крака, за да завършите вибрационния детектор, просто трябва да поставите в гнездото, предоставено на печатната платка близо до R3, пиезоелектрическия диск и да запоите от двете страни, както е показано на Фигура 8. на От другата страна на диска, лицето „бяло“, запоете тънка медна жица, отиваща към отвора близо до R3 (Фигура 5). Когато използвате емайлиран проводник, не забравяйте, че преди да го заварявате, надраскайте изолационния емайлов слой с нож или шкурка, в противен случай спойката НЯМА да влезе в контакт и НЯМА да направи контакт. Решихме да вмъкнем пиезоелектричен диск директно във веригата, но той може също така да осигури отделна верига за един диск: след това можете да поставите този сензор за дистанционно управление, например, в багажника на кола или във врата, като го фиксирате с подови петна с всякаква сложност. За да се пренесе задвижващият сигнал към печатната платка, може да се използва малък екраниран кабел, където оплетката е свързана към следата към неинвертиращия вход на IC1, а сърцевината пренася сигнала към следата от входното съпротивление R3. Настройка и тестване СЛЕД като инсталацията приключи, трябва да настроите тримера за чувствителност R6 и закъснението на тримера, като зададете времето за релето. R14, нямате нужда от измервателно устройство, за да направите това:. малка отвертка е достатъчна, за да започнете, завъртете наполовина CURSOR две и тримери R6 R14 Оплакайте се след това поставете сензор за вибрации и на масата захранвайте 12 V. подобни документи и десет секунди с дръжката на отвертката, почукайте по масата, за да незабавно вижте светлината dl1 и в същото време DL2 показват релейно вълнение. Ако това не се случи, трябва просто да завъртите R6 трим курсора по начин, който увеличава чувствителността. Ако обаче веригата е твърде чувствителна, трябва да завъртите тримера в обратна посока. когато се постигне необходимата чувствителност, трябва само да регулирате с помощта на плъзгача R14 времето за активиране на аларменото реле (например, задейства се сирена). Така вашата система е в изправност.