В помощь домашнему мастеруВ помощь домашнему мастеру

ЧТО ЗНАЕТЕ ХОРОШЕГО, ТОГО НЕ ЗАБЫВАЙТЕ, ЧЕГО НЕ ЗНАЕТЕ, ТОМУ УЧИТЕСЬ...

Поиск
Текст поиска*
Введите текст для поиска

Сейсмические датчики

Инфранизкочастотные колебания, возникающие при землетрясениях, обвалах, взрывах и др. распространяются в плотных средах на сотни и тысячи километров и давно уже используются для контроля такого рода событий. И хотя в охранной системе не требуются сейсмические датчики столь высокой чувствительности, изготовить датчик, реагирующий на беззвучные шаги, замечающий даже легкие колебания контролируемой поверхности, не так уж трудно.

Сейсмические датчики имеют некоторые особенности, главная из которых  — инертная масса, мягко подвешенный груз, по отношению к которому фиксируются все перемещения контролируемой поверхности. (Инерционность нужна и акустическому микрофону, но на

звуковых частотах вполне хватает его собственной массы.) В профессиональной сейсмической аппаратуре используются самые разные преобразователи механических колебаний в электрический сигнал, в том числе и пьезоэлектрические.

Такой преобразователь можно изготовить из пьезоакустического излучателя типа ЗП, имеющего открытую обкладку (рис. 1). На открытую обкладку пьезоэлемента 2 припаивают М-образную проволочную опору 4, а корпус пьезоэлемента (это его вторая обкладка) крепят к печатной плате 1. Из тонкой упругой проволоки изготавливают Г-образную консоль 3, к свободному концу которой припаивают гнездо 5 для механического подключения инертной массы 6, а другой впаивают в печатную плату. Пропаивают и точку касания консоли с опорой. Таким образом формируется трансформатор сил (масс) с коэффициентом передачи, зависящим от отношения l1/l2.

В авторской конструкции: консоль была изготовлена из рояльной проволоки диаметром 0,5 мм с l1 = 43 мм и l2 = 19 мм; высота опоры 4...8 мм, расстояние между ее «лапами» — 13 мм; вес массы 6 — 4...8 г. Как показал опыт, частота механического резонанса такой системы Fpeз =10 Гц.

 

Конструкция сенсора сейсмодатчика
Рис. 1. Конструкция сенсора сейсмидатчика


Принципиальная схема электронной части сейсмодатчика приведена на рис. 2.
На микромощном ОУ типа КР140УД1208 (DA1) собран линейный усилитель. На микросхеме DD1 выполнен цифровой повторитель, не только являющийся высокоомной нагрузкой для компаратора, но и существенно понижающий выходное сопротивление сейсмодатчика. Транзистор VT1 со светодиодом HL1 в коллекторной цепи используется при настройке прибора. Включив SB1, устанавливают резистор R7 в положение, при котором вспышки светодиода возникают лишь при «криминальном» возбуждении ВM1.

Поскольку постоянная времени R9(C3 + С4) = 50 с, то компаратор, сохраняя высокую чувствительность к сигналам в диапазоне рабочих частот (герцы, десятки герц), практически не реагирует на значительно более медленные изменения напряжений, связанные, например, с температурным их «ходом». Тем не менее, питание сейсмодатчика рекомендуется стабилизировать. Здесь стабилизатор выполнен на ОУ КР140УД1208 (DA3).  Опорное напряжение на его входе 3 задает работающий на микротоках стабилитрон VD1. Нужное напряжение питания сейсмодатчика выставляют подбором резистора R11.

Сейсмический датчик. Принципиальная схема


Рис. 2. Принципиальная схема сейсмического датчика


Все постоянные резисторы в сейсмодатчике — МЛТ-0,125. Подстроечный R7 — типа В (такие ставят в регуляторы громкости) или Б, имеющие значительно меньший начальный скачок сопротивления (1,5% от номинала, у резисторов типа А — 10%). Конденсаторы С1—С5 — оксидные с малым током утечки. Особенно это касается конденсатора С2 (флуктуации его тока утечки, напрямую усиленные DA1, ограничат реальную чувствительность прибора). Для С2, СЗ и С4 рекомендуются «фирменные» высокотемпературные (105 °С) оксидные конденсаторы с рабочим напряжением 50... 100 В. HL1 — любой светодиод, дающий достаточно яркое свечение при токе 0,5...0,7 мА. Годятся, в частности, КИПД14А-К и АЛ307КМ.

Конструктивно датчик ВМ1 и каскад линейного усилителя DA1 рекомендуется выполнить в виде выносной сейсмоголовки. Все ее элементы монтируют на отдельной плате, которую помещают в металлический корпус. Сейсмоголовку связывают с остальной электроникой мягким трехпроводным шнуром (+6 В, выв. 6 DA1 и экран-«земля»). На рис. 25 линия их раздела показана штриховой.

Корпусом сейсмоголовки может служить круглая жестяная коробка с крышкой диаметром 80 и высотой 20 мм (один из стандартных размеров). Печатную плату крепят винтами к трем припаянным к ее дну опорам высотой 3...4 мм. Такой корпус защитит головку от электрических наводок и света (ЗП реагируют и на свет). При необходимости его легко загерметизировать.
(Конечно, в таком корпусе можно было бы разместить все элементы датчика. Но это затруднило бы его юстировку, поскольку после каждого прикосновения к подстроечному резистору R7 потребовалось бы время для механического успокоения системы.)

Чувствительность сейсмографа можно увеличить, увеличив сопротивление резистора R5. Но не намного, поскольку входное сопротивление КР140УД1208 относительно невелико (в этом режиме — 50 МОм). Однако одной чувствительности мало — система обязана быстро успокаиваться. В противном случае собственные ее колебание замаскируют следующий сигнал и он не будет замечен.

Чтобы этого не случилось, механическую систему сейсмических датчиков демпфируют — вводят в нее искусственные потери. В данной конструкции демпфером будет служить заполняющая все свободное пространство корпуса сейсмоголовки распушенная синтетическая вата. Вносимые ею потери будут зависеть от плотности этого ватного «облака». Чувствительность сейсмодатчика в очень большой мере зависит от жесткости его контакта с контролируемой поверхностью.

Ток, потребляемый сейсмодатчиком в дежурном режиме, — Iдеж =100 мкА. А это значит, что емкость его источника питания должна быть около 0,4 А·ч. Превосходный источник — литиевые батареи DL223A и DL245, имеющие электрическую емкость Е = 1,4 А·ч. Но во многих случаях можно обойтись четырьмя последовательно включенными (пайка обязательна!) гальваническими элементами, например — алкалиновыми.

<<<Назад