声学探测器。方案、说明

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文章评论

我们向读者展示一款原创的安全警报传感器，旨在保护室内窗户。

近年来，无线电工程文献中出现了许多有关安全设备的出版物。当然，这并非巧合；财产保护的话题非常相关。

有许多基于各种物理原理的安全装置[1]。所有这些都是为了保护汽车、仓库、办公室、公寓和其他设施而设计的。任何此类设备的一个组成部分是“安全探测器”，这是一种技术工具，可以发出未经授权的入侵信号并生成警报 [2]。

让我们考虑一个特定的例子。假设您需要阻止窃贼通过窗户进入您的公寓。有两种方法可以从窗户进入。第一种是在不打破玻璃盖的情况下打开框架（窗户）的活动部件，第二种是在不打开框架的活动部件的情况下打破玻璃盖（打破、切割、露出玻璃）。

传统上，对于第一种情况的保护，使用磁接触探测器 SMK-1、SMK-3、IO 102-4、IO 102-5、IO 102-6。第二种情况是电接触探测器（铝箔）、“窗口”型表面冲击接触探测器。当然，这些资金不会“装饰”客厅的内部，并会给业主带来额外的问题，例如在清洗窗户时。此外，安全装置的保密问题也没有得到解决。确实，我们仍然可以推荐“玻璃”类型的表面声音探测器，但它们的成本相当高。

声学探测器可以满足许多要求[3]。它们的工作原理如下。 BM1麦克风（图1）接收来自环境的声音信号，将其转换为适当频率和幅度的交流电压，将它们馈送到增益为k的线性放大器，并从其输出到BA1发射器，发生声音逆转换的地方。发射器再现的信号以传输系数β在环境中传播，并与环境声音混合，传输到BM1麦克风的输入端，在BMXNUMX麦克风的输入端再次进行转换、放大等。因此，有麦克风和发射器之间的反馈，通过外部环境关闭。

声学探测器

如果放大器被制成窄带，那么从到达麦克风的声学信号的整个频谱中，发射器将仅再现那些落在放大器频带内的信号。通过选择 10 至 15 kHz 的工作频率范围。可以消除许多音频干扰，这些干扰主要位于 10 kHz 以下的范围内。

从理论上可知，带反馈（自激方式）的放大器件，如果反馈为正（相位平衡），且正向通道传递系数k与反向β的乘积大于或等于，就会发生无阻尼振荡。到统一（幅度平衡），则 kβ> 1。当不满足相位平衡或幅度平衡的条件时，则器件处于稳定状态，即处于线性放大模式。通过改变传输系数β，可以控制所考虑设备的状态。

该原理用于声学探测器的操作。为了保护窗户，麦克风放置在窗户开口的框架之间（稍加努力就可以很好地屏蔽），放大器和发射器放置在房间内。因此，麦克风和发射器被玻璃隔板隔开，并且它们之间的声反馈被削弱。在放大器的输出端，电压幅度可以忽略不计。

如果攻击者试图通过窗户进入公寓（打开窗户、打破或暴露玻璃），则麦克风和发射器之间会产生声学连接，并且设备将被激发。放大器输出端的电压幅度将增加许多倍。

通过将阈值设备连接到放大器的输出，我们得到了一个声学探测器（图 2）。

（点击放大）

有源带通滤波器安装在运算放大器 DA1 上。其谐振频率为 1000 kHz 时增益为 11，带宽为 800 Hz。输出晶体管VT1和VT2工作在B类模式，因此待机模式下的功耗最小。该器件的增益可通过电阻R4在2～20倍范围内调节。将检测器放置在物体上后，需要调整检测器的灵敏度。信号从放大器的输出进入动态头BA1和阈值装置，阈值装置由晶体管VT3、VT4、二极管VD1和齐纳二极管VD2组装而成。

在待机模式下，晶体管VT3和VT4关闭，阈值器件的输出为低电平。当器件由于上述情况而被激励时，VT3的基极上出现正电压。如果超过齐纳二极管VD2设定的阈值电压，晶体管VT3和VT4打开。阈值器件的输出端出现“报警”信号——约15V的正电压。该电压可用作各种终端器件的控制电压。

除了图中所示的之外，您还可以使用 OU K140UD6、MD-52 麦克风、动圈头 10GDV-2 或 10GDV-4。连接麦克风的线必须屏蔽。

探测器直接在现场配置。当窗口关闭时，电阻器 R4 设置最大增益（从而设置最大灵敏度）。如果在这种情况下发生自激，则增益会减小直至停止。此后，窗户（窗户）被打开或玻璃被移开——设备应再次被激励，并且“警报”信号将出现在阈值设备的输出处。设备可能无法开机。然后需要选择发射器和麦克风的相对位置。应该记住，最好将它们放置成使它们彼此相对。探测器在待机模式下消耗的电流为 -6 V 电源为 15 mA，+8 V 电源为 15 mA。报警模式下每个源的电流不超过 260 mA。

根据提议的方案组装的设备的性能在尺寸为 30x70 厘米（晚上）和 115x120 厘米（白天）的窗户上进行了 170 天的测试。当窗口打开时（在这种情况下β变化约30 dB），探测器总是发出“警报”信号。检查期间，未发现误报。

因此，所描述设备的操作体验使我们能够谈论其应用前景。此外，它很可能用于保护其他物体，例如保险箱。

添加。声学探测器中的驻极体麦克风

在我的文章《声学“探测器”中描述的设计中，使用了电动麦克风作为声音传感器。这尽可能简化了传感器与DA1芯片的连接。然而，尽管动圈麦克风的尺寸很小（几厘米长），其安装和遮盖对于某些人来说可能是一项劳动密集型任务。

在这方面，我决定修改放大器的输入电路，使其可以连接驻极体麦克风。这些设备的特点是尺寸小。例如，CZN-15E型麦克风，取自老式进口卡式录音机，直径仅为10毫米，高度为6毫米。当然，这样的传感器更容易安装和伪装。

该图显示了驻极体麦克风与声学检测放大器的连接图。其板上安装了新引入的电阻器R14、R15和电容器C11。麦克风必须使用屏蔽线连接。

声学探测器

设计中也可以使用其他驻极体麦克风。我注意到，通过这样的替换，检测器的灵敏度增加，因此，在该实施例中，麦克风和动圈头BA1之间的距离可以增加。

文学

Nilov V.A.，Chlenov A.N.，Shakirov F.A.安全和火灾报警系统的技术手段。 - M.：NOU“Takir”，1998 年。
GOST 26342-84。安全、消防和安全-火灾报警系统。类型、基本参数和尺寸。
Shepitko G. E. 自适应安全探测器：概述信息。 - M.：GNITSUI，1985。

作者：I.Medvedev，布良斯克

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