Детектор вибрации

Такое устройство может обнаружить любой тип механических колебаний, могут быть использованы для решения различных бытовых проблем. Для достижения этого датчика, мы использовали небольшие пьезоэлектрические диски, : которые содержатся в зуммеры. Он найдет свое применение в системах сигнализации или в системах безопасности Служба систем. Идея этого собрания был рожден от разочарования некоторых жильцов здания, парковка их автомобиль на их месте, оказались слишком часто утро с кузовом помят и, конечно же, без каких - . либо указаний о личности правонарушителя несмотря ни на то, решил посрамить арендатора недобросовестного мужлана закупающая Пространство выполнять свои неуклюжие маневры за счет соседних транспортных средств, они решили установить на плате схемы, чувствительных к вибрации. Таким образом, в Течение нескольких ночей они обнаружили, что dehorner нераскаявшихся лист был не кто иной, как сын арендатора, молодого водителя, возвращаясь в первые часы ночи дискотека, немного навеселе, потеряв смысл в последнее время Приобрела геометрию парковок и особенно, вероятно, не узнал от ответственности в ущерб другим. оригинальный противоугонным ЭТА схема чувствительна к Вибрации могут быть использованы НЕ только: Чтобы быть немедленно уведомлены, если кто - то бьет ваш припаркованный автомобиль или мотоцикл, но если бродяга пытается заставить дверь вашего дома. мы расскажем вам, что мы использовали для обслуживания детектора (или датчика) до возбуждающие Вибрации реле для управления Кафедра: сирену или любой Другой В элемент, который может управляться с помощью реле. маленький диск пьезо внутри пьезоэлектрические зуммеры представляет собой небольшой диск (3 и 4) для Передачи звук ПРИ нанесении на клеммах акустической Частоты. Эти небольшие диски могут Также работать в обратном направлении, то есть, если вибрировал механически, может, на их терминалах, собирать БФ СИГНАЛ 20 мВ приблизительно. эта функция, электрический Сигнал Получить посредством Вибрации пьезоэлектрический с нами Капсулы используется в "пикап" (Вертушки головы), чтобы управлять звуки, когда их кончик сканирует паз диска. черный Мы заверяем вас заранее о Том, что, : Чтобы Получить этот маленький пьезоэлектрический диск вам придется покупать дорогостоящее зуммер, а затем уничтожить его, чтобы извлечь драгоценный маленький диск: на. самом деле он доступен и только дешево? Как вибрировать этот маленький диск в ЭТОМ маленьком вибрационного диске, сваривать, на его лице полностью из латуни, жесткой проволоки, железа или латуни, с диаметром 2 мм и длиной 70 мм (3 и 4). После этого вставить свободный конец проволоки в 3-полюсной клеммной колодки, выступающей в Качестве "противовеса" для передачи вибрации, обнаруженные на пьезоэлектрический диск. передаваемый электрический сигнал, этим диском берется из той стороны, где поверхность полностью белый и, для этого, необходимо сваривать конец проволоки меди соединен с инвертирующим входом операционного усилителя IC 1-а через резистор R3 10 кОм (1 и цифры 5). противоположная сторона, поверхность которого изготовлена из латуни, соединен с неинвертирующим + IC1 разъем-A и питается от положительного напряжения 6 в на клеммах резисторов и R1 R2. схема подключения мы уже уже говорили, электрический сигнал, создаваемый колебаниями, взимаемых на обеих сторонах пьезоэлектрического диска, подается на входные контакты первого операционного усилителя IC 1-заряда усилить приблизительно в 100 раз (рисунок 1). усиленный выходной сигнал от вывода 7 IC1-A выпрямляется диодным кремния DS1 и напряжения постоянного тока используется для зарядки электролитический конденсатор C5, расположенный на инвертирующий вход второго операционный усилитель IC1-Б. неинвертирующий вход того же противоположной IC1-B соединен через резистор R8, R6 к триммер для управления курсором чувствительности. Всякий раз, когда пьезоэлектрический диск получает вибрацию, светодиод DL1 . подключен к выходному контакту 1 IC1-B ламп Светотехнической Импульс Между этим индикатором, через конденсатор С6, в контакте 2 IC2 интегральная схема NE555 монтажа одновибратор. каждый импульс PIN ввода - кода 2 IC2 берется на вывод 3 положительного напряжения, поляризационные основание NPN транзистора TR2, помещает ЕГО в состояние проводимости, который возбуждает реле, подключенные к его коллектору. : Когда реле Находится под напряжением, светодиод DL2, подключен параллельно к катушке реле, загорается. цепь состоит из резисторов R12, R16, R17, C9 электролитические конденсаторы и диоды DS2 , DS3, DS4, служит, чтобы избежать, что всякий раз, когда реле отпускает, механические вибрации детектируют с помощью пьезоэлектрического диска, возбуждающие снова. триммер R14 подключенный к выводам 6 и 7 для держать используется под реле напряжением от 2 продолжительностью секунд до 2 минут. Транзистор TR1, коллектор подключается к контакту 4 IC2 держать сброс обеспечивает интегральной схемы в Течение 10 секунд примерно, каждый раз, нами Сборка под Находится напряжением. Это необходимо, чтобы избежать, что детектор имеет контроль над, прежде чем мы могли бы оставить. и двери Закрыв машину Все Может питаться стабилизированным цепи 12 напряжением В. Рисунок 1:. вибрация детектора Схема на небольших пьезоэлектрических дисков, берется сигнал, создаваемый какой - либо механической Вибрации и на Двух применяется входных выводов операционного усилителя IC1-A (5 и 6 .) Рисунок 2: картина нашего. Вибрации детектора Рисунок 3: полностью медную сторону небольшого диска, паять жесткую проволоку диаметром 2 мм и 70 мм в длину, приблизительно. Рисунок 4:. в конце провода будет зафиксирован противовеса (клеммный блок) Передачи вибраций для на пьезоэлектрический диск фиг.5А. компонентов схемы датчик вибрации реализации. малый диск пьезоэлектрического капсулы вставлен в прорезь около R3 пайке затем На "белой" области самого маленького диска, припаять конец провода меди для снятия сигнала. Рисунок 5б Чертежи в масштабе 1 двухстороннюю печатную плату с гальваническим через отверстия датчика. вибрации. Боковые компоненты Рисунок 5c: Чертежи в масштабе 1 печатную плату двухстороннюю с гальваническим через ДАТЧИКА Отверстия вибрации. . припой сторона сПИСОК деталей R1 = 10 кВт R2 = 10 кВт R3 = 10 кВт R4 = 1 M R5 = 1,5 кВт R6 = 1 кОм триммер R7 = 2,2 кВт R8 = 10 кВт R9 = 1 M R10 = 1 МОм R11 = 1 кОм R12 = 10 кВт R13 = 22 кВт R14 = 1 M триммер R15 = 10 кВт R16 = 47 Ω R17 = 3,9 кВт R18 = 10 кВт R19 = 22 кВт R20 = 47 кВт R21 = 47 кВт R22 = 1 кОм C1 = 100 нФ полиэстер C2 = 10 мкФ электролитический C3 = 1,5 нФ полиэстер C4 = 10 мкФ электролитический C5 = 2 2 мкФ электролитический C6 = 100 нФ полиэстер C7 = 100 мкФ электролитический C8 = 10 нФ полиэфирной C9 = 100 мкФ электролитический С10 = 100 электролитического мкФ С11 = 100 нФ полиэфира DS1 = диод 1N4148 DS2 = диод 1N4148 DS3 = диод 1N4148 DS4 = диод 1N4148 DS5 = диод 1N4148 DS6 = диод 1N4007 DL1 = диод LED DL2 = LED диод TR1 = NPN BC547 TR2 = NPN BC547 IC1 LM358 Интегрированный = IC2 = встроенный NE555 RELAY1 = реле 12V 1RT Рисунок 6:. Фотография прототипа ДАТЧИКА Вибрации ПОСЛЕ пайки небольшой диск в слот. цепи, мы Должны Также зафиксировать конец провода противовеса и для Этого мы Используем 3-полюсный терминальный разъем Рисунок 7: Pin выходы двух интегральных схем и LM358 NE555 если. смотреть сверху и со знаком U-ключом влево Распиновка BC547 транзистор видно снизу и светодиод (. длинная нога анода) Рисунок 8: Схема реализации показа компонентов, это время, малый диск вставлен и сваренной в прорезь и поставить противовеса до (3-полюсный терминал здесь, но другой объект будет делать, например, гайку или "вести" запечатывание). практическая реализация на PCB двойном односторонней металлизированных сквозных отверстий, необходимо смонтировать все компоненты как показано на рисунке 5. Мы рекомендуем начать с носителями интегральных схем IC1 IC2 и и после паяных всех выводов, продолжайте резисторов, контролируя их значение хорошо. левую сторону печатной платы, вставьте триммер R6 1 кОм. В центре, поместите триммер R14 до 1 МОм. Затем вы можете начать надевать и сварить диоды DS1 DS6 к направляя их кольцо ключом, как показано на рисунке 5. После того, как эти компоненты, смонтировать полиэфирные конденсаторы и электролитические конденсаторы, соблюдая, конечно, полярность последнего. вставьте и припаять два транзистора TR2 TR1 и без сокращения их ноги, направляя их квартиру в хорошем смысле, всегда показано на рисунке 5. в конце, вставьте и припой более и два терминала, прилегающих к нему, а затем вставьте две микросхемы в: их гнездах с их наценка ключом U указывают в правильном направлении, как Показано на рисунке 5. LM358 (IC1) наценка ключом вправо и NE555 (IC2) марка кузова слева (два-маркера локаторы лицу) Это устройство может быть скрытым в автомобиле или в доме, у нас пойти плановую Никакой корпус (но вы можете предоставить один). Кроме того, быть вставлены могут непосредственно на светодиоды от печатной плате полярности: их ног, чтобы завершить детектор вибрации, вы просто должны вставить в гнездо, предусмотренной на печатной плате вблизи R3 пьезоэлектрический диск и припоя с обеих сторон, как показано на рисунке 8. на противоположной стороне диска, лицо "белый" припаять тонкий медный провод, идущий отверстие около R3 (рисунок 5). При использовании Эмальпровод, помните, перед сваркой его, царапать изолирующий Слой эмали с ножом или наждачной шкуркой, иначе припой НЕ будет Принимать контакт и НЕ будет. делать Мы решил вставить пьезоэлектрический диск непосредственно в схему, но она Также Может Обеспечить Также отдельный контур для одного диска: можно затем поместить этот датчик дистанционного управления, например, в багажнике автомобиля или в двери путем фиксации ЕГО с пятнами полов любой сложности. , С тем, чтобы довести сигнал диска на печатной плате, небольшой экранированный кабель может быть использован, когда оплетка соединяется с прослеживать до неинвертирующим входом IC1-а и ядро, несущий сигнал на дорожку от входного сопротивления R3. Настройка и тестирование ПОСЛЕ завершения установки, необходимо настроить триммер чувствительности R6 и задержка триммера, установка времени для реле,. R14, чтобы сделать это, вам не нужно никакого измерительного прибора:. маленькую отвертку достаточно, чтобы начать, повернуть на полпути КУРСОР два и триммеры R6 R14 Пожаловаться на затем поставить датчик вибрации и на столе подачи питания в 12 В. похожие документы и десять секунд с рукояткой отвертки, дают кран на столе сразу увидеть dl1 свет и в то же время, DL2 показать волнение реле. Если этого не произойдет, вы просто должны включить курсор триммера R6 таким образом, чтобы повысить чувствительность. Если, однако, схема была слишком чувствительна, вы должны превратить триммер в обратном направлении. когда требуемая чувствительность достигается, вам нужно только настроить с помощью ползунка R14, время возбуждения сигнального реле (срабатывает, например, сирена). Таким образом, в система Находится ваша рабочем состоянии.

Сегодня мы с вами поговорим о такой интересной штуке, как датчик вибрации, область ее применения зависит от вашей фантазии. Я, например, использовал его как датчик, для приклеив его к рамке, на которой установлена дверь. Теперь поговорим о самом устройстве. Схема датчика была разработана лично мной, и ее нет нигде в интернете - только на нашем сайте. Характеристики ее следующие: устройство начинает работать сразу после правильной сборки – то есть, не нуждается ни в каких настройках, которые мы с вами так не любим, чувствительность просто потрясающая - с десяти метров от него, исполняя какой нибудь танец, микроамперметр или светодиод начнет подтанцовывать вместе с вами. Вот сама схема датчика вибрации:

Микросхему LM358 использовал, так как она, на мой взгляд, является самым распространенным операционным усилителем, есть она в любом радиомагазине, и стоит копейки. В крайнем случае, ее можно выдрать из краба – универсального зарядного для аккумуляторов мобильных телефонов или из автомобильной сигнализации – там они часто встречаются в приемной части, еще можно заменить на LM324 – у нее плюс питания на четвертую ногу, а минус на одиннадцатую при этом конечно уже не соединяем восьмую и четвертую. Пьезодинамик покупаем или достаем из убитых калькуляторов, наручных часов, велосипедных пищалок и прочих пиликающих игрушек. Микроамперметр бывает в советских магнитофонах, усилителях или авометрах (древних тестерах). Пьезик можно заменить на светодиод или небольшой динамик с малым током потребления (около 20-ти миллиампер, тогда убираем R6). Резисторы R3, R5 – могут быть в пределах 1к до 3к3, главное чтоб они были одинакового номинала. Резистор R4 - влияет на чувствительность, меньше сопротивление - выше чувствительность (минимальное что я ставил 0, 33 ом – это подкрадываясь почувствует на расстоянии 5-6 метров). R1, R2 в пределах 47к … 220к тоже оба с одинаковыми номиналами. R6 как ограничение тока, подходит для микроамперметра и светодиода. Конденсаторы C1 и C2 от 1мк до 47мк. Питание датчика вибрации
возможно даже от литиевого аккумулятора 3,7 вольта, тогда для светодиода можно будет убрать R6. В принципе всё, если собрали все необходимые детали - можно начинать сборку. Собираем сначала схему датчика на ОУ и не трогаем пьезодинамик. Вариант изготовления платы смотрим здесь:

Теперь разбираемся с пьезо динамиком. У него есть середина из пьезоэлемента с напылением сверху для пайки, и пластина (обычно бронзовая или никелированное железо) на которой с одной стороны та самая середина из пьезоэлемента. Припаиваем к середине пьезоэлемента провод, другой его конец провода припаиваем к выводу 3 микросхемы, потом припаиваем пластину прямо на плату, а на противоположной от платы стороне к пьезодинамику прикрепляем пружину (для большей чувствительности) смотрим рисунок. Итак, датчик вибрации собран, можно проверять. Подключаем питание и ждем, пока пружина не успокоится. Когда на выходе будет "0” (не светится светодиод или микроамперметр показывает "0”), щелкаем пальцами или хлопаем, датчик должен отреагировать. Если все работает – отлично, если нет, проверьте, нет ли замыканий, правильно ли все соединили. Микросхема вообще должна быть рабочей, даже если вы ее выпаяли из какого нибудь устройства (на ней нет никакой нагрузки). Если интересно как этот датчик работает, читаем тут. У операционного усилителя есть два входа (один из них называют "+” другой "-”) и один выход. Если подаем на вход "+” напряжение больше чем на вход "-", на выходе имеем "+” если же наоборот на выходе будет "-". По схеме напряжение входе "+” меньше чем на входе "–" на пару милливольт и поэтому на выходе имеем "-". Теперь пьезо динамик - такая крутая вещь, что преобразует звук или вибрацию в напряжение (у меня от пьезодинамика даже светодиод светился, просто ударяя по нему карандашом), и он при вибрации увеличивает напряжение на входе "+”и, следовательно, имеем на выходе тоже "+”. Заранее благодарю за повторение моих конструкции. Автор статьи - Леша "левша", устройство испытал: АКА.

О чем эта статья

Датчик вибрации (виброметр) - прибор, позволяющий определять параметры вибрационных явлений. Наиболее часто виброметры используются для определения:

1. Виброскорости
2. Виброускорения
3. Виброперемещения

Проще говоря, если вибрирующий объект считать простым осциллятором, то виброметр позволяет получить сведения как о базовых параметрах его колебаний (частота и амплитуда), так и, в некоторых случаях, получить спектральную характеристику колебательного процесса.

Рисунок 1. Схема датчика вибрации.

Общая схема датчика вибрации содержит два основных блока (Рисунок 1): вибропреобразователь (1) и электронный блок обработки (2). Функциональное назначение первого блока - преобразование механических вибраций в электрический сигнал. Механизмов преобразования несколько:

• Пьезоэлектрический
• Оптический
• Вихретоковый
• Индукционный

Механизм преобразования в значительной мере определяет как характеристики прибора, так и его стоимость.

Второй блок - электронный блок обработки - служит для «расшифровки» полученного сигнала. Как правило, на входе таких блоков стоит аналогово-цифровой преобразователь, и основная часть операций над сигналом производится уже в цифровом виде, что расширяет функциональные возможности процесса пост-обработки, улучшает помехоустойчивость и позволяет осуществлять вывод информации по внешнему интерфейсу.

При использовании на производстве стационарные виброметры могут входить в состав регулирующих систем в качестве датчиков обратной связи, для этих целей некоторые модели виброметров имеют аналоговый выходной сигнал (как правило, напряжение).

Для получения комплексной характеристики вибрационного процесса в состав измерительной системы может быть добавлен спектроанализатор. Если спектроанализатор многоканальный - он может служить основой распределённой системы вибрационной диагностики, содержащей более одного вибродатчика.

В настоящее время большинство виброметров относится к одному из двух типов:

1. Оптический виброметр
2. Пьезоэлектрический виброметр

Рассмотрим более подробно каждый тип датчиков.

Оптический виброметр

В основу работы оптического виброметра подобно ультразвуковым датчикам перемещения положен эффект Доплера. Прибор обычно содержит лазерный источник излучения, приёмную оптическую схему, а также электронную схему обработки (Рисунок 2). При отражении излучения от неподвижного объекта длина волны принятого луча не отличается от истинной длины волны лазера. Если объект перемещается вдоль оси излучения, происходит сдвиг длины волны отражённого излучения на некоторую величину (эффект Доплера), значение и знак которой несут информацию о скорости и направлении движения объекта, а используемая в составе приёмного оптического модуля интерферометрическая схема позволяет определить эту величину. Таким образом, колебания отражающей поверхности модулируют частотный сдвиг, и электронная обработка этого сигнала модуляции позволяет получить параметры вибрационных колебаний.

Рисунок 2. Схема оптического виброметра.

Несмотря на то, что в состав оптических виброметров входит источник лазерного излучения, такие приборы достаточно безопасны, поскольку за счёт высокой чувствительности приёмной оптической системы для проведения измерений достаточной оказывается весьма незначительная оптическая мощность.

Одним из основных достоинств оптических виброметров является то, что диагностика с их помощью может проводиться бесконтактно, при их использовании в стационарном измерительном комплексе требуется лишь однократная фокусировка на измеряемой поверхности. Кроме того, устройства этого типа обладают высокой точностью и быстродействием, поскольку лишены подвижных элементов. К недостаткам можно отнести довольно высокую цену.

Пьезоэлектрический виброметр

Как ясно из названия, в основу работы данного типа приборов положен пьезоэффект - явление возникновения разности потенциалов на пьезокристалле при его механической деформации. Внутри корпуса виброметра содержится инертное тело, подвешенное на упругих элементах, содержащих пьезоэлектрический материал (Рисунок 3). Если корпус прибора прикреплён к вибрирующей поверхности, упругие элементы зарегистрируют колебания инертного тела, которое не прикреплено непосредственно к корпусу, а потому стремится сохранять своё первоначальное положение. В целом, в данной конфигурации пьезоэлектрический виброметр есть не что иное, как акселерометр, и часто довольно сложно провести границу между этими видами чувствительных устройств.

Рисунок 3. Схема пьезоэлектрического виброметра.

Электрический сигнал с пьезокристалла, как правило, подаётся на аналогово-цифровой преобразователь, и его обработка осуществляется в цифровом виде. В целом, как и в случае с оптическим виброметром, основным назначением приёмного чувствительного блока является преобразование вибрации в электрический сигнал, а характер его дальнейшей обработки определяется параметрами цифровой электронной схемы.

Основным недостатком этого класса приборов является необходимость соприкосновения чувствительной части с измеряемым объектом, что не всегда уместно в условиях производства. Кроме того, пьезоэлектрические приборы имеют, как правило, более узкий диапазон воспринимаемых частот, поскольку имеют механический тракт передачи вибрации, где максимальная частота определяется инертностью компонентов.

К достоинствам пьезоэлектрических виброметров можно отнести их относительно невысокую стоимость, а также относительно простое устройство, что обеспечивает надёжность и устойчивость к внешним воздействиям.

Основой датчика служит пьезоэлемент от звукоизлучателя ЗП-2, ЗП-4 или ЗП-5. Общий вид датчика (сбоку) показан на рис.1,а. Пьезоэлемент 2 одной из обкладок припаян к фолымрованной площадке печатной платы 1. К верхней по рисунку обкладке пьезоэлемента 2 припаивают стойку 4, согнутую в виде буквы Л из упругой стальной проволоки диаметром 0,5 мм. Вид на стойку 4 по стрелке А показан на рис. 1,6. Лапы и седловину стойки нужно заранее облудить.

Консоль 3 выгибают из такой же проволоки и надежно укрепляют на одном из ее концов груз 5 массой 10...15 г из свинца или припоя. После этого консоль припаивают одним концом к плате, а примерно серединой - к седловине стойки 4.

Во избежание отрыва верхней обкладки от пьезоэлемента перед припайкой консоли ее слегка изгибают так, чтобы после установки на место она создавала на пьезоэлементе избыточное прижимающее упругое усилие. Размеры деталей датчика непринципиальны, поэтому на рис.1 не даны. Паять необходимо легкоплавким припоем.

Выводами датчика служат фольговая площадка, к которой припаян пьезоэлемент, и впаянное в плату основание консоли. Плату укрепляют на поверхности,

вибрацию которой надлежит контролировать. При механическом колебании этой поверхности на выводах датчика возникает несколько слабых импульсов длительностью З...15 мс.

Для того чтобы усилить эти импульсы и придать им форму, необходимую для дальнейшей обработки, сигнал с датчика подают на вход усилителя-формирователя (см. схему на рис.2). Операционный уси

литель DA1 работает в режиме максимального усиления, а транзистор VT1 - в режиме переключения. Диод VD1 увеличивает своим напряжением отсечки зону нечувствительности транзистора.

ОУ вместе с диодом и транзистором образуют компаратор напряжения, отличающийся малым энергопотреблением. Порог срабатывания компаратора устанавливают подстроечным резистором R2. Если амплитуда отрицательной полуволны сигнала датчика менее напряжения на резисторе R2, транзистор VT1 остается закрытым, а выходное напряжениеравным нулю.

Механическое возбуждение датчика приводит к появлению на выходе формирователя нескольких прямоугольных импульсов длительностью 3...15 мс, по амплитуде пригодных для прямого введения их в цифровой анализатор, выполненный на микросхемах КМОП. Простейшее подобное устройство, способное выделить полезный сигнал на фоне ложных срабатываний, представляет собой счетчик(001 на рис.2), периодически обнуляемый по входу R импульсами электронных часов или специального генератора. Сигнал тревоги - напряжение высокого уровня - появится на выходе лишь тогда, когда число импульсов на входе счетчика в интервале между двумя соседними обнуляющими импульсами достигнет некоторого числа, устанавливаемого переключателем SA1 (на рис.2 оно установлено равным восьми).

Если не задаваться решением задачи исключения ложных сигналов, то сигнал с коллектора транзистора VT1 можно подавать непосредственно на вход узла формирования сигнала тревоги.

Как показывает опыт, датчик практически не реагирует на акустические сигналы, распространяющиеся в воздушной среде. Чувствительный прежде всего к нормальной составляющей вибраций, он довольно хорошо воспринимает и возмущения, лежащие в плоскости пьезоэле-мента,-очевидно вследствие возникновения реакции в точках крепления стойки. Таким образом, датчик реагирует на вибрации произвольной ориентации. Ток, потребляемый усилителем-формирователем в режиме ожидания при напряжении питания 9 В, не превышает -18 мкА, при 5 В - 10 мкА.

Источник: РАДИО 12/94