Sensore acustico di movimento. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
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Il funzionamento di molti sistemi di allarme di sicurezza si basa su un principio molto semplice: non dovrebbe esserci movimento nell'area protetta nelle ore dispari. Per rilevarlo, la stanza viene "riempita" di radiazioni, molto spesso radio o acustiche. Dopo essere stati ripetutamente riflessi dalle pareti e dagli oggetti della stanza, i raggi raggiungono il ricevitore. Qualsiasi cambiamento della situazione provocherà una modulazione del segnale ricevuto, che verrà registrato dal sensore.
I sensori acustici (ultrasonici) di questo tipo presentano un vantaggio abbastanza significativo rispetto a quelli che utilizzano le onde radio: non emettono nulla nell '"etere" e non richiedono autorizzazioni per l'installazione e il funzionamento. Ai lettori viene offerta la descrizione di uno di questi sensori, relativamente semplice e abbastanza sensibile da proteggere una stanza fino a 20 m2.
A differenza dei sensori acustici, la cui descrizione è stata precedentemente pubblicata sulla rivista "Radio" [1 - 3], quello proposto funziona secondo un principio leggermente diverso, protetto da brevetto [4].
Principali caratteristiche tecniche
- Frequenza del suono, kHz ...... 10
- Potenza acustica irradiata, mW, non di più......5
- Tensione di alimentazione (costante), V......10...16
- Consumo energetico in modalità standby, mW......120
- Dimensioni, mm......150x50x30
Il circuito di uscita è a contatti “puliti” del relè; inoltre l'attivazione è segnalata dall'accensione del LED.
Lo schema del dispositivo è mostrato in fig. uno.
(clicca per ingrandire)
Un microfono piezoelettrico VM1.1 è collegato all'ingresso dell'amplificatore sugli amplificatori operazionali DA1.2 e DA1 e un emettitore sonoro piezoelettrico BF1 è collegato all'uscita. Di conseguenza, l'amplificatore è coperto da un feedback acustico attraverso un volume di gas controllato, a causa del quale si verificano auto-oscillazioni nel sistema. La loro frequenza dipende dalla risposta in frequenza e dalla risposta di fase degli elementi (principalmente microfono ed emettitore) e dalle proprietà acustiche dell'area protetta. L'ampiezza dell'oscillazione è mantenuta costante da un sistema AGC costituito da un rilevatore sui diodi VD2, VD3 e un amplificatore su uno degli elementi del microcircuito DA2 K176LP1. Gli elementi di controllo AGC sono singoli transistor ad effetto di campo situati nello stesso microcircuito, le cui sezioni drain-source sono incluse nei circuiti di feedback locale delle cascate sugli amplificatori operazionali DA1.1 e DA1.2.
Se un oggetto (intruso) si muove nella zona sensibile del sensore, l'attenuazione e il ritardo delle onde acustiche riflesse da esso cambiano, il che porta a una variazione dell'ampiezza delle oscillazioni generate dal sensore. I circuiti R7C10 e R6C1C6 impostano le caratteristiche di frequenza del circuito AGC, necessarie per il funzionamento stabile del sensore in varie condizioni, monitorando efficacemente i cambiamenti nell'ampiezza del segnale.
La componente di tensione alternata all'uscita dell'amplificatore AGC, causata dal movimento, viene alimentata all'ingresso del comparatore DA1.3. La soglia di risposta è impostata dal resistore di regolazione R8. Il LED HL1 è collegato all'uscita del comparatore tramite un amplificatore buffer costituito da due elementi collegati in parallelo del microcircuito DD1, che lampeggia per indicare il movimento nell'area protetta.
Inoltre, il segnale proveniente dalle uscite degli elementi DD1.1 e DD1.2 attiva un monostabile sugli elementi DD1.3 e DD1.4, i cui impulsi aprono l'interruttore sul transistor VT2, provocando il funzionamento del relè K1. Il generatore one-shot genera impulsi solo se l'ingresso 13 dell'elemento DD1.4 è un livello logico alto. Grazie al circuito R14C16 questo livello verrà raggiunto solo qualche tempo dopo l'accensione, dando la possibilità al sensore di entrare in stato stazionario senza generare allarmi.
Se gli impulsi di allarme vengono ripetuti troppo spesso, il condensatore C16 viene scaricato attraverso il resistore R16 e il diodo VD5, che blocca l'avvio del monovibratore e impedisce il funzionamento non necessario del relè K1. Ciò consente di ottenere risparmi significativi nella durata del relè e nel consumo energetico.
Lo stabilizzatore di tensione di alimentazione è costruito secondo un circuito alquanto insolito con un transistor di regolazione VT1 nel circuito negativo, che ha permesso di ridurre il numero di parti nel dispositivo. Il diodo VD1 protegge dalla polarità errata del collegamento alla fonte di alimentazione.
L'aspetto del sensore è mostrato in Fig. 2. È assemblato su un circuito stampato inserito in un involucro di materiale isolante, ad esempio polistirolo. Il microfono VM1 e l'emettitore BF1 sono installati sul coperchio superiore dell'alloggiamento, isolati acusticamente dall'alloggiamento e tra loro mediante rondelle in schiuma spesse 3 mm. Maggiore è la distanza tra l'emettitore e il microfono, maggiore è la sensibilità del sensore. Nel progetto dell'autore era 100 mm. La stessa copertura è dotata di foro per il LED HL1.
Gli stessi trasduttori piezoelettrici VUTA-1, prodotti dall'impresa Alfa-Optim (Volgograd), sono utilizzati come BF1 e VM1. È auspicabile sostituirli con quelli a frequenza più elevata e sensibili, ma ciò richiederà alcune modifiche al sensore, cambiando le caratteristiche di frequenza del circuito di autogenerazione.
Il sensore è dotato di condensatori all'ossido K50-35, condensatori ceramici K10-17, resistori MLT-0,125, relè RES55A (passaporto RS4.569.600-01). I transistor KT361B possono essere sostituiti con KT361G, KT361E e altre strutture pn-p in silicio a bassa potenza.
Quando si regola la sensibilità del sensore (con resistenza di regolazione R8), a volte è necessario scambiare i pin 12 e 13 dell'elemento DA1.3 per ottenere il risultato desiderato.
Letteratura
- Will W. Autoguardia a ultrasuoni. - Radio, 1996, n. 1, pag. 52-54.
- Volkov A. Sensore a ultrasuoni per allarmi di sicurezza. - Radio, 1996, n. 5, pag. 54-56.
- Koinov A. Dispositivo di sicurezza ad ultrasuoni. - Radio, 1998, n. 7, pag. 42.
- Guskov V., Guskova M. Un metodo per determinare i cambiamenti nello stato di un volume riempito con un mezzo elastico e dispositivi (opzioni) per la sua implementazione. - Brevetto RF n. 2104494 MKI 6G 01D1/18, dichiarato il 26 gennaio 1995, pubblicato il 10 febbraio 1998
Autori: V.Guskov, V.Sviridov, Samara
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| Notizie casuali dall'Archivio Il principio di indeterminazione in meccanica quantistica
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La meccanica quantistica è alla base della fisica moderna del microcosmo e, nonostante tutta la sua natura paradossale, funziona perfettamente in tutte le sue sezioni conosciute. Da essa si può inoltre dedurre anche la fisica classica (come limite della meccanica quantistica, tendente a zero la costante di Planck h, che determina i fenomeni quantistici). Quindi possiamo parlare dell'universalità delle leggi della meccanica quantistica. Ma, nonostante l'enorme successo, ha un notevole svantaggio. Uno dei capisaldi della meccanica quantistica, il principio di indeterminazione di Heisenberg (ad esempio, l'incertezza nella determinazione della posizione e della quantità di moto), non ha alcuna giustificazione. Naturalmente, il successo pratico è una giustificazione sufficiente per accettare questa regola misteriosa, ma ciò non impedisce ai fisici di cercarne una spiegazione.
I ricercatori dell'Università della California meridionale, il famoso teorico delle stringhe Professor Yitzhak Bars e il suo studente russo laureato Dmitry Rychkov (laureato all'Università statale di Mosca nel 2005), hanno tentato di spiegare l'origine del principio di indeterminazione di Heisenberg derivandolo dalla teoria dei campi di stringhe. Questo risultato è pubblicato in Physics Letters.
Come sapete, la teoria delle stringhe è stata proposta negli anni '1970 per risolvere i problemi della gravità quantistica e del Modello Standard. Il successo della fisica quantistica nel descrivere le tre interazioni fondamentali non gravitazionali porta i fisici all'idea che l'interazione gravitazionale possa essere descritta allo stesso modo. Ma, nonostante la ricerca attiva nel corso di molti decenni, la teoria quantistica della gravità non è stata ancora creata.
La teoria delle stringhe presuppone che l'unità di base della materia sia una stringa microscopica (dell'ordine della lunghezza di Planck di 10-35 m), e non un punto, e che le possibili interazioni della materia siano fusioni o scissioni di queste stringhe. Per quattro decenni, i fisici hanno lavorato in questa direzione. La teoria ha attraversato due rialzi: rivoluzioni e periodi di declino. La difficoltà sta nel fatto che non ci sono dati sperimentali sulla teoria delle stringhe. Gli esperimenti su così piccola scala sono attualmente al di là delle possibilità tecniche della scienza. Per questo motivo, un certo numero di fisici considera persino la teoria delle stringhe solo "trucchi matematici". Il lavoro degli scienziati è supportato dalla speranza di creare una "teoria del tutto", oltre a rispondere a domande inaccessibili al Modello Standard, ad esempio perché quark e leptoni hanno una carica elettrica, un colore e un sapore che li distinguono l'uno dall'altro, come determinare la costante di struttura fine dalla teoria 1/ 137 e un certo numero di altre costanti, ecc.
Ma fino ad ora, i ricercatori hanno ipotizzato che la teoria delle stringhe sia stata creata in conformità con la meccanica quantistica e hanno lavorato solo per utilizzare la meccanica quantistica per provare a testare la teoria dei campi delle stringhe.
Gli autori di questo articolo hanno deciso di fare il contrario. Dopo aver ipotizzato che la teoria dei campi di stringhe fosse corretta, l'hanno usata per cercare di confermare la stessa meccanica quantistica.
In un articolo che riformula la teoria dei campi delle stringhe in un linguaggio più chiaro, Itzhak Bars e Dmitry Rychkov hanno dimostrato che un insieme di principi fondamentali della meccanica quantistica noti come "regole di commutazione" (principi di incertezza) possono essere derivati dalla geometria della fusione e della scissione delle stringhe. Pertanto, invece di accettare le regole di commutazione quantistica come postulato, gli autori le derivano dal processo fisico delle interazioni di stringhe.
Questo risultato può servire come argomento a favore della "fisicità" della teoria delle stringhe. Dopotutto, se con il suo aiuto è possibile spiegare l'origine delle leggi della meccanica quantistica, allora, secondo Yitzhak Bars, questo non solo "potrebbe svelare il mistero dell'origine della meccanica quantistica", ma anche aprire la porta per il riconoscimento della teoria dei campi delle stringhe, o non ancora ampliata la sua variante, chiamata M-teoria, è alla base di tutta la fisica.
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