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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Der Einsatz von Ultraschall. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Elektronik im Alltag Die Verwendung von Ultraschall ist eine weitere Richtung in der Entwicklung von Näherungsdetektoren. Abbildung 1 zeigt, wie ein solches Gerät funktioniert. Der obere Teil der Abbildung zeigt eine mögliche Anordnung, wenn sich Sender und Empfänger des Ultraschalls gegenüberliegen. Solange nichts den Ultraschall daran hindert, den Empfänger vollständig zu erreichen, wird die Schaltung gehalten. Und nur der Eindringling, der sich zwischen Sender und Empfänger befindet, kann dies verhindern.
Eine solche Vorrichtung kann ein sehr hohes Maß an Zuverlässigkeit bereitstellen. Schließlich wird jede Verringerung des Signalpegels vom Sender oder sogar die Beendigung seines Betriebs im Allgemeinen von den Empfängerschaltungen als Gefahr angesehen. Die obigen Beispiele können einfach auftreten, wenn der Sender deaktiviert ist. Unten in der Figur ist eine weitere effektive Empfänger- und Senderanordnung dargestellt. Dabei wird der Ultraschall von einem entfernten festen Gegenstand reflektiert und trifft auf den Empfänger. Das vom Sender ausgesandte Signal muss stark genug sein. Natürlich löst jedes Objekt, das dem Geräusch im Weg steht, einen Alarm aus. Eine andere Art der Bedienung des Geräts ist möglich. In diesem Fall gelangt der Schall nur durch Abprallen des Einbrechers in der Nähe von Sender und Empfänger zum Empfänger. Alle beschriebenen Methoden sind gut, also wählen Sie diejenige, die Ihren Bedingungen am besten entspricht. Ultraschall-Wächter mit separatem Empfänger und Sender Abbildung 1 zeigt ein schematisches Diagramm eines Ultraschallsenders. Es basiert auf einem Timer vom Typ 555, und die Betriebsfrequenz wird durch die Werte der Widerstände R1 und R4 und des Kondensators C1 bestimmt.
Der Ultraschallsender TR1 liefert die größte Leistung bei seiner eigenen Resonanzfrequenz, was bedeutet, dass er mit genau dieser Frequenz betrieben werden muss. Wenn die Frequenz des Senderoszillators während des Betriebs des Geräts „schwebt“, führt dies irgendwann zu einer Verringerung des Pegels des vom Sender ausgesendeten Signals, d.h. wird einen Fehlalarm auslösen. Um die Frequenzstabilität des Generators zu erhöhen, wird über den Kondensator C3 eine Rückkopplung erzeugt. Der Emitter selbst ähnelt einem Resonanzkreis, dessen Signal bei der Resonanzfrequenz maximal ist. Somit hält die induzierte positive Rückkopplung den Generator auf der Eigenfrequenz des Emitters und schränkt den Bereich seiner Abstimmung durch den Widerstand R4 ein. Um die Frequenzstabilität weiter zu erhöhen, sollte die Schaltung von einer stabilisierten Stromversorgung gespeist werden. Es muss jedoch gesagt werden, dass Versorgungsspannungsstöße bis zu 1 V weder zu einer Frequenzverschiebung noch zu einer Verringerung des Ausgangssignalpegels führen. Der Sender wird auf einer Isolierstoffplatte montiert und in ein Metall- oder Kunststoffgehäuse eingebaut. Seien Sie bei der Installation vorsichtig, aber im Allgemeinen ist das Schema für die Anordnung der Teile nicht entscheidend, und wählen Sie das Design nach eigenem Ermessen aus. Da der Sender aus wenigen Teilen besteht, wäre es schön, sowohl die Platine als auch den Emitter in einem Gehäuse unterzubringen. Außerdem beeinträchtigen lange Verbindungsdrähte, die zum Emitter führen, den Betrieb der Schaltung nachteilig. Aber wenn Sie trotzdem nicht auf Drähte verzichten können, machen Sie sie nicht länger als 15 cm. Wenn alle Vorbereitungsarbeiten abgeschlossen sind, fahren Sie mit der Einrichtung des Senders fort. Die Aufgabe besteht darin, ihn auf die Eigenfrequenz des Emitters abzustimmen. Wenn Sie ein Oszilloskop haben, verbinden Sie dessen Signalleitung mit dem Verbindungspunkt der Kondensatoren C2 und C3 und die Masse mit der gemeinsamen Leitung des Stromkreises. Stellen Sie den Verstärkungsbereichsschalter auf 1 V/Div. Verwenden Sie den Widerstand R4, um eine deutliche Erhöhung der Signalamplitude auf dem Oszilloskopbildschirm zu erreichen. Das maximale Signal zeigt an, dass wir uns auf die Resonanzfrequenz eingestellt haben. Dieser einzelne Vorgang des Einrichtens des Senders kann verschoben werden, bis der Empfänger bereit ist. Die Empfängerschaltung ist in Abb. 2 dargestellt.
Die Transistoren Q1, Q2 und Q3 bilden einen bekannten dreistufigen Verstärker, dessen Aufgabe es ist, den Pegel des empfangenen Signals auf einen messbaren Wert zu erhöhen und den Transistor Q4 mit der resultierenden Konstante in einen offenen Zustand zu versetzen Stromspannung. Die Gesamtverstärkung der Schaltung wird durch einen variablen Widerstand R13 gesteuert, der in der Emitterschaltung des Transistors Q3 enthalten ist. Vom Kollektor dieses Transistors geht das Signal mit einer Verdoppelung der Spannung zum Gleichrichter. Die über dem Kondensator C5 erzeugte Gleichspannung erzeugt über den Widerstand R4 eine Vorspannung an der Basis des Transistors Q12. Die Montage des Empfängers unterscheidet sich praktisch nicht von der Montage des Senders. Auch hier sollten die Leitungen, die den Ultraschallsensor mit der Schaltung verbinden, so kurz wie möglich gehalten werden. Legen Sie die fertige Platine in ein Metall- oder Kunststoffgehäuse. Inbetriebnahme des Gerätes Folgt man dem Bild oben in Abb. 3.20, sollte der erste Schritt bei der Überprüfung der Funktion der Schaltung darin bestehen, zu bestimmen, wie weit Empfänger und Sender voneinander getrennt werden können. Wählen Sie einen Ort, an dem es keine Luftströmungen gibt. Platzieren Sie den Sender des Senders in einer Höhe von 1 m über dem Boden und richten Sie ihn auf einen offenen Raum. Schalten Sie den Empfänger vorübergehend ein. Stellen Sie den Widerstand R13 auf die Position des niedrigsten Widerstands ein, was der maximalen Verstärkung entspricht. Schließen Sie ein DC-Voltmeter an die Liv-Klemmen an. Wenn die Amplitude der Ultraschallwellen hoch genug ist, zeigt das Voltmeter eine Spannung an, die fast der Versorgungsspannung entspricht. Entfernen Sie sich langsam mit dem Empfänger vom Sender des Senders. Irgendwann beginnen die Messwerte des Voltmeters zu springen und fallen manchmal sogar auf Null. Verringern Sie danach den Abstand um 30-60 cm und vergewissern Sie sich erneut, dass das Gerät zuverlässig funktioniert. Bei der Installation eines Ultraschallmelders sind einige klare Richtlinien zu beachten. 1. Rühren Sie es nicht in dem Bereich um, in dem die Klimaanlage im Blasluftmodus arbeitet. Andernfalls wird der Alarm bei jedem Schalten ausgelöst. Wie oben erwähnt, ist es möglich, Sender und Empfänger so anzuordnen, dass letzterer den von jeder festen Oberfläche reflektierten Schall wahrnimmt. Es könnte ein Stapel oder eine Tür sein. Menschliche Kleidung reflektiert schlecht und absorbiert dagegen Ultraschall gut. Wenn jemand einen der Balken überquert, wird der Alarm ausgelöst. Wenn die Tür scharf geschaltet war, reagiert das Gerät beim Öffnen. Der Sender des Senders und der Ultraschallsensor des Empfängers befinden sich in einem Abstand von nicht mehr als 5 cm voneinander, während das Gerät eine Person oder einen Gegenstand in wenigen Zentimetern Entfernung von ihm "bemerken" kann. Wo auch immer Sie Ihre Kreation aufstellen, vergessen Sie Folgendes nicht: Stellen Sie nicht auf maximale Empfindlichkeit ein und verwenden Sie das Gerät bei widrigen Umgebungsbedingungen. Signalgerät mit kombiniertem Empfänger und Sender Das Schema des nächsten Ultraschallschutzes ist in Abb. 1 dargestellt. Das Schema ist insofern ungewöhnlich, als es auf der Grundlage einer Mikroschaltung einen Sendergenerator enthält und auch als selektiver Empfänger des reflektierten Signals fungiert. Dazu wird eine 567-Mikroschaltung verwendet, die eine Signalquelle und ihren Empfänger enthält.
Schauen wir uns genauer an, wie eine Schaltung funktioniert, die Doppelarbeit ausführt. Die Wellen werden von einem piezokeramischen Sensor wahrgenommen, danach werden sie durch eine Kaskade am Transistor Q2 verstärkt, sie gehen zu Pin 3 der Mikroschaltung, und die Signalfrequenz ist genau gleich der von der Mikroschaltung selbst erzeugten. Im Gegensatz zu dem zuvor beschriebenen Gerät spielt es in dieser Situation keine Rolle mehr, wie stark die Frequenz von der ursprünglich eingestellten abweichen darf. Die Betriebsfrequenz wird durch die Werte der Widerstandskette R3 und R6 und die Kapazität des Kondensators C3 bestimmt. Die Regelung erfolgt über den variablen Widerstand R6. Sie kann je nach Nennleistung zwischen 8 und 25 kHz variieren und wird letztendlich durch die verwendeten piezoelektrischen Sensoren bestimmt. Von Pin 5 der Mikroschaltung wird ein Rechtecksignal an die Basis des Transistors Q1 geliefert, der gemäß einer Schaltung mit einem gemeinsamen Kollektor verbunden ist. Als Last für diesen Transistor ist eine Kette aus Widerstand R5 und einem niederohmigen Lautsprecher angeschlossen. Wenn am Eingang der Schaltung ein Signal mit ausreichender Amplitude empfangen wird, leuchtet die LED auf und die Anschlüsse A und B sind normalerweise geschlossene Kontakte. Wenn die Amplitude des Signals abnimmt oder ganz fehlt, geht der Ausgang der Schaltung in einen offenen Zustand über. Ansonsten kann dieses Gerät in jeder in Abb. vorgeschlagenen Konfiguration verwendet werden. 3.20. Ehrlich gesagt funktioniert die Schaltung bei hohen Audiofrequenzen besser als bei Ultraschallfrequenzen. Das letzte Wort über die Betriebsfrequenz sagen der Emitter und der piezoelektrische Sensor, die im Gerät verwendet werden. Für diejenigen, die in der Liste der anwendbaren Teile aufgeführt sind, reicht die Frequenz von 8 bis 16 kHz. Wenn Sie mit solchen Frequenzen nicht zufrieden sind, müssen Sie nur ein anderes "Paar" wählen, da die Schaltung selbst mit Frequenzen von bis zu 25 kHz arbeiten kann. Die Obergrenze wird nur durch die Fähigkeiten der Mikroschaltung begrenzt. Sie sollten es jedoch nicht besonders sein eifrig, da es bei Frequenzen über 43 kHz bereits schwierig ist, einen Sender und einen piezoelektrischen Sensor auszuwählen. Zusammen mit zwei vorgeschlagenen Konvertern funktioniert die Schaltung sehr gut bei einer Frequenz von 12 kHz. Und es ist nicht beängstigend, dass sie gehört wird. Schließlich traut sich kaum jemand, mit ihr zu streiten. Und die Mäuse würden anscheinend einen anderen Ort als diesen bevorzugen. Schaltungsversammlung Die Teile der Schaltung sind auf einer Platte aus Isoliermaterial montiert, und da es nicht so viele davon gibt, beeinträchtigt die Montagedichte ihren Betrieb nicht. Bei dieser Konstruktion ist es nicht erforderlich, den piezoelektrischen Sensor und den Emitter in der Nähe der Schaltung selbst anzuordnen. Dann ist es jedoch wünschenswert, für jeden Konverter abgeschirmte Drähte zu verwenden. Dadurch wird eine direkte Verbindung zwischen dem Ausgang und dem Eingang der Schaltung vermieden. Inbetriebnahme des Gerätes. Nachdem Sie die korrekte Installation überprüft haben, schließen Sie den Stromkreis an. Dies kann eine Quelle von 6-9 V sein. Stellen Sie den Schieber des Widerstands R6 auf die mittlere Position, und Sie sollten ein hohes Quietschen hören. Installieren Sie den Sender auf einem Tisch oder einem anderen Ständer, sodass davor ein Freiraum von 3 m bleibt. Halten Sie den piezoelektrischen Sensor in Ihren Händen und richten Sie ihn auf den Sender. Die LED sollte aufleuchten. Bewegen Sie sich mit vom Sender weg des piezoelektrischen Sensors achten Sie auf die Stelle, an der die LED erlischt, das bedeutet, dass Sie den Punkt der maximalen Empfindlichkeit gefunden haben. Wir geben die Orte an, an denen es zweckmäßig ist, einen solchen Alarm zu platzieren: - durch den Raum; Veröffentlichung: N. Bolschakow, rf.atnn.ru
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