Sensore piezo in antifurto

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L'elemento principale del sensore è un elemento piezoelettrico, integrato da un trasduttore inerziale. Il design del sensore è mostrato in fig. 1. Un emettitore piezoelettrico acustico 1 con rivestimento aperto è fissato alla scheda a circuito stampato 4, a cui è saldato un supporto di filo a forma di M 3. Ad esso è saldato un raggio elastico 2, un'estremità del quale è appiattita, piegata in un semicerchio e saldato alla scheda 1, e un carico è fissato sull'altro 5.

Fig. 1

Nella copia dell'autore del sensore, il raggio era fatto di filo di acciaio con un diametro di 0,8 mm (graffetta), la sua estremità appiattita aveva uno spessore di 0,2 ... 0,25 mm, il carico 5 era un cubo di piombo del peso di 3 g. L'esperimento ha mostrato che la frequenza di risonanza di un tale convertitore Fpez = 23 Hz.

Questo design converte le vibrazioni del carico in una pressione variabile sull'elemento piezoelettrico. Il trasduttore risponde a brevi shock e shock con oscillazioni smorzate esponenzialmente (con frequenza Fpez) della tensione sull'elemento piezoelettrico (Fig. 2), la cui ampiezza iniziale Ua dipende dalla forza agente. Se questo segnale viene applicato a uno degli ingressi del comparatore e al secondo viene applicata la tensione (soglia) esemplare Up, alla sua uscita si formerà un "pacchetto" di durata Tp da N = impulsi Frez-Tp.

Fig. 2

Ovviamente, con scariche e scariche deboli e rare, all'uscita del comparatore verrà generato un numero di impulsi inferiore rispetto a quelli forti e frequenti, e con attività elevata (criminalità?) può superare un certo limite. In fig. 1.

Fig. 3

Un comparatore è assemblato su un amplificatore operazionale di micropotenza DA1, la sua soglia di commutazione Up è impostata da un resistore di sintonia R4. A riposo, la tensione sull'ingresso invertente dell'amplificatore operazionale DA1 supera la tensione su quello non invertente di 0,3 ... 3 mV, quindi alla sua uscita viene impostato un livello basso - log. 0.

Quando sull'elemento piezoelettrico B1 appare una tensione alternata con un'ampiezza sufficiente per commutare l'amplificatore operazionale DA1, alla sua uscita si forma un "pacchetto" di impulsi che, dopo essere stato invertito dall'elemento logico DD1.3, andrà a l'ingresso C del contatore DD2 e l'ingresso del singolo vibratore (pin 6 DD1.1), montato sugli elementi DD1.1, DD1.2. Questo vibratore singolo genera un impulso con durata Tact = 0.7*С1*R8 = 7 s, che imposta l'intervallo di tempo per il funzionamento attivo del sensore - la durata del ciclo di conteggio degli impulsi. Al termine di questo intervallo si forma un breve impulso (t = 1.4 * R0.7 * C9 = 3 ms) all'uscita dell'elemento DD14, azzerando il contatore DD2.

Poiché il segnale di livello logico alto (allarme) all'uscita del contatore 2P DD2 si verifica solo con la ricezione del 2p-esimo impulso nel contatore, la soglia del sensore dipende da quale delle uscite di questo contatore è abilitata. Se ciò avviene come mostrato in Fig. 3, allora si verificherà l'allarme all'"Uscita 1" quando il 2° impulso arriva all'ingresso C del contatore DD64. Un'altra uscita del sensore ("Output 2") - lo scarico aperto del transistor ad effetto di campo VT1 - consentirà di collegare un carico ad esso dotato di una propria fonte di alimentazione.

Tutti gli elementi sono montati su un circuito stampato in fibra di vetro a doppia faccia con uno spessore di 1,5 mm, il cui disegno è mostrato in Fig. 4. Parte della lamina sul lato dell'installazione degli elementi viene utilizzata come filo comune. I collegamenti ad esso terminali "a terra" di resistori, condensatori e altre parti sono mostrati con punti neri. Cerchi protettivi con un diametro di circa 2 mm devono essere incisi su questa lamina nei punti in cui vengono saltati i conduttori degli elementi (non mostrati in Fig. 4). Le giunzioni delle sezioni metallizzate del primo e del secondo lato della scheda sono rappresentate da quadrati neri con un punto luminoso al centro.

Fig. 4

Vengono utilizzati resistori fissi: R8 - KIM, C3-14, il resto - MLT, C2-23, resistore di sintonia - SPZ-19a. Il condensatore di ossido viene importato con una bassa corrente di dispersione, il resto è KM-6, K10-17. Elemento piezoelettrico B1 - emettitore acustico ZP-19. La sua base è saldata a cuscinetti di contatto appositamente progettati sulla scheda. Per evitare che il carico tocchi la scheda, è possibile praticare un ritaglio al suo interno (mostrato in linea tratteggiata in Fig. 4). La tavola assemblata viene installata in una scatola di latta da sotto i cubetti di brodo e fissata con viti in tre punti. In questo design, il sensore avrà dimensioni complessive di 82x35x15 mm.

Ma da quale delle uscite del contatore DD2 dovrebbe essere tolto l'allarme e quale dovrebbe essere l'intervallo di tempo per il funzionamento attivo del sensore Tact? Prima di tutto, la condizione deve essere soddisfatta.

Fpez*Tact > 2 alla potenza di n, dove 2 è il nome dell'uscita del contatore DD2. In caso contrario, l'allarme di uscita del sensore non si verificherà anche se l'elemento piezoelettrico è continuamente eccitato. Per le valutazioni degli elementi indicati sul diagramma, questa condizione è soddisfatta, perché.

Frez * Cycle = 23 * 7 = 161, e l'uscita del sensore potrebbe essere una qualsiasi delle quattro uscite del contatore DD2: 2 alla potenza di 4, 2 alla potenza di 5, 2 alla potenza di 6 o 2 alla potenza di 7 (2 alla potenza di 7 = 128 < 161). La sensibilità più alta (e anche alle interferenze) avrà un sensore in cui il segnale di allarme viene rimosso dall'uscita 2 alla potenza di 4 e il più immune al rumore - dall'uscita 2 alla potenza di 7.

Se il sensore deve rispondere a impatti singoli a breve termine, anche l'intervallo Tact dovrebbe essere ravvicinato. Ma se non esiste tale restrizione, si consiglia di aumentare il Tact. Ciò è dovuto al fatto che all'aumentare di Tact, diminuisce la probabilità che si verifichi un falso allarme. Ma la soluzione circuitale utilizzata qui consentirà di aumentare il Tact solo fino a 35 ... 40 s, poiché, come ha dimostrato l'esperienza, la resistenza del resistore R8 non deve essere superiore a 30 MΩ e la capacità massima del condensatore C2 (ceramica o pellicola) di solito non supera i 2,2 μF. L'uso di un condensatore di ossido è indesiderabile, poiché la sua corrente di dispersione è molto superiore a quella di uno ceramico. La soglia per il comparatore è impostata da una resistenza di trimming R4.

Con uno shock "morbido", l'ampiezza del segnale sull'elemento piezoelettrico potrebbe essere troppo piccola, quindi un aumento significativo della sensibilità del sensore a tali shock può comportare una diminuzione di Fres. Ciò può essere ottenuto aumentando il peso del carico. L'esperimento ha mostrato che con una massa di carico di 5, 9 e 15 g, la frequenza di risonanza era rispettivamente di 18, 13 e 9 Hz.

L'"uscita 2" potrebbe essere richiesta non solo per coordinarsi con un sistema di sicurezza "estero". È adatto anche per il controllo diretto di un carico potente, come un dispositivo di segnalazione acustica (sirena) o una lampada a incandescenza. In fase di configurazione, a questa uscita può essere collegato un dispositivo di segnalazione sonora a bassa potenza con un generatore incorporato, ad esempio HPM14AX. Il consumo energetico estremamente basso in modalità standby consente l'utilizzo di una batteria galvanica al litio di piccola capacità per l'alimentazione. Sopravviverà, molto probabilmente, al sistema di sicurezza stesso.

Pubblicazione: radioradar.net

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