Детекторы вибрации
Детекторы вибрации относятся к специализированным приборам, поэтому их часто оставляют без внимания. Одной из причин этого является то, что в прошлом детекторы вибрации представляли собой просто утяжеленные электрические контакты, которые со временем приносили больше неприятностей, чем пользы. В этой области электроника доказала свою ценность еще раз, заменив ненадежные электрические контакты эквивалентными электронными схемами.
Детектор вибрации на микросхеме
Рассматриваемый детектор вибрации (рис. 2.80) интересен не своим схемным решением, а оригинальной конструкцией датчика.
Рис. 2.80.
Детектор вибрации на микросхеме
На рис. 2.81 показано, как можно модифицировать обыкновенный миниатюрный громкоговоритель, сделав его чувствительным к "низким частотам и практически безразличным ко всем другим звукам.
За усиление сигнала вибрации отвечает микросхема DA1 КР1401УД2Б, в состав которой входят четыре операционных усилителя. На первом усилителе DA1.1 собран повторитель, согласующий низкое внутреннее сопротивление громкоговорителя со схемой. Последующие два каскада DA1.2 и DA1.3 дают
Рис. 2.81 Конструкция датчика вибрации
усиление порядка в 2000 раз. Усиление можно поднять еще выше — до 10000, уменьшив сопротивление резистора R6 до 1 кОм, по в большинстве случаев это не требуется. Усиленньш сигнал через конденсатор С5 поступает на выпрямитель с удвоением напряжения, а выпрямленное положительное напряжение через резистор R8 — на базу транзистора VT1. Когда вибрация отсутствует, напряжение на базе транзистора VT1 равно нулю. Он закрыт, а транзистор VT2 получает отпирающее напряжение через резисторы R10 и R11. Клеммы А и В получаются замкнутыми через транзистор VT2. При возникновении вибрации сигнал с датчика усиливается, и напряжение, снимаемое с выхода выпрямителя, открывает транзистор VT1, что влечет за собой закрывание транзистора VT2.
Если по каким-либо причинам, вытекающим из применения устройства, для работы сигнализатора необходимо нормально разомкнутое состояние на клеммах А и В, можно проделать несложную модификацию.
Для этого удалите транзистор VT2, резисторы R10 и R11. Теперь в роли клеммы В будет выступать коллектор транзистора VT1, а клемма А останется без изменений. Эти клеммы можно использовать в качестве управляющих практически в любых из известных вам устройствах сигнализации. Но в большинстве случаев лучше от них запитывать небольшое чувствительное реле, а оно, в свою очередь, будет управлять исполнительными цепями.
Сборку сигнализатора вибрации следует начать с изготовления самого датчика вибрации. Для этого подойдет почти любой миниатюрный громкоговоритель с диаметром диффузора около 5 см или меньше. В нашем случае был выбран динамик диаметром 3,8 см. Поскольку медная монетка покрывает и место крепления катушки, и большую'часть самого диффузора, получившийся при этом датчик игнорирует практически все посторонние звуки, которые могли бы вызвать ложные срабатывания устройства.
К очищенной от оксидной пленки монетке припаяйте перпендикулярно швейную иглу. При размещении датчика вибрации на окнах, поверхности сейфов и прочих предметов игла датчика должна мягко касаться поверхности охраняемого объекта; На примере подобных датчиков, размещенных на стеклах витрин ма-газиноэ, становится понятно их действие. Когда стекло разбивают, датчик фиксирует повышенную вибрацию.
Можно сделать утяжеленный вариант датчика вибрации. Для этого вместо иглы к центру монетки припаяйте короткий отрезок одножильного провода и, согнув его параллельно поверхности монетки, на его конце укрепите еще одну. Такой датчик будет чувствовать и собственную вибрацию, и вибрацию объекта, на котором укреплен. Если его укрепить так, чтобы провод с припаянной монеткой находился вертикально, датчик зарегистрирует вибрацию, в каком бы из четырех направлений она ни возникла.
Детали схемы собираются на плате из изоляционного материала. Схема некритична к расположению деталей и вне зависимости от выбранной вами конструкции заработает с первой попытки. После сборки схемы плату поместите в любой металлический или пластмассовый корпус, но можно обойтись и без него.
Для проверки сигнализатора вибрации подайте питание на схему. Ползунок неременного резистора R7, регулирующего усиление, установите в среднее положение. На время проверки к клеммам А и В подключите резистор сопротивлением 3,3 кОм и параллельно к нему — вольтметр. Когда с датчика вибрации сигнал не поступает, вольтметр должен показывать напряжение около 12 В. Если это не так, необходимо внимательно проверить монтаж. Быстро и четко проверить работу операционных усилителей можно, измерив напряжения на выходах 1, 7 и 8 относительно общего провода. Если операционный усилитель исправен, напряжение будет 6 В, или, иначе, половина напряжения питания.
Исправив обнаруженные ошибки, приступайте к дальнейшей проверке. Положите датчик вибрации на стол так, чтобы игла мягко опиралась на его поверхность. Наблюдая за показаниями вольтметра, постучите по столу поблизости от иглы, при этом напряжение на вольтметре должно упасть до нуля и вернуться обратно, как только вибрация прекратится. Регулятором усиления R7 можно «научить» схему реагировать практически па любой уровень вибрации. Но не завышайте чувствительность прибора, иначе вам не избежать ложных срабатываний.
Датчик вибрации с иглой хорошо установить в том месте, где преступнику нужно разрушить какую-либо преграду, чтобы добраться до ценностей. При таком его использовании игла должна мягко опираться на поверхность разрушаемого объекта.
Проделав несколько опытов, вы найдете наиболее чувствительную точку. Всегда помните, что мало проку отдатчиков, установленных небрежно, в спешке, без проверки, действительно ли они работают так, как от них ожидают.
Детектор вибрации с пьезодатчиком
В предлагаемом варианте детектора вибраций, схема которого показана на рис. 2.82, пьезоэлектрическая пластина от зуммера использована в качестве микрофона. Она имеет отчетливый пик частотной характеристики (в зависимости от типа зуммера) в области частот 1500...3000 Гц. Такая характеристика пластины позволяет с хорошей достоверностью обнаружить импульсные сигналы на фоне достаточно сильных шумов.
Прижатая или приклеенная к стеклу пластина датчика мгновенно реагирует на шумы, возникающие при разрезании стекла алмазом, и не реагирует на шумы, создаваемые, например, проезжающим мимо транспортом.
Рис. 2.82.
Детектор вибрации с пьезодатчиком
Сигнал от датчика ВМ1 усиливается (примерно в 100 раз) операционным усилителем DA1, выпрямляется диодом VD1 и осуществляет зарядку конденсатора С2 через резисторы R9 и R5. Скорость зарядки зависит от положения движка переменного резистора, которым регулируют чувствительность устройства.
Когда напряжение на конденсаторе С2 достигнет порогового уровня срабатывания триггера на микросхеме DD1, последний переключается, открывает транзистор VT1 и включает реле К1 с задержкой на одну-две секунды.
Питание устройства осуществляется от источника постоянного тока с напряжением 9...15 В. Стабильность питания микросхем обеспечивает стабилизатор DA2 в интегральном исполнении. Изготовление устройства по предлагаемой схеме не должно вызвать затруднений. В качестве реле К1 следует использовать малогабаритное с током срабатывания порядка 10... 20 мА и числом замыкающихся контактов, достаточным для выполнения охранных функций, например включения тревожного сигнала.
Эффективность работы устройства зависит от способа его установки, в данном случае от установки самого датчика. Если необходимо защитить большое окно, то лучше датчик расположить непосредственно на стекле и экспериментальным путем выбрать такое его положение, при котором чувствительность устройства наибольшая. Но при этом надо обратить внимание, чтобы посторонние сопутствующие обстоятельства не оказывали на датчик воздействия — этим вы сохраните спокойствие свое и соседей.
В конструкции устройства в качестве ОУ можно использовать микросхемы типов К154УД2, К544УД2, КР544УД2 с соответствующими цепями коррекции, в качестве интегрального стабилизатора напряжения — К142ЕН5А, КР142ЕН5А, DD1 - К561ЛЕ5. Транзистор VT1 кремниевый - КТ315Б, диод VD1 герма-ниевый - ГД507А, VD2 - кремниевый Д223Б.
Детектор вибрации для изгороди
Любое ограждение можно охранять с помощью электроники, установив на нем специальный датчик вибрации или движения. Он подаст сигнал тревоги, как только забор окажется под воздействием внешней силы На рис. 2.83 показана схема устройства, разработанного именно для выполнения такой задачи. Главное отличие этого прибора от подобных ему состоит в датчике, который весьма чувствителен к боковым подвижкам. При движении по вертикали датчик также передаст в схему существенный сигнал. Поэтому не так важно, что злоумышленник вздумает сделать с ограждением, схема все равно сработает четко и подаст сигнал тревоги.
Если в предыдущей схеме датчик вибрации работал в любом положении, то показанный на рис. 2.84 всегда должен размещаться вертикально. Действие схемы, приведенной на рис. 2.83, очень просто и наглядно. Операционный усилитель DA1.1 образует повторитель, согласованный по сопротивлению с датчиком, к выходу которого подключен переменный резистор R9. Им производится регулировка чувствительности прибора. Сигнал, снимаемый с ползунка этого резистора, усиливается единственным каскадом на операционном усилителе DA1.2. Усиленный сигнал выпрямляется и через резистор R6 поступает на транзистор VT1, отпирая его Когда сигнал от датчика отсутствует, напряжение на выходе диодного выпрямителя равно нулю, транзистор VT1 закрыт, а на базу транзистора VT2 поступает отпирающее смещение через резисторы R7 и R5. Возникшая вибрация отпирает транзистор VT1, в результате чего запирается транзистор VT2.
Эта схема также некритична к расположению деталей. Единственной деталью, требующей к себе особого внимания, является сам датчик вибрации, чертеж которого показан на рис. 2.84. Конечно, можно отдать предпочтение собственной конструкции, работающей на том же принципе.
Рис. 2.83.
Детектор вибрации для изгороди
Рис. 2 84 Конструкция датчика вибрации
Начните с переделки миниатюрного согласующего трансформатора, используемого в датчике. Для этого разберите полностью его сердечник, после чего вставьте все пластины обратно в одном направлении, чтобы сердечник представлял собой букву Ш.
Может быть, вам и не удастся вставить обратно все Ш-образные пластины. Ничего страшного. Главное, чтобы они сидели плотным пакетом. В качестве сигнальной будет использоваться высокоомная обмотка трансформатора. Судя по всему, схему придется держать вдалеке от датчика, поэтому для соединения их между собой нужен экранированный провод.
В качестве корпуса датчика во время испытаний был выбран футляр размером 15х3,3х3,8 см, но можно использовать и больший. Особого внимания к себе требует установка переделанного трансформатора в паре с постоянным магнитом. Магнит подвешивается на нейлоновой нитке, достаточно эластичной, чтобы не растягиваться со временем. Зазор между сердечником трансформатора и магнитом должен составлять от 0,5 до 0,6 см, при этом между ними возникает заметное притяжение, словно они связаны невидимой пружиной. В случае необходимости к устройству можно подсоединить до трех таких датчиков, подключая их параллельно, при этом схема будет еще способной обеспечить необходимое повышенное усиление.
Размещая датчики в конкретном месте, следите, чтобы нить, па которой висит магнит, была вертикальной и давала ему возможность свободно качаться в любом направлении, не задевая стенок. Чувствительность датчика будет снижена, если магнит окажется смещенным относительно сердечника переделанного трансформатора. При выполнении этих рекомендаций у вас не должны возникнуть проблемы.
<
