Універсальний датчик струсу

Серед численних датчиків стану зустрічаються всілякі при-бори, що вражають часом своїми конструктивними особливостями. Однак при розробці датчиків враховуються, як правило, більш прозаїчні параметри, такі як компактність, висока чутливість, надійність (великий час напрацювання до відмови), мінімальна наявність механічних частин, універсальність у застосуванні, робота в широкому діапазоні темпі ¬ температур i напруги харчування, відсутність перешкод для інших вузлів пристрою, мінімальне споживання струму тощо Ще одна електрична схема з серії датчиків впливу – пристрій датчика струсу – Представлена на рис. 3.12.

Рис. 3.12. Електрична схема датчика струсу
Її особливість у незвичайному включення мікросхеми-компаратора DA1 у взаємодії з індуктивним датчиком LI. Котушка L1 намотана на круг ¬ лом пластмасовому каркасі діаметром 8 мм (від резонансних котушок радіо ¬ приймача ВЕФ-202 або аналогічних) проводом ПЕЛ-1 діаметром 0,6 мм внавал і містить 150 витків. Феритовий сердечник з каркаса не виймаючи ¬ ється і перед першим включенням схеми розташовується по середині свобод ¬ ного ходу усередині каркаса. Навпаки котушки L1 на відстані 1 … 2 мм рас ¬ вважають шматочок фериту круглої або прямокутної форми розмірами 4×9 мм на спеціальних підвісках з еластичної гуми так, щоб ферит при струсі вібрував на вільному відстані до каркаса котушки L1. Змінний резистор R1, включений як регулятор-обмежувач струму, по-зволяет регулювати чутливість датчика. При верхньому (за схемою) по ¬ ку движка змінного резистора R1 чутливість вузла максимальна.
При відсутності механічних впливів на датчик магнітне поле і струм, що протікає через котушку L1, носить постійний характер і становить частки мікроампер. Оксидний конденсатор С1 не пропускає постійну со ¬ дової напруги на вхід компаратора (вивід 2 DA1). Баланс напру ¬ жений між інвертованим і неінвертірованним входами компаратор (висновки 1 і 2 DA1) не порушується, тому на виході компаратора (Висновок 7 DA1) присутній низький рівень напруги. Індикатор стану уз-ла-світлодіод HL1 не світиться і напруга в базі транзистора VT1 не ¬ достатньо для його відкриття. Між загальним проводом і виходом (UBblx) присутня напруга (різниця потенціалів), близьке до напруги джерела живлення.
3.7.1. Особливості пристрою
Вихідна напруга для управління пристроями навантаження (виконавець-ними елементами і наступними електронними вузлами) можна знімати також, використовуючи + U "і UBbIx. Тоді в спокійному стані датчика напряже ¬ ня на виході вузла буде прагнути до нуля, а при механічному воздейст ¬ ристанням приймати значення, близькі по напрузі до напруги джерела живлення (12 В). Метод підключення вихідних контактів вибирається само ¬ стоятельно при кожному конкретному випадку. Якщо в додаткових виконай ¬ вельних вузлах необхідності немає, то резистор R10 в ланцюзі колектора тран ¬ зистор VT1 замінюють на електромагнітне реле на напругу 8-12 В з струмом спрацьовування не більше 100 мА. При струмі спрацьовування реле більше 100 мА, враховуючи можливо тривалий характер роботи реле під включений ¬ ном стані, буде потрібно замінити транзистор VT1, що виконує роль підсилювача струму, більш потужним, наприклад, будь-яким із серії КТ815. При незначному струсі датчика (феритового сердечника) поблизу котушки L1 в ній короткочасно створюється ЕРС електромагнітної індук ¬ ції і виникає струм і напруга в кілька десятків мікровольт. Стрибок напруги (імпульс) безперешкодно пропускає оксидний конденсатор С1 і через обмежувальний резистор R2 він потрапляє на вхід компаратив ¬ ра DA1.
Компенсаційні ланцюжка в різних плечах компаратора (що складаються з еле ¬ ментів VD1, R5, R6 і VD4, R12) налаштовані таким чином, що навіть такого мінімального сигналу, що вносить дисбаланс напруги на входах мікро ¬ схеми, виявляється достатньо для спрацьовування внутрішньої схеми порівняння ¬ ня напруг і появи на виході компаратора високого рівня. На ¬ напруга високого рівня на виводі 7 DA1 включає світлодіод HL1, сигна ¬ лізуючий про вплив на датчик, проходить через обмежувальний резистор R8, детектируется діодом VD3 і через обмежувальний резистор
R9 надходить до бази транзистора VT1. У момент появи напруги на виводі 7 мікросхеми DA1 заряджається оксидний конденсатор С4. Він вклю ¬ чен в схему для того, щоб забезпечити плавну затримку виключення вузла (на 2-3 сек), інакше включення навантаження буде нагадувати брязкіт контактів і носити хаотичний характер. Завдяки наявності оксидного конденсатора С4 транзистор VT1, відкрившись від імпульсу напруги, закриється тільки через 2-3 сек після закінчення керуючого імпульсу. Якщо ємність дан ¬ ного конденсатора збільшити до 50 мкФ, затримка вимкнення сайту може скласти одиниці хвилин, що може виявитися корисним при певних завданнях, що стоять перед радіоаматором-конструктором, наприклад, така затримка буде доречна, якщо реле, включене замість резистора R10, у свою чергу буде включати охоронну сирену.
Надійшло до бази транзистора VT1 напруга високого рівня відкривають ¬ ет його і змінює стан виходу вузла: між позитивним висновком джерела живлення і контактом UBbIX тепер присутня напруга дже ¬ рела живлення, а між загальним проводом і точкою UBbIX відповідно напру ¬ ження дорівнює нулю.
У налагодженні вузол не потребує. Випрямний діод VD2 і обме-вальний резистор R7 захищають мікросхему від перенапруги джерела живлення і зворотного випадкового включення \ Jnm. Оксидний конденсатор СЗ згладжує пульсації напруги. При завідомо справному та стабілізує ¬ ваному джерелі харчування, а також при харчуванні даного електронного вузла від батарей (акумуляторів) елементи СЗ, R7, VD2 можна з схеми исклю ¬ чить, тому що пристрій працездатний в діапазоні напруги живлення +7 … +16 В. Струм споживання в режимі спокою не перевищує 5 мА. Однак при використанні пристрою в автомобілі й у поєднанні з нестабілізованим-ними джерелами живлення, дані елементи виконують захисну роль і дозволяють застосовувати пристрій як елемент охорони – датчик струсу (удару) в автомобілях.
3.7.2. Монтаж елементів пристрою
Елементи пристрою компактно монтуються в пластмасовому корпусі і жорстко прикріплюються до контрольованої поверхні. У цьому може спо ¬ гати моментальний клей або липучка.
Можливості використання рекомендованого датчика практично не об ¬ нічени. Він може бути прототипом датчика удару в автомобілях, робо ¬ тать в складі охоронної сигналізації – тоді корпус датчика закріплюють на одвірку (дверної коробки) або двері приміщення, що охороняється і в інших ана ¬ логічних випадках, коли потрібно простий, чутливий і надійний вузол контролю струсів і ударів.
3.7.3.0 деталях
Удавана складність у виготовленні датчика і котушки L1 не більш ніж міф. Практика випробувань пристрою показала, що навіть при видаленні фер ¬ рита від каркаса L1 на відстані до 5 мм датчик впевнено спрацьовує від струсу і кочення фериту поблизу котушки. Це досягається високою чув ¬ ствительность компаратора на мікросхемі LM358N. Крім зазначеної на схемі мікросхеми можна застосувати її повні аналоги LM358, С358С, НА 17358, а також повні аналоги цього популярного компаратора, випус ¬ каються іншими фірмами. Вітчизняні мікросхеми аналоги компа ¬ ратора К1401УД5А-К1401УД5Б, К544УД8А-К544УД8Б, КР1040УД1А, КФ1053УД2 (А).
При застосуванні мікросхеми К544УД8А-К544УД8Б чутливість вузла кілька знизиться і доведеться змінити при підключенні висновки мікро-схеми. Крім того, в якості фериту (прямокутної форми) можна ви ¬ користовувати звичайний шматочок магніту.
Транзистор VT1 – будь-який із серії КТ503 або аналогічний. Випрямляч ¬ ний діод VD2 замінюють на КД213, КД105, Д202 або аналогічні за елек ¬ тричним характеристиками з будь-яким буквеним індексом. Решта діо ¬ ди типу КД521, КД522, Д311, Д220 з будь-яким буквеним індексом. Змін ¬ ний резистор R1 типу СПО-1, СПЗ-ЗОВ, СПЗ-12В або подстроєчний типу СП5-28В, СПЗ-1ВБ (обидва багатооборотні). Головне-при виборі типу цих резисторів в тому, щоб вони мали лінійну характеристику зміни со ¬ спротиву. При необхідності досягнення вузлом максимальної і нерегу ¬ ліруемой чутливості даний резистор зі схеми просто виключають, а середній висновок, показаний на схемі, з'єднують з верхнім (за схемою) виводи ¬ будинок котушки L1. Обмежувальний резистор R7 типу МЛТ-0, 5. Всі решта ¬ ні постійні резистори типу МЛТ-0, 25. Оксидні конденсатори фірми Hitano, ESP, їх аналоги, чи вітчизняні типу К50-29, К50-35.
Індикаторний світлодіод типу L63SRC, КІПД14А, КІПД-36, L1503SRC-C, КІПД41Б1-М або інші аналогічні з струмом до 10 мА.
У разі заміни резистора R10 на слабкострумове електромагнітне реле, реко ¬ мендації до вибору останнього такі: FRS10C-03, TRU-12VDC-SB-SL, ТП TRD-9VDC-FB-CL, Relpol RM85-2011-35-1012, РЕЗ- 22 (виконання РФ.4.523.023-01) або аналогічне. При виборі реле слід враховувати струм і напруга комутації. Всі вказані тут типи реле комутують струм до 3 А при напрузі до 250 В