УЛЬТРАЗВУКОВОЇ Охоронне обладнання

У охоронних системах для приміщень застосовують різні датчики. Особливість ультразвукових – простота установки. При їх використанні в приміщенні відпадає необхідність в прокладанні охоронного шлейфу.

Пристрій складається з датчика переміщення, звукового сигналу і автономного блоку живлення, об'єднаних в одному корпусі. Воно може охороняти кімнату площею до 20 квадратних метрів. Розміщують його на стіні всередині об'єкту, що охороняється. Спрацьовування звукового сигналу відбувається при переміщенні якого-небудь предмету, при цьому спочатку подається короткий попереджувальний сигнал. Якщо в приміщення зайшов господар, цей сигнал попередить його, що пристрій спрацював і його потрібно вимкнути. Якщо ж цього не зробити, то через хвилину пристрій подасть гучний звуковий сигнал, що звучить протягом декількох хвилин, а потім знову перейде в режим охорони.

До складу датчика переміщення входять акустичний випромінювач і приймач. Випромінювач виробляє сигнал в ультразвуковому діапазоні стабільної амплітуди і частоти. Частоту бажано вибирати в межах 25 … 35 кГц. Звукові хвилі розповсюджуються у всі сторони від випромінювача і потрапляють в приймальний датчик різними шляхами. Прямий сигнал йде безпосередньо від випромінювача до приймача. Крім цього, на вхід приймального датчика надходять сигнали, відбиті від навколишніх предметів. Амплітуда і зсув фази відбитого сигналу щодо прямого мають випадкову, але постійну величину і залежать від розмірів приміщення, місця розташування датчика і знаходяться в приміщенні предметів.

У приймальному датчику прямий і відбитий сигнали змішуються, утворюючи сумарний прийнятий сигнал певної амплітуди. При переміщенні хоча б одного предмета, на який потрапляє звукова хвиля, фаза і амплітуда відбитого сигналу змінюються. Переміщення поверхні, що відбиває приблизно на 1 см призведе до зміни фази відбитого сигналу на 180 °, тому тривалий переміщення відбиває поверхні викличе пульсацію сумарного прийнятого сигналу з частотою від 1 до 100 Гц в залежності від швидкості та напрямку переміщення. При появі в прийнятому сигналі такого роду пульсації спрацьовує сигнальний пристрій, і подається звуковий сигнал.

Схема пристрою показана на малюнку. Генератор випромінювача побудовано за схемою ємнісної трехточкі. Випромінювач BQ1 включений в ланцюг зворотного зв'язку транзистора VT1.

Частота коливань генератора залежить від резонансної частоти випромінювача BQ1 і параметрів контуру L1 С1. Потужність випромінювання регулюють підбором резистора R3, а підстроювання частоти виробляють підбором конденсатора С1.

Приймач складається з ультразвукового мікрофона ВМ1, підсилювача сигналу, що приймається на ОУ DA1.1, детектора на елементах R11, VD2, С8, R13, підсилювача продетектірованного сигналу на ОУ DA1.2 і транзисторного ключа VT2VT3. Параметри детектора підібрані таким чином, щоб придушення несучої частоти в діапазоні 25 … 35 кГц було максимальним, а ослаблення низькочастотних пульсації 1 … 100 Гц – мінімальним. Ланцюг C7R12C9R14 задає коефіцієнт посилення і смугу пропускання ОУ DA1.2. При появі змінної напруги на його виході позитивна напівхвиля через конденсатор С10 відкриває транзисторний ключ VT2VT3, а негативна напівхвиля через діодУОЗ перезаряджати конденсатор С10.

Сигнальний пристрій включає в себе тригер Шмітта на елементах DD1.1, DD1.2, вузол керування на елементах DD1.3, DD1.4, підсилювач струму на транзисторах VT5, VT6, тиристори VS1 і випромінювач звукового сигналу BF1. При включенні живлення конденсатор заряджається С12. Приблизно через 1 … 1.5 хв на виведення 2 елементи DD1.1 виникає високий рівень. Тепер, якщо спрацює детектор переміщення, транзистори VT2, VT3 і VT4 відкриються, високий рівень на виведення 1 елемента DD1.1 перемкне тригер. На виході DD1.1 виникне низький рівень, а на виході тригера (висновок 4 DD1.2) – високий. Ланцюг C13R23 задає тривалість короткого звукового сигналу – 0,1 с, а ланцюг R21C14 – затримку подачі тривалого звукового сигналу – 60 с. Ланцюг R20C12 визначає тривалість звукового сигналу і затримку роботи пристрою після включення харчування.

Споживаний струм в черговому режимі не перевищує 70 мА, а в режимі подачі звукового сигналу – 1 … 2А.

За випромінювач BQ1 і приймача ВМ1 використані біморфа-ві пьезоелемент, налаштовані на одну й ту ж резонансну частоту, наприклад 34 кГц. Відстань між пьезоэлементами повинно бути 3 … 5 см. Між ними необхідно прокласти звукоізоляційну прокладку з поролону. У принципі, якщо не знайдеться біморфним п'єзоелементів, можна застосувати звичайну високочастотну динамічну головку і мікрофон, знизивши при цьому частоту випромінювання аж до 10 кГц. Але це погіршить перешкодозахищеність пристрою, так як погіршиться частотна вибірковість приймача. Також стане чути випромінюваний звук, але для охорони невеликих закритих приміщень, об'єктів, наприклад автомобіля, чутливості виявиться цілком достатньо, а звукове випромінювання буде добре екранувати корпус автомобіля. У такому варіанті конструкцію генератора необхідно змінити.

Звукова сирена BF1 – автомобільний сигнал з струмом споживання 1 … 2 А. Котушка L1 намотана на феритових кільцях марки М2000 розмірами 20х12х6 і містить 100 витків дроту ПЕВ-0, 3 з відведенням від середини. Корпус пристрою повинен бути зроблений із запасом міцності і надійно закріплений на стіні всередині охоронюваного приміщення.

Налагодження починають з установки генератора. Для цього необхідно відключити приймальний пьезоелемент ВМ1 і підключити його до осцилографа. Розташувавши пьезоелемент один проти одного і подавши харчування на генератор, підбором конденсатора С1 і резистора R3 домагаються максимальної амплітуди прийнятого сигналу. Можна виміряти частоту генератора – вона повинна відповідати резонансної частоті випромінювача. Потім потрібно відновити з'єднання, розмістити пьезоелемент в корпусі і подати харчування на весь пристрій. Напруга на виходах ОУ DA1.1 і DA1.2 (висновки 10 і 12) має дорівнювати половині напруги живлення.

На закінчення перевіряють амплітуду посиленої змінної напруги на виході ОП DA1.1, вона повинна бути приблизно дорівнює 0,1 В. Сильний відміну амплітуди від цього значення призведе до деякого погіршення чутливості. Якщо провести рукою перед пьезоэлементами, амплітуда змінної напруги на виході ОП DA1.1 почне мигати. Частота пульсації буде тим вище, чим вище швидкість переміщення.
Інша частина пристрою в налаштуванні не потребує і при правильному монтажі повинна працювати відразу.

А. койне, р. Знахідка Приморського краю

РАДІО № 7, 1998