Что такое акустический датчик

Работа многих систем охранной сигнализации основана на очень простом принципе: в охраняемом помещении в неурочное время не должно быть никакого движения. Чтобы обнаружить его, помещение "заполняют" излучением — чаще всего радио- или акустическим. Многократно отразившись от стен и находящихся в помещении предметов, лучи достигают приемника. Любое изменение обстановки вызовет модуляцию принятого сигнала, что и зафиксирует датчик.

Акустические (ультразвуковые) датчики такого типа имеют довольно существенное преимущество над использующими радиоволны — ничего не излучая в "эфир", они не требуют оформления разрешений на установку и эксплуатацию. Читателям предлагается описание одного из подобных датчиков, сравнительно простого и достаточно чувствительного для охраны помещения площадью до 20 м2.

В отличие от акустических датчиков, описания которых были ранее опубликованы в журнале "Радио" [1 — 3], предлагаемый действует по несколько иному принципу, защищенному патентом [4].

Частота звука, кГц 10

Излучаемая акустическая мощность, мВт, не более 5

Напряжение питания (постоянное), В 10. 16

Потребляемая мощность в дежурном режиме, мВт 120

Габариты, мм 150x50x30

Выходная цепь — "сухие" контакты реле, кроме того, о срабатывании сигнализирует зажигание светодиода.

Схема прибора показана на рис.1. К входу усилителя на ОУ DA1.1 и DA1.2 подключен пьезоэлектрический микрофон ВМ1, к выходу — пьезоэлектрический звукоизлучатель BF1. В результате усилитель охвачен акустической обратной связью через контролируемый газовый объем, за счет которой в системе возникают автоколебания. Их частота зависит от АЧХ и ФЧХ элементов (в первую очередь микрофона и излучателя) и от акустических свойств охраняемого помещения. Амплитуду колебаний поддерживает постоянной система АРУ из детектора на диодах VD2, VD3 и усилителя на одном из элементов микросхемы DA2 К176ЛП1. Регулирующими элементами АРУ служат имеющиеся в той же микросхеме отдельные полевые транзисторы, участки сток—исток которых включены в цепи местной обратной связи каскадов на ОУ DA1.1 и DA1.2.

Если в чувствительной зоне датчика движется какой-либо объект (нарушитель), изменяется затухание и задержка отраженных от него акустических волн, что приводит к изменению амплитуды генерируемых датчиком колебаний. Цепями R7C10 и R6C1C6 заданы частотные характеристики контура АРУ, необходимые для устойчивой работы датчика в различных условиях при эффективном слежении за изменениями амплитуды сигнала.

Переменная составляющая напряжения на выходе усилителя АРУ, вызванная движением, поступает на вход компаратора DA1.3. Порог срабатывания устанавливают подстроечным резистором R8. К выходу компаратора через буферный усилитель из двух соединенных параллельно элементов микросхемы DD1 подключен светодиод HL1, вспышками свидетельствующий о движении в охраняемом помещении.

Кроме того, сигнал с выходов элементов DD1.1 и DD1.2 запускает одно-вибратор на элементах DD1.3 и DD1.4, импульсы которого открывают ключ на транзисторе VT2, заставляя сработать реле К1. Одновибратор генерирует импульсы лишь при условии, что на входе 13 элемента DD1.4 — высокий логический уровень. Благодаря цепи R14C16 этот уровень будет достигнут лишь через некоторое время после включения питания, давая датчику возможность войти в установившийся режим, не подавая сигналов тревоги.

Если тревожные импульсы повторяются слишком часто, конденсатор С16 разряжается через резистор R16 и диод VD5, что блокирует запуск одновибрато-ра и предотвращает лишние срабатывания реле К1. Таким образом достигается значительная экономия ресурса реле и потребляемой мощности.

Стабилизатор напряжения питания построен по несколько необычной схеме с регулирующим транзистором VT1 в минусовой цепи, что позволило уменьшить число деталей в приборе. Диод VD1 защищает от неправильной полярности подключения к источнику питания.

Внешний вид датчика показан на рис.2. Он собран на печатной плате, помещенной в корпус из изоляционного материала, например, полистирола. На верхней крышке корпуса установлены микрофон ВМ1 и излучатель BF1, акустически изолированные от корпуса и друг от друга с помощью поролоновых шайб толщиной 3 мм. Чем больше расстояние между излучателем и микрофоном, тем выше чувствительность датчика. В авторской конструкции оно составило 100 мм. В той же крышке предусмотрено отверстие для светодиода HL1. В качестве BF1 и ВМ1 применены одинаковые пьезо-преобразователи ВУТА-1, выпускаемые предприятием «Альфа-Оптим» (г. Волгоград). Замена их на более высокочастотные и чувствительные желательна, однако это потребует некоторых доработок датчика, изменяющих частотные характеристики контура автогенерации.

В датчике установлены оксидные конденсаторы К50-35, керамические К10-17, резисторы МЛТ-0,125, реле РЭС55А (паспорт РС4.569.600-01). Транзисторы КТ361Б можно заменить на КТ361Г, КТ361Е и другие маломощные кремниевые структуры р-п-р.

При регулировке чувствительности датчика (подстроечным резистором R8) иногда приходится для достижения нужного результата поменять местами выводы 12 и 13 элемента DA1.3.

1. Вилл В. Ультразвуковой автосторож. — Радио, 1996, № 1,с. 52—54.

2. Волков А. УЗ датчик охранной сигнализации. — Радио, 1996, № 5, с. 54—56.

3. Койнов А. Ультразвуковое охранное устройство. — Радио, 1998, № 7, с. 42.

4. Гуськов В., Гуськова М. Способ для определения изменения состояния объема, заполненного упругой средой, и устройства (варианты) для его осуществления. — Патент РФ № 2104494 МКИ 6G 01D1/18, заявлено 26 января 1995 г., опубликовано 10 февраля 1998 г.

Читайте также:  Рейтинг лучших обоев для стен

Автор текста: В. Гуськов, В. Свиридов, г. Самара, Радио 8/2002

HTML код для размещения на сайте или в блоге

Датчик, реагирующий на наличие звука — чудо техники, предназначенное для упрощения жизни и экономии ваших денег. Что это такое, и как его сделать, можно детально изучить в этом материале.

Введение

Датчики звука появились достаточно недавно, их основная функция – это включение света. В основном их используют в помещениях, где не всегда удобно или не стерильно искать выключатель. Это могут быть как больницы – где по правилам асептики небезопасно касаться сторонних предметов, так подъезды и жилые дома, тем самым экономя электроэнергию и время на поиски выключателя.

Описание и назначение

Датчики звука появились в начале 90-х годов и использовались в системах безопасности. Изначально они прославились низкой чувствительностью и ложными срабатываниями. Современные модели исправили эти недостатки и теперь они очень чувствительные и срабатывают только в подходящий момент.

Нынешние датчики владеют возможностью распознавать звука на основе записанного в него эталона, который записан в само устройство. Простые датчики не могут анализировать и реагируют на любой шум, чуть дороже – на хлопок, а лучшие образцы запрограммированы на огромное количество команд, поэтому стоят намного дороже.

Назначение это чудо техники получило в осветительных приборах, выполняя функцию включения и выключения света, когда приближается человек и образуется шум, то свет включается через 1-2 секунды, когда звук пропадает, проходит 15-0 секунду и происходит выключение света. Их используют в подъездах, жилых комплексах, больницах, туалетах. Они являются отличным выходом для семей, где есть дети. Очень часто, ребенок боится темноты, а такой датчик сможет решить проблему темных коридоров и страхов детей.

Конструкция и принцип действия

Датчик состоит из нескольких деталей: Микрофон, усилитель, реле и электроника, для анализа поступившего звука.
Звуковые датчики – это акустические устройства, поэтому, работают они по принципу поиска акустических волн. Когда звуковая волна попадает в устройства – происходит анализ, в соответствие с определенным параметром тишины. Контрольным пунктом выступают скорость и амплитуда звуковой волны, то-есть прибор реагирует на шумовой диапазон. Когда устройство получило эти данные, оно сравнивает их с запрограммированными, после отправляя команду на реле, что в свою очередь замыкает электрическую цепь и включает таймер, по истечению которого – зажигается свет.

Освещение включается на определенное время, в течении которого датчик не анализирует звуки, потом все начинается сначала, и если шума нет – то свет гаснет.

Датчики обладают слишком высокой чувствительностью и, чтобы минимализировать ложные срабатывания, нужно его настроить. Поэтому на датчике есть кнопки или колесики, которые настраивают границы предельного шума. Обычно выставляют 50 дБ – это равносильно хлопку в ладоши. Второй регулятор отвечает за время, через которое должен включиться свет.

Разновидности

В наше время, датчики делятся на три типа:

  • Стандартные датчики – реагируют на любой шум или команду.
  • Оптико-акустические модели. Если взять в расчет стандартный датчик, который может реагировать только на звук, то эти приборы работают совсем по-другому. Они не только ловят звук, но также ориентируются в уровне освещения в помещении, это позволяет не включать освещение в светлое время суток и этим экономить электроэнергию и деньги предприятия. Их строение отличается наличием фотоэлемента, с помощью которого и производится анализ освещенности помещения.
  • Звуковые датчики с обнаружением движения. Они способны реагировать не только на происходящий шум, но и включать свет, при появлении живых существ. Но их использование не всегда является удобным из-за множеств ложных срабатываний, которые происходят из-за грызунов, домашних животных и прочей живности.

Сферы применения

Звуковой датчик применяют в подъезд, что удобно в темное время суток, для людей которые возвращаются с работы. В больницах по причине стерильности, не очень удобно хирургу, который следует на операцию включать в коридоре или в любом другом месте свет. Последнее время, эти устройства широко используются в системах “умный дом”. В помещениях, жилых комплексах для людей с ограниченными возможностями.

Также на складах, где нет возможности включить сет, по причине занятости рук другими предметами и различных предприятиях, в последних принято использовать функцию “Хлопка”. И, конечно, в жилых домах, куда люди практически не заходят, к ним относятся кладовые, чердаки и подвалы, из-за их расположения и кромешной темноты, поиски выключателя могут закончится травмой.

Как изготовить своими руками

Существует несколько способов изготовления датчика звука, ниже мы рассмотрим основные из них.

Простейшая схема

Самая простая схема состоит из акустического реле в количестве двух штук и триггера.

Акустическое реле

Проще этой схемы вы не сможете найти, ведь это реле собрано на одном транзисторе.

Выбор пал на МП 39 – это довольно старый германиевый транзистор. Их, обычно, полно в древней технике прошлого века. Микрофон мы тоже берем со старого телефона – это обычный угольный микрофон. Их можно достать из старого телефона, где номера набираются диском. Этот радиомикрофон обладает повышенной очень чувствительный наделен минимальной частотой диапазанного пропуска. Последнее уменьшает вероятность срабатывания от обычных шумов.

Читайте также:  Клей для плитки на гипсовой основе

Принципы работы данной схемы:

  • Появился шум — упало сопротивление у микрофона. Далее вступает в силу конденсатор C1, который направляет переменный ток в транзистор.
  • После получения тока, транзистор отвечает за усиление сигнала
  • Далее принимает участие C2, с помощью коллектора транзистора происходит удвоение напряжения.
  • Теперь обращаем внимание, что через R3 проходит уже удвоенное напряжение на базу транзистора.
  • После этих действий наблюдаем, что транзистор открыт и работает в роли усилителя
  • Потом ток направляется на P1 и происходит замыкание контактов KP1.
  • Переменный ток пропадает, если звук отсутствует, а транзистор находится в полуоткрытом виде.

Схему можно собрать по разному, например на печатной или макетной плате и используют блок питания, вольтаж которого равняется 9-12 единицам.

Триггер для управления освещением

Триггер даст возможность запускать и отключать свет при появлении звука.

Как все происходит:

  • Зашли и хлопнули в ладоши – свет включился.
  • Выходите и снова хлопаете – свет выключается.

Здесь лучше всего брать в расчет мощные диоды. Которые смогут выдержать напряжение в 220 единиц вольтажа и проходящий сквозь лампы ток. Обратите внимание, что конденсатор C1, который используется в этой схеме, обязан выдержать такое же напряжение.

Как работает схема:

  • Появился звук – замкнулся контакт KP1.
  • Напряжение заряжает конденсатор C1.
  • Проходимый электрический ток, который конденсатор проводит, изменяет положение якоря в другое место и Л1 включается.
  • D1 блокирует реле.
  • При этом D2 стоит в состоянии полной готовности.
  • Когда звук образуется снова — проводит ток сквозь диод D2, после чего якорь возвращается в начальное состояние и свет гаснет ( Л1 выключается).

Чтобы триггер включал и выключал лишь одну лампу, нужно конденсатор и резистор поставить взамен Л2.

Схема на трех транзисторах

Давайте посмотрим на схему посложнее. Которая может работать сама и включать свет по первому звуку, а по второму выключать.

Посмотрев на эту схему, мы видим транзисторы KT315 и KT818 – они продаются в любом спец магазине.

Чувствительность этого чуда техники, при питании 9B – является 2 метра. Соответственно, если увеличивать напряжение – то увеличиваем и восприимчивость, если уменьшать – ну, вы поняли.

Микрофон берем электродинамический. Вольтаж, которое должно выдержать реле равняется 220 единицам, не забываем и про проходимый ток.

Если хотите запитать акустическое реле нужно взять блок питания. В данном случае подойдет абсолютно любой с диапазоном 9-15B. Реле собирается на макетной или печатной плате.

С использованием микросхем

Более сложный, но очень интересный вариант. В нем используется микросхема. А чем именно он интересен – так это тем, что в не нужно дополнительно устанавливать блок для питания, так-как он уже есть в нем. И еще одно отличие – здесь стоит тиристор взамен электромагнитного реле.

Что же нам это дает?

Реле имеет ограниченное количество срабатываний, а тиристор – нет. Так же тиристор уменьшает габариты устройства, что тоже идет нам на руку. Аппарат что представлен ниже, имеет чувствительность 6 метров и работает с лампами 60-70 Вт, и конечно – защиту от помех.

Увеличение

Как вы могли заметить выше, что реле рассчитано на ограниченную нагрузку в размере 60-70 Вт. Для обычного освещения в подъезде или туалете этого вполне достаточно. Но в некоторых случаях, этого будет мало, тогда диоды VD2-VD5 и тиристор VS1 – закрепляют на радиаторы, чтобы те уменьшали их нагрев.

Места, где соприкасаются радиатор с другими деталями, должны быть хорошо отшлифованными. Это позволит получить нужный контакт. В этом случае теплопроводная паста будет вашим спасением от перегрева.

Обратите внимание, что нужно изолировать радиаторы.

Использование датчиков звука в режиме шума

Изначально реле реагирует на команды, которые подает человек. В нашем случае – это хлопок. Но в некоторых ситуациях, нам нужна реакция на шум, для этого, нужно немного переделать реле. И самое интересное, что не нужно ничего усложнять. Схема требует небольших изменений.

К транзистору VT3 нужно подключить выход первого триггера(То-есть вывод 13 микросхемы соединяем с R7) и выходит так, что вторая часть микросхемы теряет свою необходимость.

Теперь одновибратор создает импульс всего на 0.5 секунды(на этот промежуток времени включается свет) Его будет недостаточно. Чтобы решить эту проблему, мы повышаем емкость конденсатора C4 и резистора R6. И смотрим на отклик, пока она не будет нас устраивать.

Вы можете долго и нудно настраивать нужную задержку, то увеличивая, то уменьшая емкости. Но желательно воспользоваться простой формулой T=CxR

Преимущества и недостатки

Все в нашем мире имеет свои плюсы и минусы, и датчики имеют свои преимущества и недостатки. К положительным качествам можно отнести:

  • Небольшая стоимость позволяет использовать их любой категории людей.
  • Радиус действия достаточно велик, что позволяет услышать появление человека и включить свет в нужное время.
  • Датчик окупается тем, что уменьшает затраты на электроэнергию и покупку новых ламп.
Читайте также:  Таймер включения на дин рейку

Также свет выключается не сразу, а через определенный промежуток времени. Это позволяет пройти нужные комнаты и не оказаться в полной темноте.

Но и недостатки у этого устройства тоже есть. К ним относится невозможность монтажа в шумных местах и постоянные срабатывания дешевых моделей. Поэтому, китайские бюджетные датчики не рекомендуется использовать.

Общее название звуковой датчик относится к классу разнообразных механизмов. Акустическая или механическая волна используется в качестве устройства обнаружения. Когда распространение волны происходит внутри или на поверхности материала, любые изменения параметров линии распространения волны оказывают свое влияние на амплитуду и скорость волны. Изменение скорости волны показывают фазовые параметры и частота.

Звуковой (акустический) датчик использует пьезоэлектрические материалы и не только. Пьезоэлектричество – это электрический заряд, который возникает благодаря механическому напряжению. Данное высказывание верно и в обратном направлении. Использование определенного электрического поля к материалу вызывает механическое напряжение. Звуковые пьезоэлектрические сенсоры вызывают механические волны при помощи электрического поля.

Датчик света звуковой способен значительно уменьшить затраты на электричество. Данный механизм имеет высокую надежность. Если в комнате порог шумов превышает установленное значение, то свет включается автоматически на протяжении 1-2 секунд. Если звуки в помещении отсутствуют, то свет выключится через 15-20 секунд.

В качестве звукового датчика используется микрофон, который служит для преобразования звуковых колебаний в электрическое переменное напряжение. Относительно классификации, звуковые микрофоны бывают двух обширных групп:

Высокоомные микрофоны представляют собой эквивалентные переменные конденсаторы, низкоомные – катушки индуктивности, имеющие подвижные магниты (переменные резисторы).

Самыми известными среди высокоомных микрофонов являются электретные, параметры которых приводятся в стандартном диапазоне частот: 20 Гц – 20 кГц. Основные характеристики: высокая чувствительность, малые искажения, широкая полоса пропускания, низкий уровень шума.

Существуют двухвыводные и трехвыводные электретные микрофоны. Для того, чтобы можно было легче идентифицировать провода, выходящие из микрофона, их намеренно создают разноцветными.

Невзирая на то, что микрофон оснащен транзистором, подача сигнала прямо с него недальновидна. Требуется звуковой предварительный усилитель. Вообще, электретные микрофоны схожи с пьезодатчиками вибрации, но обладают, в отличие от последних, линейной передаточной и более широкой частотной характеристикой, что дает возможность обрабатывать без искажений звуковые сигналы.

Электродинамические микрофоны представляют собой катушку индуктивности, диафрагму и магнит. Под влиянием звуковых сигналов диафрагма отдаляет или приближает магнит от катушки индуктивности, благодаря чему в катушке создается переменное напряжение.

Сигнал от такого микрофона очень слабый, поэтому чаще всего применяются усилители, которые могут иметь низкое входное сопротивление. Соединительные проводы от входного усилителя к микрофону следует экранировать или уменьшить по длине не более 10-15 сантиметров. Для того, чтобы избежать ложного срабатывания, необходимо обернуть капсюль поролоном, а также не сильно прикручивать микрофон к стенке устройства.

Датчики движения, предназначенные для освещения

Звуковой датчик включения света бывает потолочным, настенным внутренней установки, настенным внешней установки, угловым и т. д. На выбор устройства влияет то, где будет применяться датчик движения.

Датчиками движения ошибочно называют все конструкции, которые автоматически включают или выключают свет, или конструкции, которые сигнализируют о том, что в охраняемой зоне присутствует человек. В действительности, существует несколько типов механизмов, которые работают на различных принципах:

• Дуальный датчик – является самым распространенным благодаря сочетанию разных типов;

• Инфракрасный – способен реагировать на тепловое излучение, которое создают люди, животные и любые движущие предметы в поле зрения прибора. Различают пассивные датчики, сканирующие тепловой окружающий фон, и активные, генерирующие инфракрасное излучение и реагирующие на сигнал, отраженный предметами;

• Датчик движения звуковой – способен реагировать на любой звук с установленным уровнем громкости, которые регулируется чувствительностью устройства;

• Микроволновый датчик – способен генерировать коротковолновое излучение, а также реагировать на отраженный сигнал. Основное преимущество – способность «видеть» сквозь небольшие преграды;

• Ультразвуковой – способен генерировать звук с высокой частотой, который не слышится ухом человека. Данные получает с отраженного сигнала.

Почему они все называются датчиками движения? Потому что они все способны реагировать на изменение характеристик пространства, вызываемые движением. При этом, любой тип датчика не застрахован от ложного срабатывания, к примеру, на условия погоды, посторонние звуки извне или на движения животных.

Чтобы осуществить защиту от криминального посягательства, существуют специальные замаскированные механизмы, монтируемые в предметы декора, выключатели или другие предметы, которые на первый взгляд неприметны. Естественно, что датчик света скрытый звуковой должен оснащаться специальной дополнительной электроникой. Также сегодня можно встретить датчик света звуковой, который представляет собой беспроводное устройство.

Принцип работы звукового датчика движения

Датчик движения для освещения звуковой получает информацию о том, что в охраняемой зоне присутствует человек. После получения звукового сигнала датчик выполняет одновременное включение реле времени и реле, включающее лампу. Реле времени оснащено регулировкой, с помощью которой можно самостоятельно задать диапазон срабатывания.

По истечению установленного времени, реле выключает реле лампы и при отсутствии движения свет гаснет. В случае, когда установленное время не истекло, и было зафиксировано движение, то начинается новый отсчет. Более того, датчик способен отслеживать уровень освещенности, который также можно отрегулировать. Если в помещении светло, лампа не включится.

Понравилась статья? Поделить с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock detector