Sensor piezo em alarme anti-roubo

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O elemento principal do sensor é um elemento piezoelétrico, complementado por um transdutor inercial. O design do sensor é mostrado na Fig. 1. Um emissor piezo acústico 1 com uma tampa aberta é conectado à placa de circuito impresso 4, à qual é soldado um suporte de fio em forma de L 3. Uma agulha de tricô elástica 2 é soldada a ele, uma extremidade da qual é achatada, dobrada em um meio anel e soldado à placa 1, e uma carga é fixada nas outras 5.

Fig. 1

Na cópia original do sensor, o raio era feito de fio de aço com diâmetro de 0,8 mm (clipe de papel), sua extremidade achatada tinha espessura de 0,2...0,25 mm, peso 5 era um cubo de chumbo pesando 3 g. O experimento mostrou que a frequência de ressonância de tal conversor Fpeз = 23 Hz.

Este projeto converte vibrações da carga em pressão variável no elemento piezoelétrico. O conversor reage a choques curtos e choques com oscilações amortecidas exponencialmente (com frequência Fpez) da tensão no elemento piezoelétrico (Fig. 2), cuja amplitude inicial Ua depende da força atuante. Se este sinal for aplicado a uma das entradas do comparador, e a tensão de referência (limiar) Up for aplicada à segunda, então um “pacote” de duração Tp de pulsos N = Fpez-Tp será formado em sua saída.

Fig. 2

É óbvio que com impactos e tremores fracos e raros, um número menor de impulsos será gerado na saída do comparador do que com impactos fortes e frequentes, e com alta atividade (crime?) pode ultrapassar um certo limite. Um diagrama esquemático de um dispositivo que gera um sinal de alarme (lógica 1) em resposta à excitação extrema do sensor (lógica 3) é mostrado na Fig. XNUMX.

Fig. 3

Um comparador é montado no amplificador operacional de micropotência DA1; seu limite de comutação para cima é definido pelo resistor de corte R4. Em repouso, a tensão na entrada inversora do amplificador operacional DA1 excede a tensão na entrada não inversora em 0,3...3 mV, portanto sua saída será definida para um nível baixo - log. 0.

Quando uma tensão alternada com amplitude suficiente para chavear o amplificador operacional DA1 aparece no elemento piezoelétrico B1, um “pacote” de pulsos é formado em sua saída, que, após ser invertido pelo elemento lógico DD1.3, irá para o entrada C do contador DD2 e entrada do dispositivo one-shot (pino 6 de DD1.1), montado nos elementos DD1.1, DD1.2. Este dispositivo one-shot gera um pulso com duração de Tact = 0.7*C1*R8 = 7 s, que define o intervalo de tempo para a operação ativa do sensor - a duração do ciclo de contagem de pulsos. Ao final deste intervalo, um pulso curto (t = 1.4*R0.7*C9 = 3 ms) é gerado na saída do elemento DD14, zerando o contador DD2.

Como um sinal de alto nível lógico (sinal de alarme) na saída do contador 2P DD2 ocorre apenas quando um pulso 2P entra no contador, o limite de resposta do sensor depende de qual das saídas deste contador está ativada. Se isso for feito conforme mostrado na Fig. 3, então ocorrerá um sinal de alarme na “Saída 1” quando o 2º pulso chegar na entrada C do contador DD64. Outra saída do sensor (“Saída 2”) - o dreno aberto do transistor de efeito de campo VT1 - permitirá conectar a ele uma carga que possui sua própria fonte de alimentação.

Todos os elementos são montados em uma placa de circuito impresso feita de folha dupla face laminada de fibra de vidro com 1,5 mm de espessura, cujo desenho é mostrado na Fig. 4. Parte da folha do lado onde os elementos estão instalados é utilizada como fio comum. As conexões dos terminais “aterrados” de resistores, capacitores e outras peças são mostradas como pontos pretos. Nos locais por onde passam os condutores dos elementos, círculos de proteção com um diâmetro de cerca de 2 mm devem ser gravados nesta película (não mostrado na Fig. 4). As junções das seções metalizadas do primeiro e segundo lados do tabuleiro são mostradas como quadrados pretos com um ponto claro no centro.

Fig. 4

São utilizados resistores fixos: R8 - KIM, C3-14, o restante - MLT, C2-23, resistor de corte - SPZ-19a. O capacitor de óxido é importado com baixa corrente de fuga, o restante é KM-6, K10-17. Elemento piezoelétrico B1 - emissor acústico ZP-19. Sua base é soldada a placas de contato especialmente projetadas na placa. Para evitar que a carga toque na placa, pode-se fazer um recorte nela (mostrado com linha pontilhada na Fig. 4). A placa montada é instalada em uma caixa de lata para cubos de caldo e fixada com parafusos em três pontos. Neste projeto, o sensor terá dimensões totais de 82x35x15 mm.

Mas de qual saída do contador DD2 deve ser retirado o sinal de alarme e qual deve ser o intervalo de tempo para o funcionamento ativo do sensor Tact? Em primeiro lugar, uma condição deve ser satisfeita.

Fpe*Tact > 2 elevado à potência n, onde 2 é o nome da saída do contador DD2. Caso contrário, não ocorrerá sinal de alarme na saída do sensor mesmo com excitação contínua do elemento piezoelétrico. Para as classificações dos elementos indicadas no diagrama, esta condição é atendida, pois.

Fp*Tact = 23*7 =161, e a saída do sensor pode ser qualquer uma das quatro saídas do contador DD2: 2 elevado à potência de 4, 2 elevado à potência de 5, 2 elevado à potência de 6 ou 2 elevado à potência de 7. potência de 2 (7 elevado a 128 = 161 <2). A maior sensibilidade (e também a interferências) terá um sensor no qual o sinal de alarme é removido da saída 4 à potência de 2, e o mais resistente a ruídos - da saída 7 à potência de XNUMX.

Se o sensor precisar responder a impactos únicos de curto prazo, o intervalo Tact também deverá ser próximo no tempo. Mas se não houver tal limitação, recomenda-se aumentar o Tato. Isso se deve ao fato de que à medida que o Tact aumenta, a probabilidade de um alarme falso diminui. Mas a solução de circuito aqui utilizada permitirá aumentar o Clock apenas para 35...40 s, pois, como a experiência mostra, a resistência do resistor R8 não deve ser superior a 30 MOhm, e a capacitância máxima do capacitor C2 (cerâmica ou filme) geralmente não excede 2,2 μF. A utilização de capacitor de óxido é indesejável, pois sua corrente de fuga é muito superior à de um capacitor cerâmico. O limite de resposta do comparador é definido pelo resistor de ajuste R4.

Com um choque “suave”, a amplitude do sinal no elemento piezoelétrico pode ser muito pequena, portanto, um aumento significativo na sensibilidade do sensor a tais choques pode resultar em uma diminuição no Fres. Isto pode ser conseguido aumentando a massa da carga. O experimento mostrou que com massa de carga de 5, 9 e 15 g, a frequência de ressonância foi de 18, 13 e 9 Hz, respectivamente.

A “Saída 2” pode ser necessária não apenas para coordenação com um sistema de segurança “estrangeiro”. Também é adequado para controle direto de uma carga potente, por exemplo, um alarme sonoro (sirene) ou uma lâmpada incandescente. Ao configurar, você pode conectar um alarme sonoro de baixa potência com um gerador integrado, por exemplo HRM14AX, a esta saída. O consumo de energia extremamente baixo no modo de espera permite o uso de uma bateria de lítio galvânica de pequena capacidade para alimentação. Provavelmente sobreviverá ao próprio sistema de segurança.

Publicação: radioradar.net

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