ДАТЧИК СОТРЯСЕНИЯ – СДЕЛАЙ САМ

June 8, 2014 by admin Комментировать »

Среди многочисленных датчиков состояния встречаются приборы, поражающие подчас своими конструктивными особенностями. Однако при разработке датчиков прежде всего учитываются, как правило, более «прозаические» параметры: компактность, высокая чувствительность, надежность, т.е. высокий коэффициент наработки до отказа, минимальное количество механических частей, универсальность применения, широкий диапазон рабочих температур и напряжения питания, отсутствие влияния на другие узлы устройства, минимальное потребление тока и др. Еще одна электрическая схема из серии датчиков воздействия — датчика сотрясения — представлена на Рис. 4.10.

Рис. 4.10. Электрическая схема датчика сотрясения

Элементы схемы и их назначение

Особенность схемы заключается в необычном сочетании микросхемы-компаратора DA1 с индуктивным датчиком L1.

Индуктивный датчик L1. Катушка датчика навита на круглый пластмассовый каркас от резонансных катушек радиоприемника

ВЭФ-202 или аналогичных диаметром 8 мм. Обмотка выполнена внавал проводом ПЭЛ-i диаметром 0,6 мм и содержит 150 витков. Ферритовый сердечник из каркаса не вынимается и перед первым включением схемы располагается в середине свободного хода внутри каркаса. Напротив катушки L1 на расстоянии 1…2 мм помещается кусочек феррита круглой или прямоугольной формы размером 4×9 мм. Феррит крепится на специальных подвесках из эластичной резины так, чтобы при сотрясении он вибрировал на свободном расстоянии до каркаса катушки L1.

Переменный резистор jRt. Тип резистора — СПО-1, СПЗ-ЗОВ, СПЗ-12В (или подстроечный, типа СП5-28В, СПЗ-1ВБ (оба многооборотные). Главное при выборе типа этих резисторов, чтобы они имели линейную характеристику изменения сопротивления. При необходимости достижения узлом максимальной и нерегулируемой чувствительности этот резистор из схемы исключается, а средний вывод, показанный на схеме, соединяется с верхним (Рис. 4.10) выводом катушки L1.

Включенный как регулятор-ограничитель тока, переменный резистор Ri позволяет регулировать чувствительность датчика. Максимальная чувствительность узла соответствует верхнему (Рис. 4.10) положению движка резистора ϋχ. При отсутствии механических воздействий на датчик через катушку L1 протекает постоянный ток, величина которого составляет доли микроампера.

Ограничительный резистор R7. Защищает микросхему от перенапряжения источника питания и обратного случайного включения Упит. Тип резистора — МЛТ-0,5. Все остальные постоянные резисторы типа МЛТ-0,25.

Оксидный конденсатор Не пропускает постоянную составляющую напряжения на вход компаратора (вывод 2). Конденсатор фирмы Hitano, ESP, их аналог или отечественный типа К50-29, К50-35.

Оксидный конденсатор С3. Сглаживает пульсации напряжения. Конденсатор фирмы Hitano, ESP, их аналог или отечественный типа К50-29, К50-35.

Индикаторный светодиод HL1. Тип светодиода — L63SRC, КИПД14А, КИПД-36, L1503SRC-C, КИПД41Б1-М или аналогичные с током до 10 мА.

Транзистор VT1. Любой серии КТ503 или аналогичный.

Выпрямительный диод VD2. Может быть заменен диодами КД213, КД105, Д202 или аналогичными по электрическим характеристикам с любым буквенным индексом.

Остальные диоды типа КД521, КД522, Д311, Д220 с любым буквенным индексом.

Выходное напряжение для управления устройствами нагрузки (исполнительными элементами и последующими электронными узлами) можно снимать между выводами +V„u FBbIx. Тогда в спокойном состоянии датчика напряжение на выходе узла будет стремиться к нулю, а при механическом воздействии принимать значения, близкие к напряжению источника питания (12 В).

Баланс напряжения между инвертированным и неинвертирован- ным входом компаратора (выводы 1 и 2) не нарушается, поэтому на выходе компаратора (вывод 7) присутствует напряжение низкого уровня. Индикатор состояния узла — светодиод HL1 не светится, и напряжение в базе транзистора VT1 недостаточно для его открывания. Между общим проводом и выходом (Ивых) разность потенциалов (напряжение) близка к напряжению источника питания.

Метод подключения выходных контактов выбирается самостоятельно в каждом конкретном случае. Если нет необходимости в дополнительных исполнительных узлах, резистор Rl0 в цепи коллектора транзистора VT1 заменяется электромагнитным реле на напряжение 8…12 В с током срабатывания не более 100 мА. При токе срабатывания реле более 100 мА, учитывая возможно длительный характер работы реле во включенном состоянии, потребуется заменить транзистор VT1, исполняющий роль усилителя тока, более мощным, например любым из серии КТ815.

В случае замены резистора 1?10 слаботочным электромагнитным реле рекомендации по выбору последнего такие: FRS10C-03, TRU-12VDC-SB-SL, TTITRD-9VDC-FB-CL, Relpol RM85-2011-35-1012, РЭС-22 (исполнение РФ.4.523.023-01) или аналогичные. При выборе реле следует учитывать ток и напряжение коммутации. Все указанные здесь типы реле коммутируют ток до 3 А при напряжении до 250 В.

При незначительном сотрясении датчика (ферритового сердечника) вблизи катушки L1 в ней кратковременно создается ЭДС электромагнитной индукции, возникает ток и напряжение, равное нескольким десяткам микровольт. Скачок напряжения (импульс) беспрепятственно передается через оксидный конденсатор С% и ограничительный резистор R2 на вход компаратора DA1.

Компенсационные цепочки в разных плечах компаратора, состоящие из элементов VD1, R5, R6 и VD4, Rl2, настроены таким образом, что даже такого минимального сигнала, вносящего дисбаланс в напряжение на входах компаратора, оказывается достаточно для срабатывания внутренней схемы сравнения напряжения и появления на выводе 7 напряжения высокого уровня, которое включает светодиод HL1, сигнализирующий о воздействии на датчик. Пройдя через ограничительный резистор R$, напряжение детектируется диодом VD3 и через ограничительный резистор Rg поступает в базу транзистора VT1. В момент появления напряжения на выводе 7 микросхемы DA1 начинает заряжаться оксидный конденсатор С4. Он включен в схему, для того чтобы обеспечить плавную задержку выключения узла (на 2…3 секунды), иначе включение нагрузки будет напоминать «дребезг» контактов и носить хаотичный характер.

Благодаря оксидному конденсатору С4 транзистор VT1, который открылся от импульса напряжения, закроется только через 2…3 секунды после окончания управляющего импульса. Если емкость этого конденсатора увеличить до 50 мкФ, задержка выключения узла составит единицы минут. Это может оказаться полезным при решении определенных задач, стоящих перед радиолюбителем-конструктором. Например, такая задержка будет уместна, если реле, включенное вместо резистора i?10, в свою очередь будет включать охранную сирену.

Поступившее на базу транзистора VT1 напряжение высокого уровня открывает его и изменяет состояние выхода узла: между положительным выводом источника питания и контактом Квых теперь присутствует напряжение источника питания, а между общим проводом и точкой Увых напряжение равно нулю.

При заведомо исправном и стабилизированном источнике питания, а также при питании от батарей (аккумуляторов) элементы С3, R·?, VD2 можно из схемы исключить, так как устройство работоспособно в диапазоне напряжения питания +7…+16 В. Ток потребления в режиме покоя не превышает 5 мА. Однако при использовании устройства в автомобиле и в сочетании с нестабилизированными источниками питания данные элементы выполняют защитную роль и позволяют применять устройство в автомобилях как элемент охраны — датчик сотрясения (удара). ,

Узел не требует наладки.

Элементы сборки

Элементы схемы компактно монтируются в пластмассовом корпусе и жестко прикрепляются к контролируемой поверхности. Этому способствует «моментальный» клей или «липучка».

Возможности использования рекомендуемого датчика практически не ограниченны, так как это простой и вместе с тем чувствительный и надежный узел контроля сотрясений и ударов. Он может быть прототипом датчика удара в автомобилях, работать в составе охранной сигнализации. В этом случае корпус датчика закрепляется на косяке дверной коробки или двери охраняемого помещения. Кажущаяся сложность изготовления датчика и катушки L1 не более чем миф. Практика испытаний устройства показала, что даже при удалении феррита от каркаса L1 на расстояние до 5 мм датчик уверенно срабатывает от сотрясения и качения феррита вблизи катушки. Это достигается в результате высокой чувствительности компаратора DA1 на микросхеме LM358N. Кроме указанной микросхемы, можно применить ее аналоги — LM358, С358С, НА17358, а также аналоги этого популярного компаратора, выпускающиеся другими фирмами. Отечественные микросхемы аналоги компаратора – К1401УД5А…К1401УД5Б, К544УД8А…К544УД8Б, КР1040УД1А, КФ1053УД2(А). При применении микросхемы К544УД8А…К544УД8Б чувствительность узла несколько меньше, и придется изменить подключение выводов микросхемы. Кроме того, в качестве феррита прямоугольной формы можно использовать кусочек обыкновенного магнита.

Источник: Кяшкаров А. П., Собери сам: Электронные конструкции за один вечер. — М.: Издательский дом «Додэка-ХХ1», 2007. — 224 с.: ил. (Серия «Собери сам»).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты