На основе простого керамического пьезоэлектрического детектора можно собрать интересный и полезный модуль датчика физического воздействия, который может применяться на дверях, витринах и окнах для обнаружения вибраций и ударов.
Сам датчик удара (керамический пьезоэлектрический детектор) имеет «униморфную» диафрагму, которая состоит из пьезоэлектрического керамического диска, спаренного с металлическим диском. Датчик подает напряжение, пропорциональное ускорению удара или вибрации. Например, при 40 мВ/G получим около 2 В, если удар будет с ускорением 60 G.
В данном случае представлен низковольтный, низкотоковый модуль датчика физического воздействия на основе стандартного керамического пьезоэлектрического детектора, который заставляет цепь одновибратора (IC1) активировать кремниевый npn-транзистор. Выход с открытым коллектором этого транзисторного ключа можно подключить к внешней цепи сигнализации для дальнейшей работы с полученным сигналом. Поскольку потребление тока здесь очень мало (от 5 до 6 мА), саму схему можно питать от батарейки 3 В. При обнаружении физического воздействия одновибратор включит транзистор на время, определяемое RC-цепочкой, состоящей из R3 и C2.
Микросхема M74HC123 (IC1) является высокоскоростным двойным перезапускаемым КМОП-одновибратором с входами, защищенными от статического разряда и переходных скачков напряжения. Здесь имеются два входа пусковых импульсов, отрицательный фронт и положительный фронт. В данном случае используется только часть с положительным фронтом запуска (вывод 2). После запуска, выход на период времени, определяемым внешним резистором R3 и конденсатором С2, поддерживает моностабильного состояние.
Перевод сайт
Благодарим Вас за интерес к информационному проекту сайт.
Если Вы хотите, чтобы интересные и полезные материалы выходили чаще, и было меньше рекламы,
Вы можее поддержать наш проект, пожертвовав любую сумму на его развитие.
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.
Виброметр – это прибор для измерения параметров вибрации: виброускорения, виброскорости, виброперемещения и частоты колебаний. Он простой в использовании и не требует специальной подготовки.
Выделяют две группы виброметров:
- для измерения вибрации вращающегося оборудования;
- для измерения вибрации, воздействующей на человека для целей охраны труда.
Виброметры для измерения вибрации вращающегося оборудования
«ДПК-Вибро» в руке
Виброметр измеряет и оценивает вибрацию агрегатов с вращающимися частями. Это - двигатели, насосы, вентиляторы, генераторы. Вибрация таких агрегатов повторяется с каждым оборотом вала.
Виброметры измеряют интегральное значение вибрации (одно число). Самое популярное значение – , так как существуют стандарты для определения состояния агрегата по СКЗ виброскорости. Это число пропорционально мощности сил, вызывающих вибрацию агрегата.
Чаще всего вибрация в виброметрах измеряется . Этот диапазон указан в ГОСТ и позволяет измерять одинаковое значение вибрации на разных приборах.
Виброметр – это очень полезный прибор для оценки состояния оборудования. Максимальное значение вибрации, при котором состояние агрегата считается аварийным . Значение задаётся в паспорте на агрегат или в ГОСТ ИСО 10816-1-97. "Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях". Сравнение текущей вибрации с нормой позволяет оценить состояние агрегата.
Измерение вибрации виброметром очень быстрое и не требует подготовительных работ. Можно измерить 100 агрегатов за смену с выдачей отчётов о состоянии оборудования на предприятии.
Значения вибрации, измеренные через некоторое время (например, через 1 месяц) позволяют строить прогноз развития вибрации и планировать сроки следующих ремонтов. Это даёт значительную экономию денег, по сравнению с плановыми ремонтами. Такая система планирования ремонтов используется в нашей программе Аврора-2000 .
Значение вибрации, измеренное виброметром можно использовать и для диагностики дефектов агрегата. Например, по СКЗ виброскорости отлично диагностируется расцентровка и небаланс . Состояние крепления к фундаменту тоже проще оценить виброметром. Виброметром даже можно балансировать агрегат не используя отметчик фазы (метод трех пусков с пробными массами).
При этом виброметры значительно дешевле виброанализаторов и проще в работе. Однако, для изучения сложных случаев дефектов необходим виброанализатор и опыт вибродиагностики.
Виброручка ViPen
СКЗ виброскорости на экранеСовременные виброметры дополнительно имеют режимы измерения спектров и сигналов, память для сохранения замеров и передачи их в компьютер, режим измерения по маршруту, датчики температуры, оборотов и ударных импульсов от подшипников качения.
В виброанализаторах всегда есть режим виброметра. Он делается программно и не удорожает изготовление прибора.
Внутренний и внешний датчик
Виброметры имеют внутренний датчик вибрации, встроенный в корпус прибора или внешний датчик, подключённый к прибору проводом. Внутренний датчик – это компактность прибора, а внешний датчик позволяет измерить вибрацию в труднодоступных местах.
Мы выпускаем виброметры:
Виброметры для измерения вибрации, воздействующей на человека
Измерение такой вибрации используется в сфере охраны труда. Приборы отличаются от приборов для измерения вибрации вращающегося оборудования. Они называются виброметры-шумомеры.
Прибор измеряет мощность вибрации за какой-то период времени, например, за рабочую смену, показывает мощность вибрации в полосах частот. Вибрация разных частот оказывает разное влияние на человека, поэтому используются нормирующие коэфициенты для частных полос. В дополнение шумомеры умеют измерять акустический шум на рабочем месте.
Предельные значения вибрации нормируется СанПиНами. Библиотеку этих нормативных документов можно найти на сайте НТМ-Защита:
Не хватает информации?
Я отвечу Вам и дополню статью полезной информацией.
Данная статья описывает устройство сейсмического датчика-детектора представляющего собой чувствительный электронный узел, способного зафиксировать даже очень слабый уровень вибрации в земной коре.
В конструкции сейсмического детектора применен пьезоэлектрический датчик вибрации , который очень чувствителен к вибрациям и сотрясениям. Данную схему можно использовать для обнаружения сотрясений всевозможных объектов, вибраций происходящих в земной коре, либо как составную часть охранной системы.
Описание работы сейсмического детектора на пьезоэлементе
Как уже было сказано выше, основным элементом, который чувствителен к вибрациям, является простой зуммер (пьезоэлемент). Он довольно часто применяется в устройствах, предназначенных для обнаружения вибраций и сотрясений, к примеру, в охранной сигнализации для велосипеда. Преимуществом схемы является не только низкая цена, но и проста в монтаже датчика, зачастую просто путем приклеивания на контролируемой поверхность.
Микросхема DA1 — операционный усилитель типа LM741, предназначена для усиления слабых сигналов от пьезоэлемента. Усиленный сигнал с выхода операционного усилителя через резистор R6 поступает на базу транзистора VT1. В результате этого транзистор открывается и на входе 2 таймера NE555 появляется сигнал низкого уровня (менее 1/3 напряжения питания).
На таймере NE555 построен классический ждущий мультивибратор, который запускается по низкому сигналу на выводе 2. В результате запуска мультивибратора, на его выходе (вывод 3) появляется сигнал включающий зуммер (с встроенным генератором) и зажигается светодиод.
Продолжительность сигнала определяется элементами RC-цепи (R8 и С2). С указанными значениями на схеме, этот период составляет примерно 3 минуты. По истечении этого времени устройство переходит в исходное состояние.
Датчики вибрации Ардуино (их еще иногда называют датчиками сигнализации) применимы для выявления внешних воздействия вибрационного характера и широко используются в противоугонных автомобильных системах, различных охранных сигнализациях, позволяют детектировать вибрации при начинающемся землетрясении. В этой статье мы рассмотрим строение датчика и схему подключения к платам Arduino.
Основной элемент датчика – металлическая пружина гибкой структуры, расположенная во внутренней части трубки из пластика. При наличии каких-либо воздействий на нее она начинает колебаться. Усиление сигнала происходит за счет его подачи сначала на операционный усилитель, а потом на выход аналогового типа. Важным элементом датчика вибрации является потенциометр, который регулирует чувствительность прибора, и позволяет устанавливать необходимый порог срабатывания.
Датчик вибрации имеет три выхода:
- Земля;
- Питание;
- Выход аналогового сигнала А0.
Находящийся на плате потенциометр позволяет настроить его чувствительность. Он представляет собой переменный резистор c сопротивлением регулируемого типа. На плате датчика также присутствуют светодиоды, которые сигнализируют о наличии питания. Кроме того, некоторые разновидности оснащаются цифровым выводом D0, который выдает логический ноль при достижении порогового значения уровня вибрации.
В состоянии покоя модуль находится в разомкнутом состоянии, и протекания тока по нему нет. При наличии внешних вибрационных воздействий за счет раскачивания пружины происходит кратковременное замыкание контактов. В результате происходит сработка датчика, и на выходе появляется логический 0.
Срабатывание датчика происходит в независимости от его пространственного расположения.
Технические параметры датчиков вибрации для Ардуино (могут отличаться в зависимости от модели устройства):
- Питающее напряжение от 3 до 5 В;
- Ток потребления 4-5мА;
- С наличием или отсутствием цифрового выхода;
- С наличием или отсутствием регулировки чувствительности.
Датчики могут отличаться по весу и габаритам, но обязательно содержат монтажное отверстие для крепления к плате.
Варианты применения
Наиболее актуальным применение датчиков вибрации может быть реализовано в сфере охранной сигнализации различного назначения. За счет высокого уровня чувствительности такие устройства могут реагировать на вибрации широкого диапазона интенсивности, улавливая колебания во всех плоскостях. Благодаря простому способу подключения, датчики вибрации применяются для реализации самых разнообразных проектов:
- Системы охраны;
- Сигнализации;
- Электронные замки;
- Детекторы движения;
- Противоугонные системы;
- Сейсмостанции;
- Детские игрушки;
- Бытовые приборы;
- Спортивный инвентарь.
Пример реализации
Схема подключения датчика вибрации к ардуино
Вариантом использования вибрационного датчика может стать охранная сигнализация, в которой при ударе о поверхность, с закрепленным на ней устройством, происходит сработка (в данном примере загорится светодиод, присоединенный к пину 13). Для проекта следует подготовить такие детали:
- плату Arduino Uno;
- датчики вибрации 801S или Logo sensors v1.5;
- макетную плату;
- соединительные провода.
Сборка схемы производится согласно рисунку. Цифровой вывод DO соединяем с цифровым пином 2. При наличии вибраций значение сигнала многократно увеличивается и при достижении порогового значения, которое устанавливается потенциометром, на вывод DO подается логическая единица. Мы обрабатываем эту ситуацию, считывая значение функцией digitalRead, после чего подаем с помощью функции 5В на порт 13 и загорается встроенный в плату светодиод.
