防盗报警器中的压电传感器。方案、说明

防盗报警器中的压电传感器

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传感器的主要元件是压电元件，辅以惯性换能器。传感器的设计如图 1 所示。 1、在印刷电路板4上安装有开口衬里的声压电发射器3，其上焊接有M形导线支架2，其上焊接有弹性辐条1，其一端压平，弯曲成一个半圆并焊接到板5上，负载固定在另一个XNUMX上。

防盗报警器中的压电传感器
图。 1

在作者的传感器副本中，辐条由直径为 0,8 毫米（回形针）的钢丝制成，其扁平端的厚度为 0,2 ... 0,25 毫米，负载 5 是一个重 3 克的铅块。实验表明，这种转换器的谐振频率 Fpez = 23 Hz。

这种设计将负载的振动转换为压电元件上的可变压力。换能器对压电元件上的电压（图 2）的电压的指数衰减振荡（频率为 Fpez）响应短冲击和冲击，其初始幅度 Ua 取决于作用力。如果该信号被施加到比较器的一个输入端，并且示例性（阈值）电压 Up 被施加到第二个，那么将在其输出端形成一个持续时间 Tp 为 N = Frez-Tp 脉冲的“组” .

防盗报警器中的压电传感器

图。 2

显然，对于弱和罕见的冲击和冲击，比较器的输出将产生较少数量的脉冲，而不是强和频繁的脉冲，并且在高活动（犯罪？）它可以超过一定的限制。响应传感器的超越激励产生警报信号（log. 1）的设备的示意图如图 3 所示。 XNUMX.

防盗报警器中的压电传感器
图。 3

比较器组装在微功率运算放大器DA1上，其开关阈值Up由调谐电阻R4设置。静止时，运算放大器 DA1 的反相输入端的电压比同相端的电压高 0,3 ... 3 mV，因此在其输出端设置了低电平 - log。 0。

当压电元件 B1 上出现交流电压，其幅度足以切换运算放大器 DA1 时，在其输出端形成一个“包”脉冲，经过逻辑元件 DD1.3 反相后，将到达计数器 DD2 的输入 C 和单个振动器的输入（引脚 6 DD1.1），组装在元件 DD1.1、DD1.2 上。这个单一的振动器产生一个持续时间 Tact = 0.7*С1*R8 = 7 s 的脉冲，它设置了传感器主动操作的时间间隔 - 脉冲计数周期的持续时间。在此间隔结束时，DD1.4 元件的输出端形成一个短 (t = 0.7 * R9 * C3 = 14 ms) 脉冲，复位计数器 DD2。

由于 2P 计数器 DD2 的输出处的高逻辑电平信号（警报）仅在计数器中接收到第 2p 个脉冲时出现，因此传感器阈值取决于该计数器的哪个输出被启用。如果这样做，如图所示。 3，则当第 1 个脉冲到达计数器 DD2 的输入 C 时，将在“输出 64”处发生报警。另一个传感器输出（“输出 2”） - 场效应晶体管 VT1 的开漏 - 将允许您将负载连接到它，它有自己的电源。

所有元件都安装在由 1,5 毫米厚的双面箔玻璃纤维制成的印刷电路板上，其图纸如图 4 所示。 2. 元件安装侧的部分箔片用作公共电线。电阻器、电容器和其他部件的“接地”端子与它的连接用黑点表示。直径约为 4 mm 的保护圈应蚀刻在该箔片中跳过元件引线的位置（图 XNUMX 中未显示）。电路板第一面和第二面的金属化部分的连接处显示为黑色方块，中心有一个光点。

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图。 4

使用固定电阻：R8 - KIM，C3-14，其余 - MLT，C2-23，调谐电阻 - SPZ-19a。氧化电容采用进口低漏电流，其余为KM-6、K10-17。压电元件 B1 - 声发射器 ZP-19。它的底座焊接到板上专门设计的接触垫上。为了防止负载接触电路板，可以在电路板上制作一个切口（如图 4 中的虚线所示）。组装好的板从肉汤块下方安装在一个锡盒中，并在三个点上用螺丝固定。在本设计中，传感器的整体尺寸为 82x35x15 mm。

但是应该从 DD2 计数器的哪个输出中移除警报，以及 Tact 传感器主动操作的时间间隔应该是多少？首先，必须满足条件。

Fpez*Tact > 2 的 n 次方，其中 2 是计数器输出 DD2 的名称。否则即使压电元件持续励磁也不会发生传感器输出报警。对于图中所示元件的额定值，满足此条件，因为。

Frez * Cycle = 23 * 7 = 161，传感器输出可以是计数器 DD2 的四个输出中的任何一个：2 的 4 次方、2 的 5 次方、2 的 6 次方或 2 的7 的幂（2 的 7 的幂 = 128 < 161）。最高灵敏度（以及对干扰）将有一个传感器，其中警报信号从输出 2 到 4 的幂，并且最抗噪声 - 从输出 2 到 7 的幂。

如果传感器必须对短期的单次冲击做出响应，则间隔 Tact 也应及时接近。但是如果没有这个限制，建议增加Tact。这是因为随着 Tact 的增加，发生误报的概率会降低。但是这里使用的电路解决方案只允许将 Tact 增加到 35 ... 40 s，因为经验表明，电阻器 R8 的电阻不应超过 30 MΩ，电容器 C2 的最大电容（陶瓷或薄膜）通常不超过 2,2 μF。不希望使用氧化物电容器，因为它的漏电流比陶瓷电容器高得多。比较器的阈值由微调电阻 R4 设置。

对于“软”冲击，压电元件上的信号幅度可能太小，因此传感器对此类冲击的灵敏度显着增加会导致 Fres 降低。这可以通过增加负载的重量来实现。实验表明，负载质量为 5、9 和 15 g 时，谐振频率分别为 18、13 和 9 Hz。

“出口 2”可能不仅需要与“外国”安全系统协调。它还适用于直接控制大功率负载，例如声音信号装置（警报器）或白炽灯。设置时，可以将带有内置发生器的低功率声音信号设备（例如 HPM14AX）连接到此输出。待机模式下极低的功耗允许使用小容量的原电池供电。它很可能会比安全系统本身寿命更长。

出版：radioradar.net

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