Akustischer Detektor. Schema, Beschreibung

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Akustischer Detektor. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Sicherheit

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Wir präsentieren unseren Lesern einen originellen Sicherheitsalarmsensor zum Schutz von Innenfenstern.

In den letzten Jahren sind in der Fachliteratur zur Funktechnik zahlreiche Veröffentlichungen zu Sicherheitsgeräten erschienen. Und das ist natürlich kein Zufall, das Thema Objektschutz ist sehr aktuell.

Es gibt viele Sicherheitsvorrichtungen, deren Funktionsweise auf verschiedenen physikalischen Prinzipien basiert [1]. Sie alle dienen dem Schutz von Autos, Lagerhallen, Büros, Wohnungen und anderen Objekten. Ein integraler Bestandteil eines solchen Geräts ist ein „Sicherheitsmelder“ – ein technisches Gerät, das unbefugtes Eindringen in geschützte Räumlichkeiten meldet und Alarmsignale erzeugt [2].

Betrachten wir ein bestimmtes Beispiel. Nehmen wir an, Sie müssen verhindern, dass Einbrecher durch eine Fensteröffnung in Ihre Wohnung eindringen. Es gibt zwei Möglichkeiten, durch die Fensteröffnung zu gelangen. Die erste besteht darin, die beweglichen Teile des Rahmens (Fensters) zu öffnen, ohne die Glasabdeckung zu zerbrechen, die zweite besteht darin, die Glasabdeckung zu zerbrechen (das Glas zu zerbrechen, zu schneiden, freizulegen), ohne die beweglichen Teile des Rahmens zu öffnen.

Traditionell werden zum Schutz im ersten Fall Magnetkontaktmelder SMK-1, SMK-3, IO 102-4, IO 102-5, IO 102-6 verwendet. Im zweiten Fall - elektrische Kontaktdetektoren (Aluminiumfolie), Oberflächenaufprallkontaktdetektoren vom Typ „Fenster“. Diese Produkte „schmücken“ natürlich nicht den Innenraum von Wohnräumen und bereiten den Eigentümern zusätzliche Probleme, beispielsweise beim Fensterputzen. Darüber hinaus ist die Frage der Geheimhaltung des Sicherheitsgeräts nicht gelöst. Wir können zwar auch Flächenschallmelder vom Typ „Glas“ empfehlen, deren Kosten sind jedoch recht hoch.

Akustische Melder können viele Anforderungen erfüllen [3]. Das Funktionsprinzip ist wie folgt. Das Mikrofon VM1 (Abb. 1) empfängt akustische Signale aus der Umgebung, die in eine Wechselspannung der entsprechenden Frequenz und Amplitude umgewandelt werden, an einen linearen Verstärker mit Verstärkung k und von dessen Ausgang an den Sender BA1 gesendet werden, wo Es erfolgt die umgekehrte Umwandlung in Schall. Das vom Sender wiedergegebene Signal breitet sich mit einem Übertragungskoeffizienten β in der Umgebung aus und wird, gemischt mit den Geräuschen der Umgebung, an den Eingang des Mikrofons VM1 übertragen, wo es erneut umgewandelt, dann verstärkt usw. wird. Somit gibt es eine Rückkopplungsverbindung zwischen dem Mikrofon und dem Sender, die durch die äußere Umgebung geschlossen wird.

Akustischer Detektor

Wenn der Verstärker schmalbandig ausgeführt ist, gibt der Sender aus dem gesamten Spektrum der am Mikrofon ankommenden akustischen Signale nur diejenigen wieder, die in das Frequenzband des Verstärkers fallen. Durch Auswahl des Betriebsfrequenzbereichs von 10 bis 15 kHz. Viele Audiostörungen, vor allem im Bereich unter 10 kHz, können Sie ausblenden.

Aus der Theorie ist bekannt, dass in einem Verstärkergerät mit Rückkopplung ungedämpfte Schwingungen entstehen (Selbsterregungsmodus), wenn die Rückkopplung positiv ist (Phasengleichgewicht) und das Produkt aus den Übertragungskoeffizienten k des Vorwärtskanals und dem Rückkanal β größer ist kleiner oder gleich eins (Amplitudengleichgewicht), dann ist kβ > 1. Wenn die Bedingungen der Phasenbalance oder Amplitudenbalance nicht erfüllt sind, befindet sich das Gerät in einem stabilen Zustand, d. h. im linearen Verstärkungsmodus. Durch Ändern des Übertragungskoeffizienten β können Sie den Zustand des betreffenden Geräts steuern.

Dieses Prinzip wird beim Betrieb eines akustischen Detektors genutzt. Zum Schutz des Fensters wird das Mikrofon zwischen den Rahmen der Fensteröffnung platziert (mit etwas Aufwand lässt es sich sehr gut tarnen), Verstärker und Sender befinden sich im Raum. Dadurch sind Mikrofon und Sender durch eine Glastrennwand getrennt und die akustische Rückkopplung zwischen ihnen wird abgeschwächt. Am Ausgang des Verstärkers ist die Spannungsamplitude unbedeutend.

Versucht ein Angreifer durch ein Fenster in die Wohnung einzudringen (Fenster oder Fenster öffnen, Glas einschlagen oder freilegen), entsteht eine akustische Verbindung zwischen Mikrofon und Sender und das Gerät wird angeregt. Die Spannungsamplitude am Verstärkerausgang erhöht sich um ein Vielfaches.

Durch den Anschluss eines Schwellenwertgeräts an den Ausgang des Verstärkers erhalten wir einen akustischen Detektor (Abb. 2).

(zum Vergrößern klicken)

Auf dem Operationsverstärker DA1 ist ein aktiver Bandpassfilter montiert. Seine Verstärkung beträgt 1000 bei einer Resonanzfrequenz von 11 kHz und seine Bandbreite beträgt 800 Hz. Die Ausgangstransistoren VT1 und VT2 arbeiten im Klasse-B-Modus, wodurch der Stromverbrauch im Standby-Modus minimal ist. Die Verstärkung des Geräts kann über den Widerstand R4 im Bereich von 2 bis 20 eingestellt werden. Dies ist notwendig, um die Empfindlichkeit des Detektors nach der Platzierung vor Ort anzupassen. Vom Ausgang des Verstärkers gelangt das Signal zum dynamischen Kopf BA1 und zum Schwellenwertgerät, das aus den Transistoren VT3, VT4, der Diode VD1 und der Zenerdiode VD2 besteht.

Im Standby-Modus sind die Transistoren VT3 und VT4 geschlossen und am Ausgang des Schwellenwertgeräts liegt ein niedriger Pegel an. Wenn das Gerät aufgrund der oben genannten Umstände erregt wird, erscheint an der Basis von VT3 eine positive Spannung. Wenn sie die durch die Zenerdiode VD2 eingestellte Schwellenspannung überschreitet, öffnen die Transistoren VT3 und VT4. Am Ausgang des Schwellwertgerätes erscheint ein „Alarm“-Signal – eine positive Spannung von ca. 15 V. Diese Spannung kann als Steuerspannung für verschiedene Endgeräte verwendet werden.

Zusätzlich zu den im Diagramm angegebenen können Sie den Operationsverstärker K140UD6, das Mikrofon MD-52 und den dynamischen Kopf 10GDV-2 oder 10GDV-4 verwenden. Das Kabel zum Anschluss des Mikrofons muss abgeschirmt sein.

Der Melder wird direkt vor Ort konfiguriert. Bei geschlossenem Fenster stellt der Widerstand R4 die maximale Verstärkung (und damit die maximale Empfindlichkeit) ein. Tritt eine Selbsterregung auf, wird die Verstärkung bis zum Stillstand reduziert. Öffnen Sie anschließend das Fenster (Fenster) oder entfernen Sie das Glas – das Gerät sollte wieder erregt sein und am Ausgang des Schwellenwertgeräts sollte ein „Alarm“-Signal erscheinen. Es kann vorkommen, dass sich das Gerät nicht einschaltet. Anschließend muss die relative Position von Sender und Mikrofon ausgewählt werden. Es ist zu beachten, dass es ratsam ist, sie so zu platzieren, dass sie aufeinander gerichtet sind. Der vom Detektor im Standby-Modus verbrauchte Strom beträgt 6 mA aus einer -15-V-Stromquelle und 8 mA aus einer +15-V-Quelle. Der Strom im Alarmmodus überschreitet 260 mA aus jeder Quelle nicht.

Die Leistung des nach dem vorgeschlagenen Schema zusammengebauten Geräts wurde 30 Tage lang an Fenstern mit den Maßen 70 x 115 cm (abends) und 120 x 170 cm (tagsüber) getestet. Beim Öffnen des Fensters (in diesem Fall ändert sich β um ca. 30 dB) gab der Melder immer ein „Alarm“-Signal aus. Bei den Kontrollen wurden keine Fehlalarme registriert.

Die Betriebserfahrung des beschriebenen Geräts ermöglicht es uns daher, über die Aussichten für seinen Einsatz zu sprechen. Darüber hinaus kann es auch zum Schutz anderer Gegenstände, beispielsweise Tresore, verwendet werden.

Zusatz. Elektretmikrofon im akustischen Detektor

Bei dem in meinem Artikel „Akustischer „Detektor““ beschriebenen Entwurf wurde ein elektrodynamisches Mikrofon als Schallsensor verwendet. Dies vereinfachte die Anbindung des Sensors an den DA1-Chip weitestgehend. Allerdings trotz der geringen Größe des dynamischen Mikrofons (einige Zentimeter lang), seine Installation und Maskierung für Dies kann für manche eine arbeitsintensive Aufgabe sein.

In diesem Zusammenhang habe ich mich entschieden, die Eingangsschaltung des Verstärkers so zu modifizieren, dass der Anschluss eines Elektretmikrofons möglich wäre. Diese Geräte zeichnen sich durch ihre geringen Abmessungen aus. Beispielsweise hat ein Mikrofon vom Typ CZN-15E, das aus einem alten importierten Kassettenrekorder entnommen wurde, einen Durchmesser von nur 10 mm und eine Höhe von 6 mm. Natürlich ist es einfacher, einen solchen Sensor zu installieren und zu verkleiden.

Die Abbildung zeigt ein Diagramm zum Anschluss eines Elektretmikrofons an einen akustischen Detektorverstärker. Auf seiner Platine sind die neu eingeführten Widerstände R14, R15 und der Kondensator C11 verbaut. Das Mikrofon muss mit einem abgeschirmten Kabel angeschlossen werden.

Akustischer Detektor

Es ist auch möglich, andere Elektretmikrofone im Design zu verwenden. Ich stelle fest, dass bei einem solchen Austausch die Empfindlichkeit des Detektors zunimmt und daher bei dieser Option der Abstand zwischen dem Mikrofon und dem dynamischen Kopf BA1 vergrößert werden kann.

Literatur

Nilov V. A., Chlenov A. N., Shakirov F. A. Technische Sicherheitsmittel und Feuermeldesysteme. - M.: NOU „Takir“, 1998.
GOST 26342-84. Sicherheits-, Feuer- und Sicherheitsbrandmeldeanlagen. Typen, Hauptparameter und Größen.
Shepitko G. E. Adaptive Sicherheitsdetektoren: Übersichtsinformationen. - M.: GNITSUI, 1985.

Autor: I.Medwedew, Brjansk

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