Akustischer Bewegungssensor. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Sicherheit

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Die Funktionsweise vieler Sicherheitsalarmanlagen basiert auf einem ganz einfachen Prinzip: Zu ungewöhnlichen Zeiten darf es im geschützten Bereich keine Bewegung geben. Um es zu erkennen, wird der Raum mit Strahlung „gefüllt“ – meist Radio oder Akustik. Nach wiederholter Reflexion an Wänden und Gegenständen im Raum erreichen die Strahlen den Empfänger. Jede Änderung der Situation führt zu einer Modulation des empfangenen Signals, die vom Sensor aufgezeichnet wird.

Akustische (Ultraschall-)Sensoren dieser Art haben gegenüber denen, die Radiowellen verwenden, einen ganz erheblichen Vorteil: Sie senden nichts in den „Äther“ und erfordern keine Genehmigungen für Installation und Betrieb. Den Lesern wird eine Beschreibung eines dieser Sensoren geboten, der relativ einfach und empfindlich genug ist, um einen Raum von bis zu 20 m2 zu schützen.

Im Gegensatz zu akustischen Sensoren, deren Beschreibungen zuvor in der Zeitschrift „Radio“ veröffentlicht wurden [1 - 3], arbeitet der vorgeschlagene Sensor nach einem etwas anderen Prinzip, das durch ein Patent geschützt ist [4].

Wichtigste technische Merkmale

• Tonfrequenz, kHz ...... 10
• Abgestrahlte Schallleistung, mW, nicht mehr......5
• Versorgungsspannung (konstant), V......10...16
• Stromverbrauch im Standby-Modus, mW......120
• Abmessungen, mm......150x50x30

Der Ausgangskreis besteht aus „trockenen“ Relaiskontakten; zusätzlich wird die Aktivierung durch das Aufleuchten der LED angezeigt.

Das Schema des Geräts ist in Abb. eines.

(zum Vergrößern klicken)

An den Eingang des Verstärkers der Operationsverstärker DA1.1 und DA1.2 ist ein piezoelektrisches Mikrofon VM1 und an den Ausgang ein piezoelektrischer Schallsender BF1 angeschlossen. Dadurch erfährt der Verstärker eine akustische Rückkopplung durch ein kontrolliertes Gasvolumen, wodurch es zu Eigenschwingungen im System kommt. Ihre Frequenz hängt vom Frequenzgang und Phasengang der Elemente (hauptsächlich Mikrofon und Sender) sowie von den akustischen Eigenschaften des Schutzbereichs ab. Die Schwingungsamplitude wird durch ein AGC-System konstant gehalten, das aus einem Detektor an den Dioden VD2, VD3 und einem Verstärker an einem der Elemente der Mikroschaltung DA2 K176LP1 besteht. Die AGC-Steuerelemente sind einzelne Feldeffekttransistoren, die sich in derselben Mikroschaltung befinden, deren Drain-Source-Abschnitte in die lokalen Rückkopplungsschaltungen der Kaskaden an den Operationsverstärkern DA1.1 und DA1.2 eingebunden sind.

Wenn sich ein Objekt (Eindringling) im empfindlichen Bereich des Sensors bewegt, ändert sich die Dämpfung und Verzögerung der von ihm reflektierten Schallwellen, was zu einer Änderung der Amplitude der vom Sensor erzeugten Schwingungen führt. Die Schaltkreise R7C10 und R6C1C6 legen die Frequenzeigenschaften des AGC-Schaltkreises fest, die für einen stabilen Betrieb des Sensors unter verschiedenen Bedingungen erforderlich sind und gleichzeitig Änderungen der Signalamplitude effektiv überwachen.

Der durch Bewegung verursachte Wechselspannungsanteil am Ausgang des AGC-Verstärkers wird dem Eingang des Komparators DA1.3 zugeführt. Die Ansprechschwelle wird durch den Trimmwiderstand R8 eingestellt. Die HL1-LED ist über einen Pufferverstärker, der aus zwei parallel geschalteten Elementen der DD1-Mikroschaltung besteht, mit dem Ausgang des Komparators verbunden und blinkt, um Bewegungen im geschützten Bereich anzuzeigen.

Darüber hinaus löst das Signal von den Ausgängen der Elemente DD1.1 und DD1.2 eine monostabile Schaltung an den Elementen DD1.3 und DD1.4 aus, deren Impulse den Schalter am Transistor VT2 öffnen und das Relais K1 in Betrieb setzen. Der One-Shot-Generator erzeugt nur dann Impulse, wenn der Eingang 13 des Elements DD1.4 einen hohen Logikpegel hat. Dank der R14C16-Schaltung wird dieser Wert erst einige Zeit nach dem Einschalten der Stromversorgung erreicht, sodass der Sensor in den stabilen Zustand wechseln kann, ohne dass Alarme ausgelöst werden.

Wenn Alarmimpulse zu oft wiederholt werden, wird der Kondensator C16 über den Widerstand R16 und die Diode VD5 entladen, wodurch der Start des Monovibrators blockiert und ein unnötiger Betrieb des Relais K1 verhindert wird. Dadurch werden erhebliche Einsparungen bei der Relaislebensdauer und dem Stromverbrauch erzielt.

Der Versorgungsspannungsstabilisator ist nach einer etwas ungewöhnlichen Schaltung mit einem Regeltransistor VT1 im Minuskreis aufgebaut, wodurch die Anzahl der Teile im Gerät reduziert werden konnte. Die Diode VD1 schützt vor falscher Polarität des Anschlusses an die Stromquelle.

Das Aussehen des Sensors ist in Abb. dargestellt. 2. Die Montage erfolgt auf einer Leiterplatte, die in einem Gehäuse aus Isoliermaterial, beispielsweise Polystyrol, untergebracht ist. Das VM1-Mikrofon und der BF1-Sender sind auf der oberen Abdeckung des Gehäuses installiert und durch 3 mm dicke Schaumstoffscheiben akustisch vom Gehäuse und voneinander isoliert. Je größer der Abstand zwischen Sender und Mikrofon ist, desto höher ist die Empfindlichkeit des Sensors. Im Entwurf des Autors waren es 100 mm. Die gleiche Abdeckung hat ein Loch für die HL1-LED.

Als BF1 und VM1 werden die gleichen piezoelektrischen VUTA-1-Wandler des Unternehmens Alfa-Optim (Wolgograd) verwendet. Es wäre wünschenswert, sie durch höherfrequente und empfindlichere zu ersetzen, dies erfordert jedoch einige Modifikationen am Sensor, wodurch sich die Frequenzeigenschaften der Selbsterzeugungsschaltung ändern.

Der Sensor ist mit Oxidkondensatoren K50-35, Keramikkondensatoren K10-17, Widerständen MLT-0,125 und Relais RES55A (Pass RS4.569.600-01) ausgestattet. KT361B-Transistoren können durch KT361G, KT361E und andere Silizium-PN-P-Strukturen mit geringem Stromverbrauch ersetzt werden.

Beim Anpassen der Empfindlichkeit des Sensors (mit Trimmwiderstand R8) ist es manchmal erforderlich, die Pins 12 und 13 des Elements DA1.3 zu vertauschen, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen.

Literatur

1. Will W. Ultraschall-Autobegleiter. - Radio, 1996, Nr. 1, p. 52-54.
2. Volkov A. Ultraschall-Sicherheitsalarmsensor. - Radio, 1996, Nr. 5, p. 54-56.
3. Koinov A. Ultraschall-Sicherheitsgerät. - Radio, 1998, Nr. 7, p. 42.
4. Guskov V., Guskova M. Eine Methode zur Bestimmung von Zustandsänderungen eines mit einem elastischen Medium gefüllten Volumens und Geräte (Optionen) zu ihrer Umsetzung. - RF-Patent Nr. 2104494 MKI 6G 01D1/18, angemeldet am 26. Januar 1995, veröffentlicht am 10. Februar 1998

Autoren: V.Guskov, V.Sviridov, Samara

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