Схема емкостного датчика: Емкостной сенсорный датчик, электрическая схема, печатная плата

Емкостной сенсорный датчик, электрическая схема, печатная плата

Емкостной датчик – это один из типов бесконтактных датчиков, принцип работы которого основан на изменении диэлектрической проницаемости среды между двух обкладок конденсатора. Одной обкладкой служит сенсорный датчик схемы в виде металлической пластины или провода, а второй – электропроводящее вещество, например, металл, вода или тело человека.

При разработке системы автоматического включения подачи воды в унитаз для биде возникла необходимость применения емкостного датчика присутствия и выключателя, обладающих высокой надежностью, устойчивостью к изменению внешней температуры, влажности, пыли и питающему напряжению. Хотелось также исключить необходимость прикосновения человека с органами управления системы. Предъявляемые требования могли обеспечить только схемы сенсорных датчиков, работающих на принципе изменения емкости. Готовой схемы удовлетворяющей необходимым требованиям не нашел, пришлось разработать самостоятельно.

Получился универсальный емкостной сенсорный датчик, который не требует настройки и реагирует на приближающиеся электропроводящие предметы, в том числе и человека, на расстояние до 5 см. Область применения предлагаемого сенсорного датчика не ограничена. Его можно применять, например, для включения освещения, систем охранной сигнализации, определения уровня воды и в многих других случаях.

Электрические принципиальные схемы

Для управления подачей воды в биде унитаза понадобилось два емкостных сенсорных датчика. Один датчик нужно было установить непосредственно на унитазе, он должен был выдавать сигнал логического нуля при присутствии человека, а при отсутствии сигнал логической единицы. Второй должен был служить включателем воды и находиться в одном из двух логических состояний.

При поднесении к сенсору руки датчик должен был менять логическое состояние на выходе – из исходного единичного состояния переходить в состояние логического нуля, при повторном прикосновении руки из нулевого состояния переходить в состояние логической единицы.

И так до бесконечности, пока на сенсорный включатель поступает разрешающий сигнал логического нуля с датчика присутствия.

Схема емкостного сенсорного датчика

Основой схемы емкостного сенсорного датчика присутствия является задающий генератор прямоугольных импульсов, выполненный по классической схеме на двух логических элементах микросхемы D1.1 и D1.2. Частота генератора определяется номиналами элементов R1 и C1 и выбрана около 50 кГц. Значение частоты на работу емкостного датчика практически не влияет. Я менял частоту от 20 до 200 кГц и влияния на работу устройства визуально не заметил.

С 4 вывода микросхемы D1.2 сигнал прямоугольной формы через резистор R2 поступает на входы 8, 9 микросхемы D1.3 и через переменный резистор R3 на входы 12,13 D1.4. На вход микросхемы D1.3 сигнал поступает с небольшим изменением наклона фронта импульсов из-за установленного датчика, представляющего собой кусок провода или металлическую пластину. На входе D1.4, из за конденсатора С2, фронт изменяется на время, необходимое для его перезаряда.

Благодаря наличию подстроечного резистора R3, есть возможность фронты импульса на входе D1.4, выставить равным фронту импульса на входе D1.3.

Если приблизить к антенне (сенсорному датчику) руку или металлический предмет, то емкость на входе микросхемы DD1.3 увеличится и фронт поступающего импульса задержатся во времени, относительно фронта импульса, поступающего на вход DD1.4. чтобы «уловить» эту задержку про инвертированные импульсы подаются на микросхему DD2.1, представляющую собой D триггер, работающий следующим образом. По положительному фронту импульса, поступающего на вход микросхемы C, на выход триггера передается сигнал, который в тот момент был на входе D. Следовательно, если сигнал на входе D не изменяется, поступающие импульсы на счетный вход C не оказывают влияния на уровень выходного сигнала. Это свойство D триггера и позволило сделать простой емкостной сенсорный датчик.

Когда емкость антенны, из за приближения к ней тела человека, на входе DD1.3 увеличивается, импульс задерживается и это фиксирует D триггер, изменяя свое выходное состояние. Светодиод HL1 служит для индикации наличия питающего напряжения, а HL2 для индикации приближения к сенсорному датчику.

Схема сенсорного включателя

Схему емкостного сенсорного датчика можно использовать и для работы сенсорного включателя, но с небольшой доработкой, так как ему необходимо не только реагировать на приближение тела человека, но и оставаться в установившемся состоянии после удаления руки. Для решения этой задачи пришлось к выходу сенсорного датчика добавить еще один D триггер, DD2.2, включенный по схеме делителя на два.

Схема емкостного датчика была немного доработана. Для исключения ложных срабатываний, так как человек может подносить и удалять руку медленно, из-за наличия помех датчик может выдавать на счетный вход D триггера несколько импульсов, нарушая необходимый алгоритм работы включателя. Поэтому была добавлена RC цепочка из элементов R4 и C5, которая на небольшое время блокировала возможность переключение D триггера.

Триггер DD2.2 работает так же, как и DD2. 1, но сигнал на вход D подается не с других элементов, а с инверсного выхода DD2.2. В результате по положительному фронту импульса, приходящего на вход С сигнал на входе D изменяется на противоположный. Например, если в исходном состоянии на выводе 13 был логический ноль, то поднеся руку к сенсору один раз, триггер переключится и на выводе 13 установится логическая единица. При следующем воздействии на сенсор, на выводе 13 опять установится логический ноль.

Для блокировки включателя при отсутствии человека на унитазе, с сенсора на вход R (установка нуля на выходе триггера вне зависимости от сигналов на всех остальных его входах) микросхемы DD2.2 подается логическая единица. На выходе емкостного выключателя устанавливается логический ноль, который по жгуту подается на базу ключевого транзистора включения электромагнитного клапана в Блоке питания и коммутации.

Резистор R6, при отсутствии блокирующего сигнала с емкостного датчика в случае его отказа или обрыва управляющего провода, блокирует триггер по входу R, тем самым исключает возможность самопроизвольной подачи воды в биде. Конденсатор С6 защищает вход R от помех. Светодиод HL3 служит для индикации подачи воды в биде.

Конструкция и детали емкостных сенсорных датчиков

Когда я начал разрабатывать сенсорную систему подачи воды в биде, то наиболее трудной задачей мне казалась разработка емкостного датчика присутствия. Обусловлено это было рядом ограничений по установке и эксплуатации. Не хотелось, чтобы датчик был механически связан с крышкой унитаза, так как ее периодически надо снимать для мойки, и не мешал при санитарной обработке самого унитаза. Поэтому и выбрал в качестве реагирующего элемента емкость.

Конструкция сенсорного датчика присутствия

По выше опубликованной схеме сделал опытный образец. Детали емкостного датчика собраны на печатной плате, плата размещена в пластмассовой коробке и закрывается крышкой. Для подключения антенны в корпусе установлен одноштырьковый разъем, для подачи питающего напряжения и сигнала установлен четырех контактный разъем РШ2Н. Соединена печатная плата с разъемами пайкой медными проводниками в фторопластовой изоляции.

Сенсорный емкостной датчик собран на двух микросхемах КР561 серии, ЛЕ5 и ТМ2. Вместо микросхемы КР561ЛЕ5 можно применить КР561ЛА7. Подойдут и микросхемы 176 серии, импортные аналоги. Резисторы, конденсаторы и светодиоды подойдут любого типа. Конденсатор С2, для стабильной работы емкостного датчика при эксплуатации в условиях больших колебаниях температуры окружающей среды нужно брать с малым ТКЕ.

Установлен датчик под площадкой унитаза, на которой установлен сливной бачок в месте, куда в случае протечки из бачка вода попасть не сможет. К унитазу корпус датчика приклеен с помощью двустороннего скотча.

Антенный датчик емкостного сенсора представляет собой отрезок медного многожильного провода длинной 35 см в изоляции из фторопласта, приклеенного с помощью прозрачного скотча к внешней стенке чаши унитаза на сантиметр ниже плоскости очка. На фотографии сенсор хорошо виден.

Для настройки чувствительности сенсорного датчика необходимо после его установки на унитаз, изменяя сопротивление подстроечного резистора R3 добиться, чтобы светодиод HL2 погас.

Далее положить руку на крышку унитаза над местом нахождения сенсора, светодиод HL2 должен загораться, если руку убрать, потухнуть. Так как бедро человека по массе больше руки, то при эксплуатации сенсорный датчик, после такой настройки, будет работать гарантировано.

Конструкция и детали емкостного сенсорного включателя

Схема емкостного сенсорного включателя имеет больше деталей и для их размещения понадобился корпус большего размера, да и по эстетическим соображениям, внешний вид корпуса, в котором был размещен сенсорный датчик присутствия не очень подходил для установки на видном месте. Внимание на себя обратила настенная розетка rj-11 для подключения телефона. По размерам она подходила и имела хороший внешний вид. Удалив из розетки все лишнее, разместил в ней печатную плату емкостного сенсорного выключателя.

Для закрепления печатной платы в основании корпуса была установлена короткая стойка и к ней с помощью винта прикручена печатная плата с деталями сенсорного выключателя.

Датчик емкостного сенсора сделал, приклеив ко дну крышки розетки клеем «Момент» лист латуни, предварительно вырезав в них окошко для светодиодов. При закрывании крышки, пружина (взята от кремниевой зажигалки) соприкасается с латунным листом и таким образом обеспечивается электрический контакт между схемой и сенсором.

Крепится емкостной сенсорный включатель на стену с помощью одного самореза. Для этого в корпусе предусмотрено отверстие. Далее устанавливается плата, разъем и закрепляется защелками крышка.

Настройка емкостного выключателя практически не отличается от настройки сенсорного датчика присутствия, описанного выше. Для настройки нужно подать питающее напряжение и резистором отрегулировать, чтобы светодиод HL2 загорался, когда к датчику подносится рука, и гас, при ее удалении. Далее нужно активировать сенсорный датчик и поднести и удалить руку к сенсору выключателя. Должен мигнуть светодиод HL2 и загореться красный светодиод HL3. При удалении руки красный светодиод должен продолжать светиться.

При повторном поднесении руки или удалении тела от датчика, светодиод HL3 должен погаснуть, то есть выключить подачу воды в биде.

Универсальная печатная плата

Представленные выше емкостные датчики собраны на печатных платах, несколько отличающихся от печатной платы приведенной ниже на фотографии. Это связано с объединением обеих печатных плат в одну универсальную. Если собирать сенсорный включатель, то необходимо только перерезать дорожку под номером 2. Если собирать сенсорный датчик присутствия, то удаляется дорожка номер 1 и не все элементы устанавливаются.

Не устанавливаются элементы, необходимые для работы сенсорного включателя, но мешающие работе датчика присутствия, R4, С5, R6, С6, HL2 и R4. Вместо R4 и С6 запаиваются проволочные перемычки. Цепочку R4, С5 можно оставить. Она не будет влиять на работу.

Ниже приведен рисунок печатной платы для накатки при использовании термического метода нанесения на фольгу дорожек.

Достаточно распечатать рисунок на глянцевой бумаге или кальке и шаблон готов для изготовления печатной платы.

Безотказная работа емкостных датчиков для сенсорной системы управления подачи воды в биде подтверждена на практике в течении трех лет постоянной эксплуатации. Сбоев в работе не зафиксировано.

Однако хочу заметить, что схема чувствительна к мощным импульсным помехам. Мне приходило письмо о помощи в настройке. Оказалось, что во время отладки схемы рядом находился паяльник с тиристорным регулятором температуры. После выключения паяльника схема заработала.

Еще был такой случай. Емкостной датчик был установлен в светильник, который подключался в одну розетку с холодильником. При его включении свет включался и при повторном выключался. Вопрос был решен подключением светильника в другую розетку.

Приходило письмо об успешном применении описанной схемы емкостного датчика для регулировки уровня воды в накопительном баке из пластика. В нижней и верхней части было приклеено силиконом по датчику, которые управляли включением и выключением электрического насоса.

MLab.

org.ua – Изготовление высоковольтного емкостного датчика Высоковольтный емкостной датчик (далее датчик) – устройство для снятия формы вторичного напряжения системы зажигания и последующей передачи его на один из входов регистрирующего оборудования.

Датчик состоит из держателя, емкостной пластины, которая гальванически соединена с сигнальным проводом, экранированного кабеля и соответствующего разъема для подключения датчика к входу регистрирующего оборудования.

Важно!
Экран кабеля датчика обязательно должен быть соединен с землей регистрирующего оборудования. Экран должен представлять собой плотную металлическую оплетку, вязанную крест на крест без просветов. Чем меньше длина участка сигнального провода кабеля без экрана – тем меньше будет электромагнитных наводок с соседних ВВ проводов.
Снятие формы вторичного напряжения датчиком основано на наличии паразитной емкостной связи, возникающей между токопроводящей жилой ВВ провода и емкостной пластиной датчика.

Из чего следует:

1. Сигнал на выходе датчика будет тем больше чем ближе емкостная пластина к токопроводящей жиле ВВ провода.

2. Влияние электромагнитных наводок с соседних ВВ проводов будет тем меньше чем меньше размер емкостной пластины и чем меньше не экранированный участок сигнального провода.

3. Величина паразитной емкостной связи всегда зависит от ВВ провода (толщины токопроводящей жилы, толщины и диэлектрической проницаемости изоляции) из чего следует, что величина сигнала на выходе датчика будет разной для одного и того же истинного значения вторичного напряжения, т.е. не возможно однозначно установить соответствие 1 В на выходе датчика – 10 КВ во вторичной цепи.

4. Емкостная связь представляет собой дифференцирующую цепочку (ФВЧ) пропускающую высокочастотные колебания (область пробоя), и не пропускающую низкочастотные колебания (область горения), т.е. форма вторичного напряжения на выходе датчика будет искажена.

Сд – емкость между токопроводящей жилой ВВ провода и емкостной пластиной датчика
Rвх – входное сопротивление регистрирующего оборудования
Свх – входная емкость не учитывается, так как она фактически в данном случае ни на что не влияет

На графике красного цвета изображен исходный сигнал (меандр 1 КГц, скважность 10%, амплитуда 1 В)
На графике синего цвета изображен сигнал, полученный на выходе дифференцирующей цепочки

Сигнал с выхода датчика без использования компенсационной емкости

Для устранения искажения формы вторичного напряжения на выходе датчика, необходимо использовать дополнительную компенсационную емкость, которая с емкостью датчик-жила образует емкостной делитель:

Без учета входного сопротивления регистрирующего оборудования, коэффициент передачи емкостного делителя определяется следующим соотношением: Kп = Сд / (Сд + Ск). Как видно из соотношения, чем больше значение емкости Ск тем меньше будет значение напряжения на выходе емкостного делителя. Для идеального емкостного делителя без учета входного сопротивления регистрирующего оборудования Ск можно взять сколь угодно малое, при этом форма сигнала на выходе делителя в точности будет соответствовать форме сигнала на его входе.

При учете входного сопротивления соотношение для определения коэффициента передачи становится гораздо объемнее, но зависимость Kп от Ск остается той же. Входное сопротивление регистрирующего оборудования на прямую не влияет на Kп, оно определяет “степень вносимого искажения”.

При увеличении входного сопротивления искажения формы вторичного напряжения значительно уменьшаются. В большинстве случаев входное сопротивления практических все осциллографов используемых для автодиагностики находится в диапазоне 1 МОм, за исключением специализированных входов предназначенных исключительно для подключения ВВ датчиков. По этому при непосредственном подключении датчика к входу осциллографа (без специализированного адаптера) Rвх также можно принять за константу, и ограничится варьированием только Ск.

Примечание!
Подключение датчика к входу осциллографа просто через резистор 10 МОм приведет к увеличению входного сопротивления и соответственно уменьшению искажения формы вторичного напряжения, но при этом примерно в десять раз уменьшиться коэффициент передачи входного тракта канала. Для увеличения входного сопротивления без уменьшения коэффициента передачи необходимо использовать промежуточный буфер (повторитель – простейший адаптер) с высоким входным сопротивлением и низким выходным сопротивлением.
Для текущих Сд (точно не известно) и Rвх (обычно 1 МОм) значение Ск подбирается исходя из компромисса:
1. Чем меньше Ск тем больше амплитуда напряжения на выходе емкостного делителя
2. Чем больше Ск тем меньше степень искажения формы вторичного напряжения

Практически значение Ск возможно увеличивать до тех пор, пока “амплитуда” напряжения на выходе емкостного делителя будет достаточно выделяться на фоне шума.

Местоположение подключения Ск: в начале кабеля (ближе к емкостной пластине) или в конце кабеля (ближе к входу регистрирующего оборудования) – практически не влияет на форму и амплитуду сигнала с выхода датчика.

На графике красного цвета изображен сигнал, полученный с ВВ датчика и Ск = 3.3 нФ подключенной на входе осциллографа, на графике синего цвета изображен сигнал, полученный с ВВ датчика и Ск = 3.3 нФ подключенной непосредственно возле емкостной пластины. Как видно форма сигналов практически одинакова, а амплитуда различается в пределах разброса номинала используемых емкостей +/- 20%.

Примеры осциллограмм вторичного напряжения снятого одним и тем же датчиком с емкостной пластиной в виде круга диаметром ~10 мм при разных значениях Ск, на стенде с DIS катушки 2112-3705010 (форма вторичного напряжения несколько отличается от привычной из-за разряда на открытом воздухе).

Ск = 470 пФ. Область горения значительно проседает, но амплитуда пробоя достигает 5 Вольт.

Ск = 1.8 нФ. Область горения также значительно проседает, амплитуда пробоя уменьшилась до 2 Вольт.

Ск = 3.3 нФ. Область горения не много проседает, амплитуда пробоя уменьшилась до 1 Вольта.

Ск = 10 нФ. Область горения практически не проседает, но и амплитуда пробоя уменьшилась до 0.4 Вольт.

Как видно при Ск = 10 нФ форма вторичного напряжения практически не искажена, а шум довольно не значительный.

Для сравнения приведены осциллограммы вторичного напряжения снятые с одного и того же ВВ провода без использования адаптера и с использованием специализированного адаптера зажигания.

На графике красного цвета изображен сигнал, полученный с ВВ датчика (Ск = 10 нФ) непосредственно подключенного к входу осциллографа. На графике синего цвета изображен сигнал, полученный с адаптера Постоловского, к которому подключен “родной” ВВ датчик Постоловского.

Как видно форма обеих сигналов практически совпадает, но с адаптера содержащего промежуточные усилители, сигнал имеет в 3 раза большую амплитуду.

Примечание!
Все адаптеры, использующие емкостные датчики искажают форму вторичного напряжения, но при высоком входном сопротивлении и достаточной Ск, вносимое искажение крайне не значительно.

В простейшем случае емкостной съемник это любой металлический предмет расположенный рядом с ВВ проводом, т.е. в роли емкостной пластины могут выступать зажим типа “крокодил”, фольга намотаня на ВВ провод, монетка и т.д.

Практически в качестве высоковольтного емкостного датчика рекомендуется использовать конструкцию, которая удовлетворяет следующим требованием:
1. Высокая степень защиты от пробоя
2. Малая подверженность электромагнитным наводкам от соседних ВВ проводов
3. Удобное конструктивное исполнение для быстрого подключения датчика к ВВ проводу

Примеры конструкции ВВ емкостных датчиков:

Жестяная пластинка 20×70 мм, выгибается, так что бы плотно прижиматься к ВВ проводу.

По сути, та же пластина только в изоляции.

ВВ датчик типа “прищепка”.

ВВ датчик аналогичный одной из конструкций Бош (поставляется по цене $7 / шт).

В качестве примера рассмотрим процесс изготовления ВВ датчика на основании выше приведенной конструкции компании Бош.

Для изготовления датчика необходимо:

1. Выше рассмотренная ручка ВВ датчика.

2. Экранированный кабель 1-3 м. Желательно использовать мягкий микрофонный кабель, так как при эксплуатации он намного удобнее жесткого коаксиального кабеля. Волновое сопротивление кабеля 50 или 75 Ом, значения не имеет, так как все исследуемые сигналы находятся в области низких частот.

3. Разъемы для подключения датчика к осциллографу или адаптеру зажигания BNC-FJ / BNCP / FC-022 Переходник гнездо F / BNC под F-ку (разъем один и тот же только у разных производителей / продавцов он по-разному называется).

BNC-M / FC-001 / RG58 / F разъем

Примечание!
При покупке F разъема и кабеля обращайте внимание на соответствие диаметра кабеля к диметру разъема для накрутки на кабель, иначе либо придется срезать часть изоляции кабеля для уменьшения его диаметра, либо наматывать ленту на кабель для увеличения его диаметра.
4. Сальник / гермоввод / кабельный ввод PG-7 с дюймовой резьбой

5. Емкостная пластина “пятачок” диаметром 9-10 мм

“Пятачок” возможно либо вырезать из жести, либо использовать специальный пробойник (лучше всего использовать пробойник на 8 мм, после развальцовки получится “пятачок” диаметром чуть больше 9 мм):

Также в качестве “пяточка” возможно, использовать подходящие по диаметру канцелярские кнопки.

6. Компенсационная емкость – не полярный (лучше керамический) конденсатор номиналом от 2.2 нФ до 10 нФ на напряжение 50 Вольт (если использовать конденсатор на 1 КВ то в случае пробоя ВВ провода он все равно сгорит). Возможно использовать как выводные конденсаторы так и планарные в корпусе 1206 или 0805.

Порядок изготовления:

1. Удалить изоляцию с экранированного кабеля до оплетки, на участке 12-13 мм. Часть оплетки под снятой изоляцией вывернуть наружу и равномерно расположить вдоль кабеля. С сигнального провода снять изоляцию на участке 10-11 мм и залудить его.

2. Накрутить на кабель F разъем, так что бы он плотно держался на кабеле и хорошо контактировал с частью вывернутой оплетки. При этом сигнальный провод должен выступать на достаточную длину из F разъема для надежного контакта с центральным стержнем разъема BNC-FJ.

3. Накрутить разъем BNC-FJ на F разъем. После чего проверить наличие контакта (прозвонить тестером) между сигнальным проводом и центральным стержнем разъема BNC-FJ, между оплеткой кабеля и экраном разъема BNC-FJ и отсутствие контакта между сигнальным проводом и оплеткой кабеля.

4. Если есть сальник PG-7 то предварительно надеть его на кабель открутив с него гайку.

5. Удалить изоляцию и оплетку с противоположного конца кабеля, на участке 3-5 мм. С сигнального провода снять изоляцию на участке 2-3 мм. Припаять к залуженному сигнальному проводу емкостную пластину.

При необходимости припаять компенсационную емкость между сигнальным проводом и оплеткой.

6. Обмотать участок сигнального провода и припаеную компенсационную емкость изолентой, так что бы емкостная пластина не болталась и была поджата краем изоленты. После чего емкостную пластину обильно смазывать солидолом.

Солидол “улучшает” диэлектрическую проницаемость и устраняет скачки области горения.

На графике красного цвета изображен сигнал, полученный с ВВ датчика (Ск = 3.3 нФ) без солидола. На графике синего цвета изображен сигнал, полученный с ВВ датчика (Ск = 3.3 нФ) с использованием солидола. Без использования солидола область горения иногда “подскакивает” на 20-30%.

7. Надеть ручку ВВ датчика так, что бы емкостная пластина упиралась в дно колпачка датчика. После чего зажать кабель либо с помощью сальника PG-7 либо закрепить изолентой (при этом с датчиком нужно обращаться крайне осторожно, что бы случайно не вырвать кабель из ручки датчика).

В результате должен получится высоковольтный емкостной датчик, который возможно непосредственно подключать к одному из аналоговых (с наличием Ск) или к логическому (без Ск) входов осциллографа.

Диагностика классической системы зажигания с трамблером с помощью 2-х рассматриваемых датчиков…

Схема емкостной датчик двойного листа на планета. Собираем датчик движения для включения света. Как собрать ИК-датчик движения своими руками

Работа ёмкостных датчиков обычно основана на регистрации изменений параметров генератора, в колебательную систему которого входит ёмкость контролируемого объекта. Простейшие из таких датчиков содержат один LC-генератор на полевом транзисторе и работают по принципу возрастания потребляемого тока или уменьшения напряжения при увеличении ёмкости. Такие устройства при максимальной дальности обнаружения приближающегося объекта не более 0,1 м обладают весьма низкой стабильностью и малой помехоустойчивостью. Более высокие характеристики имеют ёмкостные датчики, схема которых выполнена на основе двух генераторов и работающие по принципу сравнения частоты или фазы колебаний образцового и перестраиваемого (измерительного) генераторов. Например, описанный в . Лучшие из них способны почувствовать приближение человека на расстоянии 2 м. Однако при выполнении на дискретных элементах они получаются слишком громоздкими, а при использовании специализированных микросхем – слишком дорогими.

В предлагаемой статье рассматривается схема ёмкостного датчика, с высокой чувствительностью на микросхеме тонального декодера NJM567 . Эта микросхема и её аналоги (например, NE567) широко используются для обнаружения узкополосных сигналов в диапазоне от 10 Гц до 500 кГц. Они применялись и в системах автоподстройки частоты вращения блока видеоголовок бытовых видеомагнитофонов. Использование встроенного в тональный декодер RC-генератора упрощает схему ёмкостного датчика, а внутренняя петля ФАПЧ этого генератора обеспечивает стабильность и помехоустойчивость датчика.
Дальность обнаружения приближающегося человека – не менее 0,5 м (при длине антенны датчика 1 м), что значительно больше, чем, например, у прибора, выполненного по схеме . В устройстве отсутствуют намоточные изделия (катушки индуктивности), что упрощает его повторение.

Схема ёмкостного датчика изображена на рис. 1. Частотозадающие элементы находящегося в микросхеме DA2 генератора – резистор R6 и конденсатор С5. Сигнал генератора частотой около 15 кГц с вывода 5 микросхемы DA2 подан на фазосдвигающую цепь, образованную подстроечным резистором R5, антенной WA1, конденсатором СЗ и резистором R3. С неё через истоковый повторитель на полевом транзисторе VT1, усилитель на транзисторе VT2 и конденсатор С4 сигнал поступает на вход IN (вывод 3) микросхемы DA2. К выводу 2 этой микросхемы подключён конденсатор С8 фильтра фазового детектора системы ФАПЧ, от ёмкости которого зависит ширина её полосы захвата. Чем ёмкость больше, тем уже полоса.

На второй фазовый детектор микросхемы образцовое напряжение подаётся от генератора с фазовым сдвигом на 90 относительно поступающего на фазовый детектор ФАПЧ. Напряжение на выводе 1 микросхемы (выходе второго детектора), подаваемое на встроенный в неё компаратор напряжения, зависит от фазового сдвига между входным сигналом и сигналом генератора, вносимого рассмотренной выше цепью, которая включает в себя антенну WA1. С7 – конденсатор выходного фильтра фазового детектора. Резистор R8, включённый между выводами 1 и 8 микросхемы, создаёт в характеристике переключения компаратора гистерезис, необходимый для повышения помехоустойчивости. Цепь R7C6 – нагрузка выхода OUT, выполненного по схеме с открытым коллектором.

Далее по схеме ёмкостного датчика сигнал через диод VD2 поступает на цепь из резистора R9 и конденсатора С9 и на вход логического элемента DD1.1. Цепь R10C10 формирует импульс, блокирующий ложное срабатывание датчика в момент включения питания. С выхода элемента DD1.1 сиг- нал поступает через диод VD4 на цепь R11C11, обеспечивающую длительность выходного сигнала датчика не менее заданной, и на соединённые последовательно элементы DD1.2 и DD1.3, формирующие взаимно инверсные выходные сигналы датчика на линиях “Вых. 1” и “Вых. 2”. Высокий уровень сигнала на линии “Вых. 2” и включённый светодиод HL1 свидетельствуют, что в чувствительной зоне находится человек.

Узел питания ёмкостного датчика собран на интегральном стабилизаторе LM317LZ, выходное напряжение которого установлено равным 5 В с помощью резисторов R1 и R2. Входное напряжение может находиться в пределах 10…24 В. Диод VD1 защищает датчик от неправильной полярности источника этого напряжения.
Все детали датчика смонтированы на односторонней печатной плате из фольгированного стеклотекстолита, чертёж которой изображён на рис. 2. Резисторы R1 и R2 – для поверхностного монтажа. Их монтируют на плату со стороны печатных проводников. Подстроечный резистор R5 – СПЗ-19а или его импортный аналог.

Микросхему NJM567D можно заменить на NE567, KIA567, LM567 с различными буквенными индексами, означающими тип корпуса. Если он типа DIP8 (как у NJM567D) или круглый металлический, печатную плату корректировать не придётся. Аналог микросхемы К561ЛЕ5 – CD4001A. Транзистор КП303Е заменяется на BF245, КТ3102Е -на ВС547.
Антенна WA1 – отрезок одножильного изолированного провода сечением 0,5мм2 и длиной 0,3…1,5м. Короткая антенна обеспечивает меньшую чувствительность. Следует иметь в виду, что необходимая ёмкость конденсатора СЗ зависит от собственной ёмкости антенны, а значит, от её длины. Указанная на схеме ёмкость оптимальна для антенны длиной около метра. Чтобы работать с антенной длиной 0,3 м, ёмкость необходимо уменьшить до 30 пф.

Налаживать ёмкостный датчик следует, установив его и антенну там, где предполагается их эксплуатация. При этом следует учитывать, что на порог срабатывания влияет и расположение антенны относительно заземлённых предметов и проводов.
Первоначально движок подстроечного резистора R5 устанавливают в положение максимального сопротивления. После включения питания светодиод HL1 должен оставаться погашенным. В работоспособности датчика можно убедиться по включению этого светодиода в случае прикосновения к антенне рукой. Если ёмкость конденсатора СЗ выбрана правильно, то при переводе движка подстроечного резистора R5 в положение минимального сопротивления светодиод должен включиться и без касания антенны.

Убедившись в работоспособности схемы ёмкостного датчика, его налаживание продолжают по общеизвестной методике, добиваясь требуемого порога срабатывания плавным перемещением движка подстроечного резистора. Желательно делать это с помощью диэлектрической отвёртки, оказывающей минимальное влияние на фазосдвигающие цепи.
Оптимальная настройка соответствует включению светодиода при приближении человека к антенне метровой длины на расстояние 0,5 м, а выключение – при его удалении до 0,6 м. Укорочение антенны до 0,3 м уменьшит эти значения примерно на треть.

Следует заметить, что если ёмкость конденсатора СЗ слишком велика, светодиод HL1 может светиться и в крайнем левом положении движка, а при касании антенны рукой – гаснуть. Это объясняется тем, что устройство работает по балансному принципу и при необходимости можно отрегулировать его на срабатывание при удалении охраняемого объекта из чувствительной зоны.

ЛИТЕРАТУРА
1. Табунщиков В. Волшебное реле. – Моделист-конструктор, 1991, № 1, с. 23.
2. Нечаев И. Ёмкостное реле. – Радио, 1992, №9, с. 48-51.
3. Ершов М. Ёмкостный датчик. – Радио, 2004, №3, с. 41,42.
4. NJM567 Tone Decoder / Phase Locked Loop. www.pdf.datasheet.su/njr/njm567d.pdf
5. Соломеин В. Ёмкостное реле. -Радио, 2010, № 5, с. 38, 39.

В. ТУШНОВ, г. Луганск, Украина
“Радио” №12 2012г.

Сегодня стали очень модны датчики присутствия для обнаружения движения при перемещении человека по помещению.

При подключении такого устройства к осветительным приборам, вы получите автоматическую систему по включению света. Датчик присутствия для обнаружения человека самостоятельно может собрать практически любой. И здесь схема сборки будет основной. Все о процессе сборки вы узнаете из этой статьи.

Принцип работы

Первое, что нужно знать при самостоятельной сборке такого прибора – это принцип его работы.
Обратите внимание! Многие путают такие устройства с датчиками движения. Но это разные модели.
Принцип работы прибора основан на реакции сенсора на местоположение человека или крупного животного. В основе работы устройства лежит эффект Доплер – изменение длины и частоты волны. Эти изменения регистрирует сенсор и передает их на прибор, для дальнейшего включения освещения или звукового сигнала. Причем сигнал на сенсор поступает вне зависимости от того, движется ли объект или остается неподвижным. Прибор оснащен антенной и генератором. Без наличия отражающего антенной сигнала, устройство пребывает в спящем режиме. Схема устройства работы приведена ниже.

При подключении прибора к источнику света, в ситуации появления любого объекта в рабочей зоне происходит активация включения света. При этом для включения освещения как такового не нужно наличие движения (даже незначительного).

Где используется

Датчик присутствия сегодня активно применяется в следующих областях:

• система «умный дом» для включения света в автоматическом режиме (схема подключения приведена ниже). В этой ситуации он позволяет в разы сэкономить потребление электроэнергии;

Схема подключения

• охранные системы;
• робототехника;
• различные производственные линии;
• системы видеонаблюдения;
• для управления потребления электроэнергии и т.д.

Помимо этого все чаще появляются интерактивные игрушки, оснащенные подобными устройствами. Но в большинстве случаев при реагировании прибора нет необходимости включения света. Подобные изделия могут реагировать на температуру, ультразвук, вес объекта и многие другие параметры. Включения освещения здесь не происходит. Прибор реагирует, например, включением звука или передачей сигнала на портативное мобильное устройство (у современных моделей).
Особенно незаменимы такие разработки в охранной системе. Но не каждый человек может позволить себе приобрести такого устройство. Они достаточно дороги и могут оказаться не по карману. Поэтому некоторые делают такие устройства своими руками.

Приступаем к сборке

Для того чтобы собрать датчик, вам нужна будет приведенная ниже схема.

Помимо этого вам понадобится:

• генератор СВЧ;
• транзистор КТ371 (КТ368), который должен быть предварительно усилен КТ3102;
• компаратор;
• микросхема К554СА3.

Все необходимые компоненты для сборки можно отыскать на радиорынке или в специализированных магазинах электроники.
По этой схеме необходимо собрать и припаять вышеперечисленные элементы.
По приведенной схеме сенсор будет работать так:

• генератор вырабатывает СВЧ сигнал;
• далее он передается на штыревую антенну;
• затем сигнал отражается от перемещающегося в контролируемой зоне объекта;
• в результате получается частотный сдвиг;
• затем происходит его возврат на антенну и СВЧ генератор.

На данном этапе он будет работать по принципу приемника прямого преобразования. Это связано с тем, что полученный сигнал преобразуется в инфразвуковой (низкой частоты).
После преобразования сигнала происходит следующее:

• теперь уже полученные низкочастотные колебания, попадая на предварительный усилитель, усиливаются;
• затем они передаются на компаратор и преобразуются в импульсы (прямоугольные).

Если отражение сигнала не происходит, то на выходе с компаратора получается напряжение высокого уровня.
Подстроечный конденсатор необходим для установления частоты. Она должна быть равна резонансной частоте, имеющейся у антенны.

Обратите внимание! Данный параметр надлежит подбирать по максимальной чувствительности сенсора.

С конструктивной точки зрения, прибор должен выполняться на печатной схеме, выполненной из стеклотекстолита. Плата должна размещаться на пластмассовом корпусе.

Печатная схема (пример)

В качестве антенны можно использовать кусок жесткого провода. Для ее изготовления лучше выбрать медный провод. Его припаиваем к контактной площадке полученной платы. Вывод антенны осуществляется через выход на корпусе. Специалисты рекомендуют располагать антенну вертикально.
Помните, что в непосредственной близости от собранного своими руками датчика не должны размещаться любые экранирующие предметы. Помимо этого следует знать, что для нормального функционирования спаянного изделия его общий провод должен обладать емкостной связью с землей.

Завершающий этап

После того, как вы смонтировали компактное устройство, его следует подвесить с внутренней стороны двери, максимально близко к дверной ручке и дверному замку. Также изделие можно разместить и в других местах. Главное, чтобы контролируемая зона была достаточной.
В ходе монтажа необходимо следить за тем, чтобы длина проводников и выводов элементов была минимальна. Это позволит избежать помех, в результате наличия которых прибор может начать работать не адекватно.
Следуя приведенной инструкции и схеме, собрать своими руками датчик присутствия можно относительно просто. Главное – это смонтировать все составляющие в нужном порядке.

Правильно выбираем автономные датчики для движения с сиреной Обзор и установка пульта для радиоуправления светом

Несколько схем датчиков

В январе 2007 года издательство “Наука и Техника” выпустило книгу автора А.П.Кашкарова “Электронные датчики”. На этой страничке хочу познакомить Вас с некоторыми из конструкций.

Очень хочется предупредить – данные схемы я НЕ собирал – работоспособность их полностью зависит от “порядочности” г-на Кашкарова!

В начале рассмотрим схемы с применением микросхемы К561ТЛ1. Первая схема – емкостное реле:

Микросхема К561ТЛ1 (зарубежный аналог CD4093B) – одна из самых популярных цифровых микросхем этой серии. Микросхема содержит 4 элемента 2И-НЕ с передаточной характеристикой триггера Шмита (имеет определенный гистерезис).

Данное устройство имеет высокую чувствительность, что позволяет использовать его в охранных устройствах, а также в устройствах, предупреждающих о небезопасном нахождении человека в опасной зоне (например в распиловочных станках). Принцип устройства основан на изменении емкости между штырем антенны (используется стандартная автомобильная антенна) и полом. По утверждению автора, данная схема срабатывает при приближении человека среднего размера на расстояние около 1,5 метров. В качестве нагрузки транзистора может использоваться, например, электромагнитное реле с током срабатывания не более 50 миллиампер, которое своими контактами включает исполнительное устройство (сирену и проч.). Конденсатор С1 служит для снижения вероятности срабатывания устройства от помех.

Следующее устройство – датчик влажности:

Особенностью схемы является применение в качестве датчика переменного конденсатора С2 типа 1КЛВМ-1 с воздушным диэлектриком. Если воздух сухой – сопротивление между пластинами конденсатора составляет более 10 Гигаом, а уже при небольшой влажности сопротивление уменьшается. По сути этот конденсатор представляет собой высокоомный резистор с изменяющимся в зависимости от внешних условий абсорбированной атмосферной влажности сопротивлением. При сухом климате сопротивление датчика велико, и на выходе элемента D1/1 присутствует низкий уровень напряжения. при увеличении влажности сопротивление датчика уменьшается, возникает генерация импульсов, на выходе схемы присутствуют короткие импульсы. При увеличении влажности частота генерации импульсов увеличивается. В определенный момент влажности генератор на элементе D1/1 превращается в генератор импульсов. на выходе устройства появляется непрерывный сигнал.

Схема сенсорного датчика показана ниже:

Принцип действия этого устройства заключается в реагировании на “наводки” в теле человека или животного от различных электрических устройств. Чувствительность устройства очень велика – оно реагирует даже на прикосновение к пластине Е1 человека в матерчатых перчатках. При первом прикосновении устройство включается, при втором – выключается. Конденсатор С1 служит для защиты от помех и его в отдельном случае может и не быть…

Следующее устройство – индикатор влажности почвы. Это устройство может быть использовано, например, для автоматизации полива теплицы:

Устройство, на мой взгляд, весьма оригинально. Датчиком служит катушка индуктивности L1, закопанная в почву на глубину 35-50 сантиметров.
Транзистор Т2 и катушка индуктивности совместно с конденсаторами С5 и С6 образуют автогенератор на частоту около 16 килогерц. При сухой почве амплитуда импульсов на коллекторе транзистора VT2 равна 3 вольтам. Увеличение влажности почвы приводит к понижению амплитуды этих импульсов. Реле включено. При некотором значении влажности генерация срывается, что приводит к выключению реле. Реле своими контактами выключает, например, насос или электромагнитный вентиль в цепи полива.
О деталях: Самой ответственной частью схемы является катушка. Эта катушка наматывается на отрезок пластмассовой трубы, диаметром 100 , длиной 300 миллиметров и содержит 250 витков, провода ПЭВ, диаметром 1 миллиметр. Намотка – виток к витку. Снаружи обмотка изолируется двумя – тремя слоями ПХВ изоляционной ленты. Транзисторы можно заменить на КТ315. Конденсаторы – типа КМ. Диоды VD1-VD3 – типа КД521 – КД522.
Вся конструкция питается от стабилизированного источника, напряжением 12 вольт. Ток потребления схемой равен (в режимах “влажно-сухо”) 20-50 миллиампер.
Электронная схема собирается в небольшой герметичной коробке. Для возможности регулировки напротив движка R5 следует предусмотреть отверстие, которое после настройки также герметично закрывается. Для питания использован маломощный трансформатор с выпрямителем и стабилизатором на КР142ЕН8Б. Реле должно нормально срабатывать при токе не более 30 миллиампер и напряжении 8-10 вольт. Для примера – можно применить РЭС10, паспорт 303. Для питания насоса контакты этого реле непригодны. В качестве промежуточного реле можно использовать автомобильное. Контакты такого реле выдерживают ток не менее 10 ампер. Можно применить и реле типа КУЦ от цветных телевизоров. Оба из рекомендованных реле имеют обмотку на 12 вольт и их можно включать до микросхемы стабилизатора (после выпрямителя и сглаживающего конденсатора), либо после стабилизатора (но тогда микросхему стабилизатора следует установить на небольшой теплоотвод). Также на корпусе следует установить два герметичных разъема (например типа РША). Один разъем используется для подключения сети и исполнительного устройства (насос), другой – для подключения катушки.
Настройка схемы сводится к регулированию чувствительности устройства при помощи переменного резистора R5. Окончательная настройка производится на месте работы устройства более точной подстройкой резистора. Следует иметь в виду, что данное устройство несколько изменяет порог включения при изменении температуры почвы (но это не очень существенно, поскольку на глубине в 35-50 сантиметров температура почвы изменяется незначительно).
Весной у владельцев овощных ям и гаражей появляется еще одна забота – талые воды. Если вовремя не откачать воду – овощи приходят в негодность… Можно процедуру откачки воды поручить автоматике. Схема получается простенькой, а сэкономит Вам множество времени и нервов (эта схема не из книжки! ) :

Схема автоматической “водооткачки” работает на принципе электропроводности воды. Основным элементом контроля уровня является блок из трех пластин из нержавеющей стали. Пластины 1 и 2 имеют одинаковую длину, пластина 3 – датчик верхнего уровня воды. Пока уровень воды ниже уровня 3 пластины – на входе логического элемента D1 уровень логической еденицы, на выходе элемента уровень логического нуля – транзистор заперт, реле обесточено. При увеличении уровня воды датчик 3 через воду соединяется с общим проводом схемы (пластина 1) – на входе элемента уровень логического нуля, на выходе элемента – уровень логической еденицы – транзистор открывается – реле своими контактами включает насос. Одновременно с насосом на вход схемы подключается пластина 2 датчика. Эта пластина является датчиком нижнего уровня воды. Насос будет работать до тех пор, пока уровень воды не опустится ниже уровня пластин. После этого насос отключается и схема переходит в дежурный режим…
В схеме можно применить практически любые логические элементы КМОП технологии серий 176, 561,564. Реле РЭС22 используется на напряжение срабатывания 10-12 вольт. Данное реле имеет довольно мощные контакты, что позволяет непосредственно управлять насосом типа “Водолей” мощностью до 250 ватт. Для увеличения надежности работы полезно свободные группы контактов реле (их всего четыре) соединить параллельно и параллельно контактам реле включить цепочку из последовательно соединенных резистора на 100 ом (мощностью не менее 2 ватт) и конденсатора на 0,1 микрофарады (с рабочим напряжением не менее 400 вольт). Эта цепочка служит для уменьшения искрения на контактах в моменты коммутации. Если у Вас насос большей мощности – придется применить дополнительное промежуточное реле с контактами большей мощности (например пускатель ПМЕ 100 – 200…), обмотку которого (обычно на 220 вольт) коммутировать при помощи реле РЭС22. В этом случае обычно хватает одной пары контактов и искрогасящую цепочку параллельно контактам реле можно не ставить. Трансформатор питания использован на 12 вольт (был готовый) с мощностью около 5 ватт. При самостоятельном изготовлении следует учитывать тот факт что трансформатор будет работать непрерывно, поэтому лучше увеличить (для надежности) на 15-20 процентов количество витков первичной и вторичной обмоток по сравнению с расчетными. Использовать Китайские трансформаторы я бы Вам не советовал – при работе они очень сильно греются – может произойти пожар, либо трансформатор попросту сгорит, а Вы будете уверены в надежности работы схемы и перестанете наведываться в гараж… Результат – овощи испорчены…
Данное устройство эксплуатируется автором на протяжении 5 лет и показало высокую надежность. Соседи по гаражному кооперативу тоже высоко оценили этот “девайс” – уровень воды в их ямах также значительно понизился…

Можно подобное устройство изготовить и без микросхемы:

Реле в данной конструкции используется типа КУЦ (от цветных телевизоров). Этот тип реле имеет две пары замыкающих контактов. Одна пара используется для переключения пластин датчика, другая – для управления насосом. Следует иметь в виду, что реле типа КУЦ нежелательно использовать совместно с микросхемой – могут появиться ложные срабатывания от наводок!

Схема каких либо особенностей не имеет. Возможно, во время настройки придется подобрать резистор R2 в цепи смещения транзистора VT2, добиваясь четкого срабатывания реле при контакте датчика с водой.

На оставшихся элементах микросхемы можно собрать еще одно полезное устройство – имитатор охранной сигнализации:

Устройство предназначено для имитации системы охраны гаража. Для обеспечения бесперебойности работы схема снабжена автономным питанием из батареи аккумуляторов с напряжением 5 вольт. Для экономичности устройства в целом – служит фоторезистор R2. В темное время суток на фоторезистор свет не попадает – сопротивление его велико – на входе элемента присутствует напряжение логической еденицы – генератор вырабатывает импульсы. Светодиод – “моргает”. В светлое время суток сопротивление фоторезистора уменьшается, что приводит к уменьшению напряжения на выводе 10 микросхемы до уровня логического нуля – генератор перестает возбуждаться. Частота импульсов зависит от номиналов конденсатора С1 и резистора R2. В качестве резервного источника использована батарея из 4 аккумуляторов типа КНГ-1,5. Емкости аккумуляторной батареи хватает для непрерывной работы схемы примерно на 20-30 суток (при пропадании сетевого напряжения).
Настройка сводится к подбору с помощью сопротивления резистора R1 уровня чувствительности схемы. Резистором R2 можно изменять частоту генератора.
Данное устройство относится к так называемому “пассивному” устройству защиты, но оно реально работает! Эксплуатация “моргасика” в течении более 5 лет показала его довольно высокую эффективность. За это время не было зафиксировано ни одной попытки вскрытия гаража (у соседей такие случаи бывали). Понятно, что серьезного жулика подобным устройством не напугаешь – (но где они, серьезные жулики – так, одна шпана…).

Датчики движения – невероятно удобная вещь, которая позволяет управлять светом в комнате или контролировать открытие и закрытие дверей, а также может оповестить вас о нежелательных гостях. В этой статье мы расскажем, как сделать датчик движения своими руками в домашних условиях и рассмотрим сферу возможного применения данных устройств.

Кратко о датчиках

Один из самых простых видов датчиков — концевой выключатель или самовозвратная кнопка (без фиксации).

Она устанавливается у двери и реагирует на ее открытие и закрытие. С помощью нехитрой схемы данный аппарат включает свет в холодильнике. Ей можно оснастить кладовку или тамбур прихожей, дверь в подъезде, дежурную светодиодную подсветку, использовать данный выключатель как сигнализацию, которая оповестит об открытии или закрытии двери. Недостатками конструкции могут являться сложности в установке, и порой непрезентабельный внешний вид.

Аппараты, на основе и магнита, можно заметить на дверях и окнах охраняемых объектов. Их принцип работы очень похож на работу кнопки. Геркон может размыкать или соединять контакты при поднесении к нему обычного магнита. Таким образом, сам геркон устанавливается на дверной проем, а магнит вешается на дверь. Такая конструкция аккуратно выглядит и используется чаще, чем обычная кнопка. Недостаток устройств в узко специализированном применении. Для контроля открытых территорий, площадей, проходов они не годны.

Для открытых проходов существуют устройства, реагирующие на изменения в окружающей среде. К ним относятся фотореле, емкостные (датчики поля), тепловые (PIR), звуковые реле. Для фиксации пересечения определенного участка, контроля препятствия, наличия движения какого-либо объекта в зоне перекрытия, используют фото или звуковые эхо устройства.

Принцип работы таких датчиков основан на формировании импульса и его фиксации после отражения от объекта. При попадании в такую зону предмета, изменяется характеристика отраженного сигнала, и детектор формирует сигнал управления на выходе.

Для наглядности представлена принципиальная схема работы фотореле и звукового реле:

В качестве передающего устройства в оптических датчиках используются инфракрасные светодиоды, а в качестве приемника – фототранзисторы. Звуковые датчики работают в ультразвуковом диапазоне, поэтому их работа для нашего уха кажется бесшумной, однако каждый из них содержит маленький излучатель и улавливатель.

К примеру, замечательно снабдить детектором движения зеркало с подсветкой. Включение освещения будет происходить только в тот момент, когда человек будет находиться непосредственно возле него. Не желаете сделать такую самостоятельно?

Схемы сборки

Микроволновый

Для контроля открытых пространств и контроля наличия объектов в нужной зоне, существует емкостное реле. Принцип действия данного устройства заключается в измерении величины поглощения радиоволн. Каждый наблюдал или был участником этого эффекта, когда, приближаясь к работающему радиоприемнику, частота на которой он работает, сбивалась и появлялись помехи.

Поговорим о том, как сделать датчик движения микроволнового типа. Сердцем данного детектора является радио микроволновой генератор и специальная антенна.

На данной принципиальной схеме представлен простой способ сделать микроволновый датчик движения. Транзистор VT1 является высокочастотным генератором и по совместительству радио приемником. Детекторный диод выпрямляет напряжение, подавая смещение на базу транзистора VT2. Обмотки трансформатора Т1 настроены на разную частоту. В начальном состоянии, когда на антенну не воздействует внешняя емкость, амплитуды сигналов взаимно компенсируются и на детекторе VD1 нет напряжения.При изменении частоты, их амплитуды складываются и детектируются диодом. Транзистор VT2 начинает открываться. В качестве компаратора для четкой отработки состояний «включено» и «выключено», используется тиристор VS1, который управляет силовым реле на 12 Вольт.

Ниже предоставлена действенная схема реле присутствия на доступных компонентах, которая поможет собрать детектор движения своими руками или просто пригодится для ознакомления с устройством.

Тепловой

Тепловой ДД (PIR) самый распространенный сенсорный аппарат в хозяйственном секторе. Это объясняется дешевыми комплектующими, простой схемой сборки, отсутствием дополнительных сложных настроек, широким температурным диапазоном работы.

Готовый аппарат можно купить в любом магазине электротоваров. Часто этим сенсором снабжаются светильники, устройства сигнализации и прочие контроллеры. Однако сейчас мы расскажем, как сделать тепловой датчик движения в домашних условиях. Простая схема для повторения выглядит следующим образом:

Специальный тепловой датчик В1 и фото элемент VD1 составляют автоматизированный комплекс управления освещением. Устройство начинает работать только после наступления сумерек, порог срабатывания можно выставить резистором R2. Датчик подключает нагрузку при попадании перемещающегося человека в зону контроля. Время встроенного таймера для отключения можно выставить регулятором R5.

Самоделка из модуля для Arduino

Недорогой сенсор можно сделать из специальных готовых плат для радио конструктора. Так можно получить довольно миниатюрное устройство. Для сборки нам понадобятся модуль датчика движения для микроконтроллеров Arduino и модуль одноканального реле.

На каждой плате распаян разъем из трех штырьков, VCC +5 вольт, GND -5 вольт, OUT выход на детекторе и IN вход на плате реле. Для того, чтобы сделать устройство своими руками, необходимо с источника питания подать на платы 5 Вольт (плюс и минус), например, от зарядки для телефонов, а out и in соединить вместе. Соединения можно проводить с помощью разъемов, но надежнее будет все спаять. Можно руководствоваться схемой ниже. Миниатюрный транзистор, как правило, уже встроен в модуль реле, поэтому дополнительно его ставить не нужно.

При перемещении человека модуль подает сигнал на реле, и оно открывается. Обратите внимание, что есть реле высокого и низкого уровня. Его необходимо подбирать исходя из того, какой сигнал выдает датчик на выходе. Готовый детектор можно поместить в корпус и замаскировать в нужном месте. Дополнительно рекомендуем просмотреть видео, в которых наглядно демонстрируются инструкции по сборке самодельных датчиков движения в домашних условиях. Если у вас останутся какие-либо вопросы, вы всегда можете задать их в комментариях.

Сегодня никого не удивишь различными по назначению и эффективности электронными устройствами превентивного предупреждения, которые оповещают людей или включают охранную сигнализацию задолго до непосредственного контакта нежелательного гостя с охраняемым рубежом (территорией). Многие из таких узлов, описанных в литературе, например в , по мнению автора, интересны, но усложнены.

В противовес им разработана простая электронная схема бесконтактного емкостного датчика (рис. 2.2), собрать которую по силам даже начинающему радиолюбителю. Устройство имеет высокую чувствительность по входу, что позволяет использовать его для предупреждения о приближении человека к сенсору Е1.

Принцип действия устройства основан на изменении емкости между сенсором-антенной Е1 и «землей» (общим проводом: всем тем, что соотносится к заземляющему контуру, — в данном случае это пол и стеніі помещения). При приближении человека эта емкость существенно изменяется, что оказывается достаточным для срабатывания микросхемы K561TЛ1.

Рис. 2.2. Электрическая схема бесконтактного емкостного датчика

В основе конструкции — два элемента микросхемы K561TЛ1 (DD1), включенные как инверторы. Эта микросхема имеет в своем составе четыре однотипных элемента с функцией 2И-НЕ с триггерами Шмита с гистерезисом (задержкой) на входе и инверсией по выходу.

Применение микросхемы K561TЛ1 обусловлено малым потреблением тока, высокой помехозащищенностью (до 45 % от уровня напряжения питания), работой в широком диапазоне питающего напряжения (в диапазоне 3—15 В), защищенностью по входу от статического электричества и кратковременного превышения входных уровней, и многими другими достоинствами, которые позволяют широко использовать микросхему в радиолюбительских конструкциях, не требуя каких-либо особых мер предосторожности и защиты.

Кроме того, микросхема K561TЛ1 позволяет включать свои независимые логические элементы параллельно, в качестве буферных элементов, вследствие чего мощность выходного сигнала пропорционально увеличивается. Триггеры Шмита—бистабильные схемы, способные работать с медленно возрастающими входными сигналами, в том числе с примесью помех. При этом обеспечивающие по выходу крутые фронты импульсов можно передавать в последующие узлы схемы для стыковки с другими ключевыми элементами и микросхемами. Микросхема K561TЛ (как, впрочем, и K561TЛ2) могут выделять управляющий сигнал (в том числе цифровой) для других устройств из аналогового или нечеткого входного импульса.

Зарубежный аналог К561ТЛ1 — CD4093B.

Схема включения инверторов — классическая, она описана в справочных изданиях. Особенность представленной разработки — в конструктивных нюансах. После включения питания на входе элемента DD1.1 присутствует неопределенное состояние, близкое к низкому логическому уровню. На выходе DD1.1 — высокий уровень, на выходе DD1.2 — опять низкий. Транзистор VT1 закрыт. Пьезоэлектрический капсюль НАІ (с внутренним генератором 34) не активен.

К сенсору Е1 подключена антенна — подойдет автомобильная телескопическая. При нахождении человека рядом с антенной изменяется емкость между штырем антенны и полом. От этого переключаются элементы DD1.1, DD1.2 в противоположное состояние. Для переключения узла человек среднего роста должен находиться (проходить) рядом с антенной длиной 35 см на расстоянии до 1,5 м. На выводе 4 микросхемы появляется высокий уровень напряжения, вследствие этого транзистор VT1 открывается и звучит капсюль НА1.

Подбором емкости конденсатора С1 можно изменить режим работы элементов микросхемы. Так, при уменьшении емкости С1 до 82—120 пФ узел работает иначе. Теперь звуковой сигнал звучит только, пока на вход DD1.1 воздействует наводки переменного напряжения — прикосновение человека.

Электрическую схему (рис. 2.2) можно использовать и как основу для триггерного сенсорного датчика. Для этого исключают постоянный резистор R1, экранированный провод, а сенсором являются контакты микросхемы 1 и 2.

Последовательно с R1 подключают экранированный провод (кабель РК-50, РК-75, экранированный провод для сигналов ЗЧ — подходят все типы) длиной 1—1,5 м, экран соединяется с общим проводом, центральная жила на конце соединяется со штырем антенны.

При соблюдении указанных рекомендаций и применении указанных в схеме типов и номиналов элементов, узел генерирует звуковой сигнал частотой около 1 кГц (зависит от типа капсюля НА1) при приближении человека к штырю антенны на расстояние 1,5—1 м. Триггерный эффект отсутствует. Как только объект удаляется от антенны, датчик переходит в режим охраны (ожидания).

Эксперимент проводился также с животными— кошкой и собакой: на их приближение к сенсору-антенне узел не реагирует.

Возможности устройства трудно переоценить. В авторском варианте оно смонтировано рядом с дверной коробкой; входная дверь — металлическая.

Громкость сигнала ЗЧ, излучаемого капсюлем НА1, достаточна для того, чтобы услышать его на закрытой лоджии (она сопоставима с громкостью квартирного звонка).

Источник питания— стабилизированный, с напряжением 9—15 В, с хорошей фильтрацией напряжения пульсаций по выходу. Ток потребления ничтожно мал в режиме ожидания (несколько микроампер) и увеличивается до 22—28 мА при активной работе излучателя НА1. Бестрансформаторный источник применять нельзя из-за вероятности поражения электрическим током. Оксидный конденсатор С2 действует как дополнительный фильтр по питанию, его тип — К50-35 или аналогичный, на рабочее напряжение не ниже напряжения источника питания.

При эксплуатации узла выявлены интересные особенности. Напряжение питания узла влияет на его работу: при увеличении напряжения питания до 15 В в качестве сенсора-антенны используется только обыкновенный многожильный неэкранированный электрический медный провод сечением 1—2 мм длиной 1 м; никакого экрана и резистора R1 в таком случае не надо, электрический медный провод подсоединяется непосредственно к выводам 1 и 2 элемента DD1.1. Эффект аналогичен. При изменении фазировки сетевой вилки источника питания узел катастрофически теряет чувствительность и способен работать только как сенсор (реагирует на прикосновение к Е1). Это актуально при любом значении напряжения источника питания в диапазоне 9—15 В. Очевидно, что второе назначение данной схемы — обыкновенный сенсор (или сенсор-триггер).

Эти нюансы следует учитывать при повторении устройства. Однако в случае правильного подключения, описанного здесь, получается важная составляющая охранной сигнализации, обеспечивающей безопасность жилищу, предупреждающей хозяев еще до возникновения нештатной ситуации.

Монтаж элементов осуществляется компактно на плате из стеклотекстолита. Корпус для устройства — любой из диэлектрического (непроводящего) материала. Для контроля включения питания устройство может быть снабжено индикаторным светодиодом, подключенным параллельно источнику питания.

Налаживание при точном соблюдении рекомендаций не требуется. Если экспериментировать с длиной экранирующего кабеля, длиной и площадью сенсора-антенны Е1 и изменением напряжения питания, возможно потребуется скорректировать сопротивление резистора R1 в широких пределах — от 0,1 до 100 МОм. Для уменьшения чувствительности увеличивают емкость конденсатора С1. Если это не приносит результатов, параллельно С1 включают постоянный резистор сопротивлением 5—10 МОм.

Рис. 2.3. Емкостной датчик

Неполярный конденсатор С1 — типа КМ6. Постоянный резистор R2— МЛТ-0,25. Резистор R1 — типа ВС-0,5, ВС-1. Транзистор VT1 необходим для усиления сигнала с выхода элемента DD1.2. Без этого транзистора капсюль НА1 звучит негромко. Транзистор VT1 можно заменить на КТ503, КТ940, КТ603, КТ801 с любым буквенным индексом.

Капсюль-излучатель НА1 может быть заменен на аналогичный с встроенным генератором 34 и рабочим током не более 50 мА, например FMQ-2015B, КРХ-1212В и аналогичными.

Благодаря применению капсюля с встроенным генератором узел проявляет интересный эффект: при близком приближении человека к сенсору-антенне Е1 звук капсюля монотонный, а при удалении (или приближении человека, начиная с расстояния 1,5 м до Е1) — капсюль издает стабильный по характеру прерывистый звук в соответствии с изменением уровня потенциала на выходе элемента DD1.2. (Подобный эффект лег в основу первого электронного музыкального инструмента — «Терменвокса».)

Для более полного представления о свойствах емкостного датчика автор рекомендует ознакомиться с материалом .

Если в качестве НА1 применить капсюль со встроенным гене-ратбром ЗЧ, например КРІ-4332-12, то при сравнительно большом удалении человека от сенсора-антенны звук будет напоминать сирену, а при максимальном приближении — прерывистый сигнал.

Некоторым минусом устройства можно считать отсутствие избирательности (системы распознавания «свой/чужой»), так узел будет сигнализировать о приближении к Е1 любого лица, в том числе вышедшего «за хлебом» хозяина квартиры. Основа работы устройства — электрические наводки и изменение емкости максимально полезны при эксплуатации в больших жилых массивах с развитой сетью электрических коммуникаций; очевидно, прибор будет бесполезен в лесу, в поле и везде, где нет электрических коммуникаций.

Кашкаров А. П. 500 схем для радиолюбителей. Электронные датчики.

Как сделать емкостный датчик для стальной двери. Емкостной сенсорный датчик своими руками. Система обозначений индуктивных датчиков

Сегодня никого не удивишь различными по назначению и эффективности электронными устройствами предупреждения, которые оповещают или включают охранную сигнализацию задолго до непосредственного контакта нежелательного «гостя» с охраняемым рубежом (территорией). Многие из таких узлов, описанных в литературе, на мой взгляд, интересны, но слишком сложные.

В противовес им предлагается простая бесконтактного емкостного датчика (Рис. 4.11), собрать которую в силах начинающий радиолюбитель. Устройство имеет многочисленные достоинства, одно из которых (высокая чувствительность по входу) используется для предупреждения о приближении какого-либо одушевленного объекта (например, человека) к сенсору Е1.

Практическое применение узла трудно переоценить. В авторском варианте устройство смонтировано рядом с дверной коробкой многоквартирного жилого дома. Входная дверь – металлическая. Громкость сигнала 34, излучаемого капсюлем ΗΑ1, достаточна, чтобы услышать его на закрытой лоджии, и сопоставима с громкостью квартирного звонка.

Источник питания – стабилизированный, напряжением 9…15 В, с хорошей фильтрацией напряжения пульсаций по выходу. Ток потребления ничтожно мал в режиме ожидания (несколько мкА) и увеличивается до 22…28 мА при активной работе излучателя НА1. Бестранс- форматорный источник применять нельзя из-за возможности поражения электрическим током.

Все это следует учитывать при изготовлении узла. Однако при правильном подключении можно создать важную и стабильную часть охранной сигнализации, обеспечивающей безопасность жилища и предупреждающей хозяев о нештатной ситуации еще до ее возникновения. Готовое устройство показано на Рис. 4.12.

Рис. 4.12. Устройство с автомобильной антенной в виде емкостного датчика

Возможно, при других вариантах сенсоров и антенн узел проявит себя в ином качестве. Если экспериментировать с длиной экранирующего кабеля, длиной и площадью сенсора-антенны Е1 и напряжением питания узла, не исключено, что потребуется скорректировать НА1. Может быть заменен аналогичным капсюлем со встроенным генератором 34 и рабочим током не более 50 мА, например: FMQ-2015B, КРХ-1212В и аналогичными.

Благодаря применению капсюля со встроенным генератором проявляется интересный эффект: при приближении человека к сенсору-антенне Е1 звук капсюля монотонный, а при удалении (или приближении человека на расстояние около 1,5 м от Е1) капсюль издает стабильный прерывистый звук в соответствии с изменением уровня потенциала на выходе элемента DD1.2.

Если в качестве НА1 применить капсюль со встроенным генератором прерываний 34, например KPI-4332-12, звук будет напоминать сирену при относительно большом расстоянии человека от сенсора-антенны и стабильный прерывистый сигнал при максимальном приближении.

Относительным недостатком устройства можно считать отсутствие избирательности «свой/чужой», так как узел сигнализирует о приближении к Е1 любого лица, в том числе вышедшего «за булкой хлеба» хозяина квартиры. Основа работы узла – электрические наводки и изменение емкости. Такой узел эффективно работает только в больших жилых массивах с развитой сетью электрических коммуникаций.

Возможно, что такой прибор будет бесполезен в лесу, в поле – везде, где нет электрических коммуникаций осветительной сети 220 В. Такова особенность устройства.

Экспериментируя с данным узлом и микросхемой (даже в штатном ее включении), можно получить бесценный опыт и реальные, простые в повторении, но оригинальные по сути и функциональным особенностям электронные устройства.

Элементы сборки

Монтаж элементов выполняется на плате из стеклотекстолита. Корпус для устройства может быть из любого диэлектрического материала.

Для контроля включения питания устройство может быть снабжено индикаторным светодиодом, который подключается параллельно источнику питания.

Здесь же я отдельно вынес такой важный практический вопрос, как подключение индуктивных датчиков с транзисторным выходом, которые в современном промышленном оборудовании – повсеместно. Кроме того, приведены реальные инструкции к датчикам и ссылки на примеры.

Принцип активации (работы) датчиков при этом может быть любым – индуктивные (приближения), оптические (фотоэлектрические), и т.д.

В первой части были описаны возможные варианты выходов датчиков. По подключению датчиков с контактами (релейный выход) проблем возникнуть не должно. А по транзисторным и с подключением к контроллеру не всё так просто.

Схемы подключения датчиков PNP и NPN

Отличие PNP и NPN датчиков в том, что они коммутируют разные полюсы источника питания. PNP (от слова “Positive”) коммутирует положительный выход источника питания, NPN – отрицательный.

Ниже для примера даны схемы подключения датчиков с транзисторным выходом. Нагрузка – как правило, это вход контроллера.

Подписывайтесь! Будет интересно.

Датчика. Нагрузка (Load) постоянно подключена к “минусу” (0V), подача дискретной “1” (+V) коммутируется транзистором. НО или НЗ датчик – зависит от схемы управления (Main circuit)

Датчика. Нагрузка (Load) постоянно подключена к “плюсу” (+V). Здесь активный уровень (дискретный “1”) на выходе датчика – низкий (0V), при этом на нагрузку подается питание через открывшийся транзистор.

Призываю всех не путаться, работа этих схем будет подробно расписана далее.

На схемах ниже показано в принципе то же самое. Акцент уделён на отличия в схемах PNP и NPN выходов.

Схемы подключения NPN и PNP выходов датчиков

На левом рисунке – датчик с выходным транзистором NPN . Коммутируется общий провод, который в данном случае – отрицательный провод источника питания.

Справа – случай с транзистором PNP на выходе. Этот случай – наиболее частый, так как в современной электронике принято отрицательный провод источника питания делать общим, а входы контроллеров и других регистрирующих устройств активировать положительным потенциалом.

Как проверить индуктивный датчик?

Для этого нужно подать на него питание, то есть подключить его в схему. Затем – активировать (инициировать) его. При активации будет загораться индикатор. Но индикация не гарантирует правильной работы индуктивного датчика. Нужно подключить нагрузку, и измерить напряжение на ней, чтобы быть уверенным на 100%.

Замена датчиков

Как я уже писал, есть принципиально 4 вида датчиков с транзисторным выходом, которые подразделяются по внутреннему устройству и схеме включения:

• PNP NO
• PNP NC
• NPN NO
• NPN NC

Все эти типы датчиков можно заменить друг на друга, т.е. они взаимозаменяемы.

Это реализуется такими способами:

• Переделка устройства инициации – механически меняется конструкция.
• Изменение имеющейся схемы включения датчика.
• Переключение типа выхода датчика (если имеются такие переключатели на корпусе датчика).
• Перепрограммирование программы – изменение активного уровня данного входа, изменение алгоритма программы.

Ниже приведён пример, как можно заменить датчик PNP на NPN, изменив схему подключения:

PNP-NPN схемы взаимозаменяемости. Слева – исходная схема, справа – переделанная.

Понять работу этих схем поможет осознание того факта, что транзистор – это ключевой элемент, который можно представить обычными контактами реле (примеры – ниже, в обозначениях).

А что там свежего в группе ВК СамЭлектрик.ру ?

Подписывайся, и читай статью дальше:

Итак, схема слева. Предположим, что тип датчика – НО. Тогда (независимо от типа транзистора на выходе), когда датчик не активен, его выходные “контакты” разомкнуты, и ток через них не протекает. Когда датчик активен, контакты замкнуты, со всеми вытекающими последствиями. Точнее, с протекающим током через эти контакты)). Протекающий ток создает падение напряжения на нагрузке.

Внутренняя нагрузка показана пунктиром неспроста. Этот резистор существует, но его наличие не гарантирует стабильную работу датчика, датчик должен быть подключен к входу контроллера или другой нагрузке. Сопротивление этого входа и является основной нагрузкой.

Если внутренней нагрузки в датчике нет, и коллектор “висит в воздухе”, то это называют “схема с открытым коллектором”. Эта схема работает ТОЛЬКО с подключенной нагрузкой.

Так вот, в схеме с PNP выходом при активации напряжение (+V) через открытый транзистор поступает на вход контроллера, и он активизируется. Как того же добиться с выходом NPN?

Бывают ситуации, когда нужного датчика нет под рукой, а станок должен работать “прям щас”.

Смотрим на изменения в схеме справа. Прежде всего, обеспечен режим работы выходного транзистора датчика. Для этого в схему добавлен дополнительный резистор, его сопротивление обычно порядка 5,1 – 10 кОм. Теперь, когда датчик не активен, через дополнительный резистор напряжение (+V) поступает на вход контроллера, и вход контроллера активизируется. Когда датчик активен – на входе контроллера дискретный “0”, поскольку вход контроллера шунтируется открытым NPN транзистором, и почти весь ток дополнительного резистора проходит через этот транзистор.

В данном случае происходит перефазировка работы датчика. Зато датчик работает в режиме, и контроллер получает информацию. В большинстве случаев этого достаточно. Например, в режиме подсчета импульсов – тахометр, или количество заготовок.

Да, не совсем то, что мы хотели, и схемы взаимозаменяемости npn и pnp датчиков не всегда приемлемы.

Как добиться полного функционала? Способ 1 – механически сдвинуть либо переделать металлическую пластинку (активатор). Либо световой промежуток, если речь идёт об оптическом датчике. Способ 2 – перепрограммировать вход контроллера чтобы дискретный “0” был активным состоянием контроллера, а “1” – пассивным. Если под рукой есть ноутбук, то второй способ и быстрее, и проще.

Условное обозначение датчика приближения

На принципиальных схемах индуктивные датчики (датчики приближения) обозначают по разному. Но главное – присутствует квадрат, повёрнутый на 45° и две вертикальные линии в нём. Как на схемах, изображённых ниже.

НО НЗ датчики. Принципиальные схемы.

На верхней схеме – нормально открытый (НО) контакт (условно обозначен PNP транзистор). Вторая схема – нормально закрытый, и третья схема – оба контакта в одном корпусе.

Цветовая маркировка выводов датчиков

Существует стандартная система маркировки датчиков. Все производители в настоящее время придерживаются её.

Однако, нелишне перед монтажом убедиться в правильности подключения, обратившись к руководству (инструкции) по подключению. Кроме того, как правило, цвета проводов указаны на самом датчике, если позволяет его размер.

Вот эта маркировка.

• Синий (Blue) – Минус питания
• Коричневый (Brown) – Плюс
• Чёрный (Black) – Выход
• Белый (White) – второй выход, или вход управления, надо смотреть инструкцию.

Система обозначений индуктивных датчиков

Тип датчика обозначается цифро-буквенным кодом, в котором зашифрованы основные параметры датчика. Ниже приведена система маркировки популярных датчиков Autonics.

Скачать инструкции и руководства на некоторые типы индуктивных датчиков:

/ Схема включения датчиков по схемам PNP и NPN в программе Splan/ Исходный файл., rar, 2.18 kB, скачан: 2294 раз./

Реальные датчики

Датчики купить проблематично, товар специфический, и в магазинах электрики такие не продают. Как вариант, их можно купить в Китае, на АлиЭкспрессе.

А вот какие я встречаю в своей работе.

Всем спасибо за внимание, жду вопросов по подключению датчиков в комментариях!

Датчик движения чаще всего используется для включения освещения, когда вы проходите или находитесь рядом с ним. С его помощью можно хорошо экономить электричество и избавить себя от необходимости щелкать выключателем. Это устройство также используется и в системах сигнализации, для определения нежелательных проникновений. Кроме этого их можно встретить и на производственных линиях, они там нужны для автоматизированного выполнения каких-либо технологических задач. Датчики движения иногда называют датчикам присутствия.

Типы датчиков движения

Датчики движения различают по принципу действия от этого зависит их работа, точность срабатывания и особенности использования. У каждого из них есть сильные и слабые стороны. От конструкции и рода используемого элемента зависит и конечная цена такого датчика.

Датчик движения может быть выполнен в одном корпусе и в разных корпусах (блок управления отдельно от датчика).

Контактные

Самый простой вариант датчика движения – использовать или . Геркон (герметичный контакт) это переключатель который срабатывает при появлении магнитного поля. Суть работы заключается в установки концевого выключателя с нормально-разомкнутыми контактами или геркона на дверь, когда вы её откроете и зайдете в помещение контакты замкнутся, включат реле, а оно включит освещение. Такая схема изображена ниже.

Инфракрасные

Срабатывают от теплового излучения, реагируют на изменение температуры. Когда вы входите в поле зрения такого датчика он срабатывает на тепловое излучение от вашего тела. Недостатком такого способа определения являются ложные срабатывания. Тепловое излучение присуще всему что есть вокруг. Приведем несколько примеров:

1. стоит в помещении с электрообогревателем, который периодически включается и отключается по таймеру или термостату. При включении обогревателя возможны ложные срабатывания. Можно попробовать этого избежать долгой и скрупулезной настройкой чувствительности, а также попыткой направить его так, чтобы в прямой видимости не было обогревателя.

2. При установке на улице возможны срабатывания от порывов тёплого ветра.

В целом эти датчики нормально работают, при этом это самый дешевый вариант. В качестве чувствительного элемента используется PIR-сенсор, он создает электрическое поле пропорционально тепловому излучению.

Но сам по себе сенсор не имеет широкой направленности, поверх него устанавливается линза Френеля.

Правильнее будет сказать – многосегментная линза, или мультилинза. Обратите внимание на окошко такого датчика, оно разбито на секции это и есть сегменты линз, они фокусируют попадающие излучения в узкий пучок и направляют его на чувствительную область датчика. В результате этого на маленькое приемное окошко пироэлектрического сенсора попадают пучки излучений с разных сторон.

Для увеличения эффективности детектирования движения могут устанавливать сдвоенные, или счетвертненные сенсоры или несколько отдельных. Таким образом, расширяется поле зрение прибора.

Исходя из вышесказанного нужно отметить и то, что на датчик не должен попадать свет от лампы, а также в поле его зрения не должно быть ламп накаливания, это также сильный источник ИК-излучения, тогда работа системы в целом будет нестабильной и непредвиденной. ИК-излучения плохо проходят через стекло, поэтому он не сработает, если вы будете идти за окном или стеклянной дверью.

Это самый распространённый вид датчика его можно купить а можно и собрать самому на основе, поэтому рассмотрим его конструкцию подробно.

Как собрать ИК-датчик движения своими руками?

Самый распространенный вариант – это HC-SR501. Его можно купить в магазине радиодеталей, на али-экспресс, часто поставляется в наборах Arduino. Может использоваться как в паре с микроконтроллером, так и самостоятельно. Он представляет собой печатную плату с микросхемой, обвязкой и одним ПИР-сенсором. Последний накрыт линзой, на плате есть два потенциометра, один из них регулирует чувствительность, а второй время которое на выходе датчика присутствует сигнал. При детектировании движения на выходе появляется сигнал и держится установленное время.

Он питается напряжением от 5 до 20 вольт, срабатывает на расстоянии от 3 до 7 метров, а сигнал на выходе держит от 5 до 300 секунд, вы можете продлить этот период, если использовать , микроконтроллер или реле задержки времени. Угол обзора порядка 120 градусов.

На фото изображен датчик в сборе (слева), линзу (справа внизу), обратную сторону платы (справа вверху).

Рассмотрим плату подробнее. На её передней стороне расположен чувствительный элемент. На задней – микросхема, её обвязка, справа два подстроечных резистора, где верхний – время задержки сигнала, а нижний – чувствительность. В нижней правой части джампер для переключения режимов H и L. В режиме L датчик выдает выходной сигнал только она период времени выставленного потенциометром. Режим H выдает сигнал, пока вы находитесь в зоне действия датчика, а когда вы её покидаете сигнал, исчезнет через время заданное верхним потенциометром.

Если вы хотите использовать датчик без микроконтроллеров, тогда соберите эту схему, все элементы подписаны. Схема питается через гасящий конденсатор, напряжение питания ограничено на уровне 12В с помощью стабилитрона. Когда на выходе датчика появляется положительный сигнал реле Р включается через NPN транзистор (например BC547, mje13001-9, КТ815, КТ817 и другие). Можно использовать автомобильное реле или любое другое с катушкой на 12В.

Если вам нужно реализовать какие-то другие функции – можно использовать его в паре с микроконтроллером, например . Ниже представлена схема подключения и программный код.

Ультразвуковые

Излучатель работает на высоких частотах – от 20 кГц до 60 кГц. Отсюда выходит одна неприятность – животные, например собаки, чувствительны к этим частотам, более того они используются для их отпугивания и дрессировки. Такие датчики могут раздражать их и с этим возникают проблемы.

Ультразвуковой датчик движения работает на эффекте Допплера. Излучаемая волна, отражаясь от подвижного объекта, возвращается и принимается приёмником, при этом длина волны (частота) незначительно изменяется. Это детектируется, и датчик выдает сигнал, который используют для управления реле или симмистором и коммутации нагрузки.

Датчик неплохо отрабатывает движения, однако если движения очень медленные – он может не срабатывать. Преимуществом является то, что они не чувствительны к изменениям условий окружающей среды.

Лазерные или фотодатчики

В них есть излучатель (например ИК-светодиод) и приемник (фотодиод аналогичного спектра). Это простой датчик, возможна реализация в двух исполнениях:

1. Излучатель и фотодиод монтируются в проходе (контролируемой зоне) напротив друг друга. Когда вы проходите через него вы заслоняете излучение и оно не достигает приемника, тогда срабатывает датчик и включается реле. Это можно использовать и в системах сигнализации.

2. Излучатель и фотодиод стоят рядом друг с другом, когда вы находитесь в зоне действия датчика излучение отражается от вас и попадает на фотодиод. Это называется также датчиком препятствия, с успехом применяется в робототехнике.

Микроволновый

Состоит также из передатчика и приемника. Первый генерирует сигнал высокой частоты, второй их принимает. Когда вы проходите рядом изменяется частота. Приемник настроен таким образом, что при изменении частоты сигнал усиливается и передается на исполнительный орган, например реле, и происходит включение нагрузки.

Микроволновые датчики движения очень чувствительны, позволяют «увидеть» объект даже за дверью или за стеклом, однако это вызывает и проблемы ложного срабатывания, когда объект находится вне поля предполагаемой видимости.

Это достаточно дорогостоящие датчики, но они реагируют даже на самые незначительные движения.

Подобным образом работают и емкостные приборы. Такая схема изображена ниже.

Как подключить датчик движения?

Можно придумать бесчисленное множество вариантов и схем подключения датчика движения в зависимости от ваших потребностей, иногда нужно чтобы система срабатывала при движении в разных местах, например уличное освещение по пути от дома до ворот и наоборот, в других случаях необходимо принудительное включение или отключение света и т.д. Мы рассмотрим несколько вариантов.

Обычно у датчика движения есть три провода или три клеммы для подсоединения:

1. Приходящая фаза.

2. Фаза, отходящая для питания нагрузки.

Если вам не хватает мощности датчика – используйте промежуточное реле и . Для этого вместо лампочки в нижеуказанных схемах подключаются выводы катушки.

На фото ниже изображены клеммы к которым подсоединяются питающие провода.

Заключение

Использование датчиков движения, как бы это ни звучало, это шаг . Во-первых, это поможет экономить электроэнергию и ресурс ламп. Во-вторых, это избавит от необходимости каждый раз щелкать выключатель. Для освещения на улице при правильной настройки можно сделать так, чтобы свет включался, когда вы подходите к воротам дома.

Если расстояние от ворот до дома 7-10 – можно обойтись и одним датчиком, тогда не придется прокладывать кабель на второй датчик или собирать схему с проходным выключателем.

Как уже было сказано чаще всего встречаются ИК-датчики, их достаточно для простых задач, если вам нужна большая чувствительность или точность – присмотритесь к датчикам других типов.

Работа ёмкостных датчиков обычно основана на регистрации изменений параметров генератора, в колебательную систему которого входит ёмкость контролируемого объекта. Простейшие из таких датчиков содержат один LC-генератор на полевом транзисторе и работают по принципу возрастания потребляемого тока или уменьшения напряжения при увеличении ёмкости. Такие устройства при максимальной дальности обнаружения приближающегося объекта не более 0,1 м обладают весьма низкой стабильностью и малой помехоустойчивостью. Более высокие характеристики имеют ёмкостные датчики, схема которых выполнена на основе двух генераторов и работающие по принципу сравнения частоты или фазы колебаний образцового и перестраиваемого (измерительного) генераторов. Например, описанный в . Лучшие из них способны почувствовать приближение человека на расстоянии 2 м. Однако при выполнении на дискретных элементах они получаются слишком громоздкими, а при использовании специализированных микросхем – слишком дорогими.

В предлагаемой статье рассматривается схема ёмкостного датчика, с высокой чувствительностью на микросхеме тонального декодера NJM567 . Эта микросхема и её аналоги (например, NE567) широко используются для обнаружения узкополосных сигналов в диапазоне от 10 Гц до 500 кГц. Они применялись и в системах автоподстройки частоты вращения блока видеоголовок бытовых видеомагнитофонов. Использование встроенного в тональный декодер RC-генератора упрощает схему ёмкостного датчика, а внутренняя петля ФАПЧ этого генератора обеспечивает стабильность и помехоустойчивость датчика.
Дальность обнаружения приближающегося человека – не менее 0,5 м (при длине антенны датчика 1 м), что значительно больше, чем, например, у прибора, выполненного по схеме . В устройстве отсутствуют намоточные изделия (катушки индуктивности), что упрощает его повторение.

Схема ёмкостного датчика изображена на рис. 1. Частотозадающие элементы находящегося в микросхеме DA2 генератора – резистор R6 и конденсатор С5. Сигнал генератора частотой около 15 кГц с вывода 5 микросхемы DA2 подан на фазосдвигающую цепь, образованную подстроечным резистором R5, антенной WA1, конденсатором СЗ и резистором R3. С неё через истоковый повторитель на полевом транзисторе VT1, усилитель на транзисторе VT2 и конденсатор С4 сигнал поступает на вход IN (вывод 3) микросхемы DA2. К выводу 2 этой микросхемы подключён конденсатор С8 фильтра фазового детектора системы ФАПЧ, от ёмкости которого зависит ширина её полосы захвата. Чем ёмкость больше, тем уже полоса.

На второй фазовый детектор микросхемы образцовое напряжение подаётся от генератора с фазовым сдвигом на 90 относительно поступающего на фазовый детектор ФАПЧ. Напряжение на выводе 1 микросхемы (выходе второго детектора), подаваемое на встроенный в неё компаратор напряжения, зависит от фазового сдвига между входным сигналом и сигналом генератора, вносимого рассмотренной выше цепью, которая включает в себя антенну WA1. С7 – конденсатор выходного фильтра фазового детектора. Резистор R8, включённый между выводами 1 и 8 микросхемы, создаёт в характеристике переключения компаратора гистерезис, необходимый для повышения помехоустойчивости. Цепь R7C6 – нагрузка выхода OUT, выполненного по схеме с открытым коллектором.

Далее по схеме ёмкостного датчика сигнал через диод VD2 поступает на цепь из резистора R9 и конденсатора С9 и на вход логического элемента DD1.1. Цепь R10C10 формирует импульс, блокирующий ложное срабатывание датчика в момент включения питания. С выхода элемента DD1.1 сиг- нал поступает через диод VD4 на цепь R11C11, обеспечивающую длительность выходного сигнала датчика не менее заданной, и на соединённые последовательно элементы DD1.2 и DD1.3, формирующие взаимно инверсные выходные сигналы датчика на линиях “Вых. 1” и “Вых. 2”. Высокий уровень сигнала на линии “Вых. 2” и включённый светодиод HL1 свидетельствуют, что в чувствительной зоне находится человек.

Узел питания ёмкостного датчика собран на интегральном стабилизаторе LM317LZ, выходное напряжение которого установлено равным 5 В с помощью резисторов R1 и R2. Входное напряжение может находиться в пределах 10…24 В. Диод VD1 защищает датчик от неправильной полярности источника этого напряжения.
Все детали датчика смонтированы на односторонней печатной плате из фольгированного стеклотекстолита, чертёж которой изображён на рис. 2. Резисторы R1 и R2 – для поверхностного монтажа. Их монтируют на плату со стороны печатных проводников. Подстроечный резистор R5 – СПЗ-19а или его импортный аналог.

Микросхему NJM567D можно заменить на NE567, KIA567, LM567 с различными буквенными индексами, означающими тип корпуса. Если он типа DIP8 (как у NJM567D) или круглый металлический, печатную плату корректировать не придётся. Аналог микросхемы К561ЛЕ5 – CD4001A. Транзистор КП303Е заменяется на BF245, КТ3102Е -на ВС547.
Антенна WA1 – отрезок одножильного изолированного провода сечением 0,5мм2 и длиной 0,3…1,5м. Короткая антенна обеспечивает меньшую чувствительность. Следует иметь в виду, что необходимая ёмкость конденсатора СЗ зависит от собственной ёмкости антенны, а значит, от её длины. Указанная на схеме ёмкость оптимальна для антенны длиной около метра. Чтобы работать с антенной длиной 0,3 м, ёмкость необходимо уменьшить до 30 пф.

Налаживать ёмкостный датчик следует, установив его и антенну там, где предполагается их эксплуатация. При этом следует учитывать, что на порог срабатывания влияет и расположение антенны относительно заземлённых предметов и проводов.
Первоначально движок подстроечного резистора R5 устанавливают в положение максимального сопротивления. После включения питания светодиод HL1 должен оставаться погашенным. В работоспособности датчика можно убедиться по включению этого светодиода в случае прикосновения к антенне рукой. Если ёмкость конденсатора СЗ выбрана правильно, то при переводе движка подстроечного резистора R5 в положение минимального сопротивления светодиод должен включиться и без касания антенны.

Убедившись в работоспособности схемы ёмкостного датчика, его налаживание продолжают по общеизвестной методике, добиваясь требуемого порога срабатывания плавным перемещением движка подстроечного резистора. Желательно делать это с помощью диэлектрической отвёртки, оказывающей минимальное влияние на фазосдвигающие цепи.
Оптимальная настройка соответствует включению светодиода при приближении человека к антенне метровой длины на расстояние 0,5 м, а выключение – при его удалении до 0,6 м. Укорочение антенны до 0,3 м уменьшит эти значения примерно на треть.

Следует заметить, что если ёмкость конденсатора СЗ слишком велика, светодиод HL1 может светиться и в крайнем левом положении движка, а при касании антенны рукой – гаснуть. Это объясняется тем, что устройство работает по балансному принципу и при необходимости можно отрегулировать его на срабатывание при удалении охраняемого объекта из чувствительной зоны.

ЛИТЕРАТУРА
1. Табунщиков В. Волшебное реле. – Моделист-конструктор, 1991, № 1, с. 23.
2. Нечаев И. Ёмкостное реле. – Радио, 1992, №9, с. 48-51.
3. Ершов М. Ёмкостный датчик. – Радио, 2004, №3, с. 41,42.
4. NJM567 Tone Decoder / Phase Locked Loop. www.pdf.datasheet.su/njr/njm567d.pdf
5. Соломеин В. Ёмкостное реле. -Радио, 2010, № 5, с. 38, 39.

В. ТУШНОВ, г. Луганск, Украина
“Радио” №12 2012г.

В настоящем справочном пособии приведены сведения об использовании тайников различных типов. В книге рассматриваются возможные варианты тайников, способы их создания и необходимые при этом инструменты, описываются приспособления и материалы для их сооружения. Даны рекомендации по устройству тайников дома, в автомобилях, на приусадебном участке и т. п.

Особое место уделено способам и методам контроля и защиты информации. Приведено описание специального промышленного оборудования, используемого при этом, а также устройств, доступных для повторения подготовленными радиолюбителями.

В книге дано подробное описание работы и рекомендации по монтажу и настройке более 50 устройств и приспособлений, необходимых при изготовлении тайников, а также предназначенных для их обнаружения и обеспечения сохранности.

Книга предназначена для широкого круга читателей, для всех, кто пожелает ознакомиться с этой специфической областью творения рук человеческих.

Если учесть тот факт, что человеческое тело в основном состоит из воды, которая является электрическим проводником, то можно предположить, что емкостной датчик для обнаружения человека – наиболее оптимальное решение. Емкостной датчик можно использовать в качестве сторожевого, реагирующего на проникновение злоумышленников в помещение, двери или на прикосновение к замкам либо ручкам входных дверей, металлическим шкатулкам, сейфам и т. п.

Простое емкостное реле

Радиус действия реле зависит от точности настройки конденсатора C1, а также от конструкции датчика. Максимальное расстояние, на которое реагирует реле, равно 50 см.

Принципиальная схема емкостного реле приведена на рис. 2.85, а конструкция индуктивной катушки с размещением ее и датчика на плате – на рис. 2.86.

Рис. 2.85. Простое емкостное реле

Рис. 2.86. Конструкция индуктивной катушки емкостного реле

Катушка L1 намотана на многосекционном полистироловом каркасе от контуров транзисторных радиоприемников и содержит 500 витков (250 + 250) с отводом от середины провода ПЭЛ 0,12 мм, намотанного внавал.

Датчик устанавливается перпендикулярно плоскости печатной платы. Он представляет собой отрезок изолированного монтажного провода длиной от 15 до 100 см, либо квадрат, выполненный из такого же провода, со сторонами от 15 см до 1 и.

Конденсатор С1 – типа КПК-М, остальные – типа К50-6. В качестве реле выбрано РЭС-10, паспорт РС4.524.312, можно также применить РЭС-10, паспорт РС4.524.303, либо РЭС-55А, паспорт 0602. Диод VD1 можно исключить, так как он необходим лишь для предохранения схемы от случайного изменения полярности питания.

Настраивается емкостное реле конденсатором С1. Сначала ротор C1 необходимо установить в положение минимальной емкости, при этом сработает реле К1. Затем ротор медленно поворачивают в сторону увеличения емкости до выключения реле К1. Чем меньше емкость подстроечного конденсатора, тем чувствительнее емкостное реле и больше расстояние, на котором датчик способен реагировать на объект. При настройке конденсатора корпус тела и руку с диэлектрической отверткой необходимо держать на возможно большем удалении от платы.

Емкостный датчик

Большинство схем емкостных датчиков состоят из двух генераторов и схемы, контролирующей нулевые биения или промежуточную частоту. При этом частота одного генератора стабилизируется кварцевым резонатором, а на настройку контура другого влияет внешняя емкость.

Схема, приведенная на рис. 2.87, содержит один генератор, работающий на частоте 460–470 кГц, воздействие на датчик приводит к тому, что изменяется ток, потребляемый генератором (внешняя емкость не столько изменяет частоту, сколько дополнительно нагружает контур).

Рис. 2.87. Емкостный датчик

При увеличении внешней емкости ток потребления возрастает, что приводит к открыванию второго транзистора.

Генератор собран на полевом транзисторе VT1. Частота настройки определяется параметрами контура на катушке L1. Датчик может быть произвольной формы, например кусок монтажного провода, сетка, квадрат со стороной от 150 до 1000 мм или кольцо. Если датчик устанавливать в автомобиле, то для охраны стекла достаточно провода длиной 150 мм, можно установить сетку в сидениях или расположить провод в щелях приборной панели.

Ключ выполнен на транзисторе VT2. При воздействии на датчик ток, потребляемый генератором, увеличивается и транзистор VT2 открывается, при этом напряжение на его коллекторе становиться близким к напряжению питания (схема питается от параметрического стабилизатора на стабилитроне VD1 и резисторе R6).

Исполнительное устройство выполнено на микросхеме DD1 по схеме одновибратора. Цепь R5C5 нужна для задержки срабатывания устройства после включения. Если задержка не нужна, конденсатор С5 можно исключить. Можно сделать вариант с задержкой и контрольным светодиодом. В этом случае нужно уменьшить сопротивление R6 до 150 Ом, a R4 до 620 Ом, и включить последовательно с R4 светодиод типа АЛ307 в прямом направлении. Теперь первые пять-десять секунд после включения реакция датчика приведет только к зажиганию светодиода. Затем, после окончания этого времени, каждое срабатывание будет приводить к появлению на выходе схемы положительного импульса длительностью около 10 с. Длительность импульса можно регулировать, изменяя сопротивление R7 или емкость С6.

Емкостный датчик собран на одной печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Подстроечный конденсатор – тина КПК, полевой транзистор VT1 может быть с любым буквенным индексом, что же касается VT2 – здесь подойдет любой p-n-p транзистор малой мощности, включая и МП39 -МП42. Микросхему К176ЛА7 можно заменить на К561ЛА7 или даже на К561ЛЕ5, но в этом случае нужно поменять местами R5 и С5, изменить полярность включения С6 на противоположную; вывод R7, соединенный с общим проводом, подключить к катоду стабилитрона, а выходной сигнал снимать с вывода 3 DD1, включив элемент с выводами 12, 13 и 11 между коллектором VT2 и выводом 9 DD1.

Катушка намотана на стандартном четырехсекционном каркасе от катушки гетеродина средневолнового радиоприемника. Ферритовый сердечник (и броневой, если имеется) удаляется. Катушка имеет 1000 витков с отводом от середины провода ПЭВ 0,06 мм. Стабилитрон можно выбрать любой соответствующей мощности с напряжением стабилизации 7…10 В.

Для настройки подключите датчик и расположите плату там, где она будет находиться (или недалеко от этого места). Подключив питание, диэлектрической отверткой установите ротор конденсатора С1 в состояние минимальной емкости. При этом схема должна сработать. Затем, постепенно поворачивая его на небольшой угол и удаляясь после этого на расстояние недосигаемости (около полуметра), установите ротор С1 в такое положение, при котором схема перестает срабатывать, пока вы не приблизитесь на такое расстояние, которое хотите установить.

Емкостное реле на LC-контуре

Принцип действия описываемого варианта емкостного реле (рис. 2.88) основан на изменении частоты LC-генератора под влиянием воздействия на его элементы внешних предметов – эффекта, знакомого вам по реакции радиоприемника на поднесение руки к его антенне.

Рис. 2.88. Емкостное реле на LC-контуре

Такой генератор емкостного реле образуют катушка L1, емкость датчика Е1, конденсаторы C1, С2, полевой транзистор VT1 и, конечно, незначительная емкость монтажа устройства.

Если напряжение питания транзистора стабилизировано и емкость датчика неизменна, то и частота генератора тоже неизменна (в нашем случае примерно 100 кГц). Но стоит приблизиться или коснуться датчика рукой, его емкость увеличивается, а частота электрических колебаний генератора уменьшается.

Резкое изменение частоты LC-генератора – это и есть сигнал о нарушении исходных параметров чувствительного элемента емкостного реле.

Но этот сигнал надо еще обнаружить. Решить задачу помогает второй LC-контур, образованный катушкой L2, конденсатором С4 и слабо связанный (чтобы не упала добротность) с генератором через резистор R1. Используется знакомое вам свойство резонансного контура – зависимость напряжения на нем от частоты колебаний поступающего сигнала. Выделенное контуром напряжение сигнала выпрямляется диодом VD1, фильтруется конденсатором С5 и далее поступает на инвертирующий вход (вывод 2) операционного усилителя (ОУ) DA1, выполняющего функцию компаратора.

Конденсатором С4 резонансный контур настраивают на исходную частоту F 0 генератора. При этом на инвертирующем входе компаратора действует постоянное напряжение U вх. мах. Резисторами R2 и R3 устанавливают на неинвертирующем входе (вывод 3) ОУ пороговое напряжение U пор. Несколько меньшее, чем U вх. мах. В этом случае напряжение на выходе ОУ мало и светодиод HL1, подключенный к нему через ограничительный резистор R5, не горит.

Если изменение частоты генератора будет таким, что напряжение U вх станет меньше U пор,компаратор сработает и включит светодиод. При удалении от датчика частота генератора вновь станет исходной, напряжение U вх увеличится, компаратор переключится в первоначальное состояние и светодиод погаснет.

Катушки L1 и L2 идентичные по конструкции и намотаны на кольцах из феррита 2000НМ с внешним диаметром 20 мм (можно 15 мм) и содержат 100 витков провода ПЭВ-2 0,2 мм. Намотка виток к витку, в один слой. Отвод катушки L1 сделан от 20-го витка, считая от вывода, соединенного общим проводом, L2 – от середины. Расстояние между началом и концом катушек должно быть не менее 3…4 мм. Транзистор VT1 – КПЗОЗБ, операционный усилитель DA1 – К140УД7, К140УД8, диод VD1 – КД503Б, КД521, КД522Б. Конденсаторы С1 и С2 – типа КТ, КД, КМ, СЗ и С5 – КЛС, KM, С4 – КПК-1, резисторы R2 и R3 – типа СПЗ-3, остальные – ВС, МЛТ.

После сборки реле проводят предварительную регулировку (цепочку R5HL1 пока не подключают). Роль датчика могут временно выполнять два отрезка провода диаметром 0,5… 1 мм длиной по 1…1,5 м, расположенные параллельно на расстоянии 15…20 см один от другого. К конденсатору С5 подключают вольтметр постоянного тока с относительным входным сопротивлением менее 10 кОм/В и подстроечным конденсатором С4 добиваются максимального показания напряжения вольтметра. Если при этом емкость конденсатора С4 окажется наибольшей, то параллельно ему подключают дополнительный конденсатор емкостью 10… 15 пФ и подстройку повторяют. Вольтметр должен фиксировать напряжение 2,5…5 В. Если оно меньше, подбирают резистор R1, но его сопротивление должно быть более 500 кОм. После каждой замены резистора подстройку повторяют.

Далее, к выходу ОУ подключают последовательно соединенные резистор R5 светодиод НL1. Движок резистора R3 устанавливают в нижнее по схеме положение, резистор R2 – в среднее. При этом светодиод должен гореть. Медленно перемещая движок резистора R3, добиваются погасания светодиода. Если теперь к датчику поднести руку или коснуться провода, соединенного с конденсатором С1, светодиод должен загореться. На этом предварительную регулировку емкостного реле можно считать законченной.

Схема исполнительного устройства приведена на рис. 2.89.

Рис. 2.89. Исполнительное устройство

К выходу емкостного реле через делитель R1R2 подключают электронный ключ на транзисторе VT1, управляющий электромагнитным реле К1, контакты К1.1 которого включают осветительную лампу EL1 или сирену. Блок питания включает в себя понижающий трансформатор Т1, выпрямитель на диодах VD3-VD6 и фильтрующий конденсатор С2. Напряжение питания самого емкостного реле (9 В) стабилизируется параметрическим стабилизатором R3VD1.

При срабатывании емкостного реле на его выходе появляется постоянное напряжение 7…8 В, часть которого поступает на базу транзистора VT1. Транзистор открывается, реле К1 срабатывает и замыкающимися контактами К1.1 подключает к сети лампу EL1 или сирену. После восстановления исходного режима работы емкостного реле транзистор закрывается и лампа гаснет.

Транзистор VT1 может быть КТ315Б – КТ315Д, КТ312А – КТ312В или другой аналогичный. Диоды VD3 – VD6 – любые выпрямительные с допустимым прямым током не менее 40…50 мА. Оксидные конденсаторы – типа К50-6 или другие на соответствующие поминальные напряжения, резисторы – типа ВС, МЛТ. Реле К1 – РЭС22, паспорт РФ4.500.129 или аналогичное, срабатывающее при напряжении 9…11 В.

Налаживание автомата сводится к окончательной настройке его емкостного реле. Для этого параллельно конденсатору С5 (см. рис. 2.88) подключают высокоомный вольтметр постоянного тока и подстроечным конденсатором С4 устанавливают на нем максимальное напряжение – оно должно быть примерно таким же, как и при предварительной настройке. Если добиться этого не удается, параллельно С4 подключают дополнительный конденсатор емкостью 20…30 пФ и настройку повторяют.

Для повышения чувствительности устройства контур L2C4 следует настраивать не на максимум напряжения, а немного меньше – примерно на уровне 0,7 U вх. мах. А так как возможны две точки настройки (выше и ниже F o), правильна будет та, которая соответствует меньшей емкости конденсатора С4. После этого резисторами R2, R3 добиваются четкого срабатывания электромагнитного реле.

Датчики и сенсоры онлайн журнал

Амплитуду выходного сигнала можно найти из выражения: На практике при измерении перемещения электропроводного объекта, его поверхность часто играет роль пластины конденсатора. На рис.7.6А отображена принципиальная схема однополярного емкостного датчика, в котором одна из пластин конденсатора соединена с центральным проводником коаксиального кабеля, а другой пластиной является сам объект. Отметим, что собственная пластина датчика окружается заземленным экраном, что позволяет улучшать линейность и уменьшать краевые эффекты. Типовой емкостной датчик работает на частотах 3-МГц диапазона и может детектировать перемещения быстро двигающихся объектов. Частотные характеристики такого датчика со встроенным электронным интерфейсом лежат в диапазоне 40 кГц. емкостные датчики приближения очень эффективны при работе с электропроводными объектами, при этом они измеряют емкость между электродом и самим объектом. емкостные датчики также достаточно хорошо работают и с непроводящими объектами, но при этом их точность несколько ухудшается. Любой объект, попадающий в окрестность электрода, обладает своими собственными диэлектрическими свойствами, которые изменяют емкость между электродом и корпусом датчика, что, в свою очередь, приводит к появлению выходного сигнала, пропорционального расстоянию между объектом и детектором. Для повышения чувствительности и снижения краевых эффектов в однопо-лярном емкостном датчике применяют активное экранирование. При этом экран размещается вокруг нерабочих сторон электрода и на него подается напряжение, равное напряжению на электроде. Поскольку напряжения на экране и электроде имеют одинаковые амплитуды и фазы, между ними нет электрического поля, и все компоненты, расположенные за экраном не оказывают никакого влияния на работу датчика. Этод метод экранирования проиллюстрирован на рис. 7.7. Рис.7.6. Емкостной датчик с экранирующим кольцом: А — поперечное сечение, Б — внешний вид. (Напечатано с разрешения ADE Technologies, Inc., Newton, MA) Рис. 7.7. Емкостной датчик, измеряющий расстояние до объекта, с активным экраном вокруг электрода В последние годы очень популярными стали мостовые емкостные датчики перемещений [2]. На рис. 7.8А отображен линейный мостовой емкостной датчик перемещений [3], состоящий из двух групп плоских электродов, расположенных параллельно на фиксированном расстоянии d. Для увеличения емкости расстояние между электродами делается достаточно маленьким. Стационарная группа электродов состоит из четырех прямоугольных элементов, а подвижная группа -из двух. Все шесть элементов имеют одинаковые размеры. Для увеличения диапазона линейности желательно делать размер каждого элемента, как можно, крупным (здесь, как правило, начинают сказываться ограничения по механической прочности). Четыре электрода стационарной подгруппы перекрестно соединены друг с другом электрическими проводами, что делается для формирования емкостной схемы мостового типа. На мостовую схему подается синусоидальное напряжение с частотой 5…50 кГц. Дифференциальный усилитель усиливает разность напряжений между парой электродов в подвижной группе. Выходной сигнал усилителя поступает на вход синхронного детектора. Емкость конденсатора. Емкостной датчик мостового типа с па-двумя параллельными пластинами, раллельными пластинами: А — устройство групп расположенными, Б — эквивалентная схема ном расстоянии друг от друга, пропорциональна площади части подвижной пластины, расположенной напротив соответствующей области стационарной пластины. На рис.7.8Б отображена эквивалентная схема датчика перемещений с конфигурацией емкостного моста. Емкостные датчики перемещений имеют широкую сферу применения. Они могут использоваться как самостоятельно для определения положения и перемещения объектов, так и входить в состав других сенсоров, в которых перемещения отдельных элементов вызываются воздействием на них различных сил, давления, температуры и т.д. Поскольку емкостные датчики могут измерять перемещения объектов, изготовленных практически из любых материалов, они применяются повсеместно. Из уравнения (3.20), приведенного в главе 3, рекомендуется, что емкость плоского конденсатора обратно пропорциональна расстоянию между пластинами. Принцип действия емкостных сенсоров основывается либо на изменении геометрии конденсатора (т.е. на изменении расстояния между пластинами), либо на изменении емкости за счет размещения между пластинами различных материалов: электропроводных или диэлектрических. Изменения емкости, как правило, преобразуются в переменный электрический сигнал. емкостные датчики могут быть однополярными (в их состав входит только один конденсатор), дифференциальными (в их состав входят два конденсатора) или мостовыми (здесь уже используются четыре конденсатора). В случае дифференциальных или мостовых сенсоров, один или два конденсатора являются либо постоянными, либо переменными, включенными навстречу друг другу. В примере, отображенном на рис. 7.5, рассматриваются три пластины одинаковой площади А. Эти пластины формируют два конденсатора С{ и Сг На две крайние пластины подаются синусоидальные сигналы одинаковой амплитуды, но с разностью фаз, равной 180°. Поскольку оба конденсатора являются одинаковыми, токи через них взаимно уничтожают друг друга, и потенциал центральной пластины практически равен нулю. Теперь рассмотрим ситуацию, когда центральная пластина сместилась вниз на расстояние х (рис. 7.5Б). Это приведет к изменению емкостей конденсаторов С, и С2: При этом амплитуда сигнала на центральной пластине будет пропорциональна величине перемещения х, а фаза — направлению движения. Величина конденсатора С, определяется выражением: Остальные значения емкостей вычисляются по аналогичным уравнениям. Отметим, что емкости конденсаторов, расположенных напротив друг друга, приблизительно равны между собой: С, = С3, а С2 = С4. Нарушение симметричности расположения пластин приводит к разбалансу моста и появлению сигнала на выходе дифференциального усилителя. Емкостная мостовая схема обладает всеми достоинствами, присущими любой мостовой схеме: линейностью и высокой помехозащищенностью. Подобные датчики могут быть реализованы не только с плоскими электродами. Такой метод построения сенсоров применим к любым симметричным конфигурациям (к примеру, для построения детекторов вращательного движения). .   Список тем   Назад   Вперед     Информация исключительно в ознакомительных целях. При использовании материалов этого сайта ссылка обязательна.Правообладатели статей являются их правообладателями.

По вопросам размещения статей   пишите на email: [email protected]

Сенсорный выключатель своими руками. Схема емкостного датчика на LM358

Для одного случая мне потребовался надежный и безопасный переключатель, который можно было бы спрятать под пластиной из оргстекла. Переключение должно было происходить путем прикосновения к отмеченному месту на оргстекле.

Идеальное решение — емкостной переключатель. Такой переключатель реагирует на приближение руки к чувствительной поверхности (сенсору). Его чувствительность можно также настроить и на прикосновение.

К примеру, Freescale производит микросхему MPR084, которая предназначена для создания до восьми емкостных датчиков. Я изначально думал об этом, но микросхема обменивается данными только через шину I₂C, а мне подошло бы  что-то более «аналоговое».

Конечно, сначала я стал искать готовые решения, чтобы не придумывать все с самого начала. В конце концов, меня заинтересовала идея, опубликованная в одном из журналов, где мне особенно понравился элегантный способ обнаружения «емкостного» тока. По сравнению с другими конструкциями она была достаточно простой и отвечала моим требованиям.

Данная схема сенсорного выключателя работает следующим образом:

Первая половина операционного усилителя (LM358) работает как генератор на частоте около 17 кГц. Сигнал с автогенератора поступает на эмиттер транзистора Т1 (BC557) и также на его базу через резистор R7. К базе транзистора T1 через резистор R8 подключен чувствительный электрод (это может быть небольшая металлическая пластина).

Поднося руку к электроду, мы фактически создаем конденсатор, через который начинает течь ток. Его емкость зависит от площади электрода, расстояния до него и материала диэлектрика.

По конструктивным соображениям мне потребовалась площадь примерно 20х20 мм. При такой небольшой площади сенсорный выключатель реагирует на приближение руки только тогда, когда между электродом и рукой находится диэлектрик с проницаемостью лучше, чем воздух.

Например, у стекла диэлектрическая проницаемость примерно в 7,6 раза выше, чем у воздуха, поэтому емкость «конденсатора» будет в 7,6 раза больше. Это, в конечном счете, увеличивает протекающий ток и, следовательно, чувствительность выключателя.

Номинал резистора R7 сильно зависит от напряжения питания, площади электрода, частоты генератора, усилителя тока T1 и требуемой чувствительности. Его сопротивление необходимо подбирать в каждом конкретном случае, в моем случае его сопротивление составило 220 кОм.

Напряжение на резисторе R9, выпрямленное диодом D1 (1N4148) и отфильтрованное конденсатором C4, напрямую зависит от тока через «конденсатор». Величина этого напряжения сравнивается с опорным напряжением компаратора, построенного на второй части ОУ.

Опорное напряжение формируется с помощью подстроечного резистора R13. Этим резистором регулируется необходимая чувствительность переключателя. Сигнал с выхода компаратора поступает на светодиодный индикатор и оптрон, который действует как конечный выход переключателя.

 

Для изготовления емкостного экспресс датчика в домашних условиях

Емкостной экспресс датчик (далее датчик) – устройство для оперативного снятия формы вторичного напряжения, импульсов впрыска форсунки и т.д., последующей передачи его на один из входов регистрирующего оборудования. Основное отличие экспресс датчика от “обычного” емкостного датчика заключается в возможности быстро доступа к трудно доступным источникам сигнала, а также в наличии оперативного регулирования чувствительности датчика.

Датчик состоит из держателя, емкостной пластины, которая гальванически соединена с сигнальным проводом, компенсационной емкости между сигнальным проводом и экраном, экранированного кабеля и соответствующего разъема для подключения датчика к входу регистрирующего оборудования.

Снятие формы напряжения датчиком основано на наличии паразитной емкостной связи, возникающей между источником сигнала и емкостной пластиной датчика. Как известно величина емкости (емкостной связи) прямо пропорциональна площади емкостных пластин, т.е. чем больше пластина, тем больше уровень сигнала на выходе, и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами, т.е. чем меньше расстояние от источника сигнала до емкостной пластины датчика, тем больше уровень сигнала на выходе. Компенсационная емкость предназначена для коррекции формы сигнала искаженной дифференциальной цепочкой (паразитной емкостной связью). Чем больше величина компенсационной емкости, тем меньше будет искажена форма сигнала, но и тем меньше будет амплитуда сигнала на выходе датчика.

Для изготовления емкостного экспресс датчика в домашних условиях необходимо:
1. Экранированный кабель длинной 2-3м. Для примера взят 2,5м щуп оканчивающийся BNC разъемом и зажимами типа крокодил.
2. Монета 5 копеек используемая как емкостная пластина.
3. Металлическая линейка длинной 30-40 см. Именно металлическая взята с целью экранирования от внешних электромагнитных наводок и лучшей упругости.
4. Компенсационная емкость – выводной керамический конденсатор 33 нФ, 50 Вольт.
5. Изолента для крепления всех элементов и изоляции емкостной пластины от металлической линейки.

Порядок изготовления:
1. Обмотать один и краев линейки изолентой (достаточно 2-3 слоя), так что бы пятачок помещенный поверх изоленты не контачил с линейкой.

2. Соединить пятачок с сигнальной жилой кабеля, линейку с экраном кабеля, а компенсационную емкость установить между сигнальной жилой и экраном кабеля.

3. Закрепить пятачок и кабель на линейке. Поверх пяточка достаточно 2-3 витков.

4. В результате должна получится следующая конструкция. Для примера рядом находится емкостной экспресс датчик компании AceLab.

Для снятия формы сигнала достаточно просто приложить пятачок к соответствующему источнику сигнала (ВВ провод, форсунка и т.д.).

Кроме того, необходимо учитывать, что при наличии металлического экрана между источником сигнала и датчиком (индивидуальные катушки в глубоких шахтах, форсунки в металлическом корпусе) амплитуда сигнала значительно уменьшается, иногда до нескольких милливольт. Для увеличения амплитуды необходимо отключить компенсационный конденсатор, вследствие чего амплитуда возрастет в 20-30 раз, но форма сигнала будет искажена. Для оперативного подключения / отключения компенсационной емкости, возможно, использовать небольшой переключатель, замыкающий соединение конденсатора с пятачком.

Так как конструкция описанного емкостного экспресс датчика на первый взгляд кажется достаточно примитивной, то приведем результаты его сравнения с промышленно выпускаемым емкостным экспресс датчиком компании AceLab. Датчик AceLab изготовлен на основании тоже принципа – паразитная емкостная связь, в качестве емкостной пластины используется полигон на печатной плате, компенсационная емкость опционально подключается с помощью тумблера возле окончания датчика.

На графике красного цвета изображен сигнал, полученный с датчика AceLab (Ск = 20 нФ), а на графике синего цвета изображен сигнал, полученный “5-ти копеечным” емкостным экспресс датчиком (Ск = 33 нФ). Оба датчика находятся рядом на одном и том же высоковольтном проводе. Как видно, форма обеих сигналов практически идентична.

“5-ти копеечный” емкостной экспресс датчик подключен к USB-приставке “АВТОАС-ЭКСПРЕСС”.

На графике красного цвета изображен сигнал с форсунки снятый обычным измерительным щупом, а на графике синего цвета изображен сигнал, полученный “5-ти копеечным” емкостным экспресс датчиком (Ск отключена). Как видно, экспресс датчик также позволяет определить длительность импульса открытия форсунки, не производя при этом ни каких длительных подключений, но форма сигнала без использовании Ск значительно искажена.

Изучены 3 простых схемы емкостного датчика приближения

В этом посте мы подробно обсуждаем 3 основные схемы датчика приближения со многими схемами приложений и подробными характеристиками схемы. Первые две схемы емкостного датчика приближения используют простые концепции на основе IC 741 и IC 555, в то время как последняя немного более точна и включает в себя прецизионную конструкцию на основе IC PCF8883

1) Использование IC 741

Схема, описанная ниже, может быть сконфигурирован для активации реле или любой подходящей нагрузки, такой как водопроводный кран, как только человеческое тело или рука приближается к пластине емкостного датчика.При определенных условиях близости руки достаточно только для срабатывания выхода схемы.

Вход с высоким импедансом обеспечивается Q1, который представляет собой обычный полевой транзистор, такой как 2N3819. Стандартный операционный усилитель 741 используется в виде чувствительного переключателя уровня напряжения, который впоследствии управляет токовым буфером Q2, биполярным pnp-транзистором среднего тока, таким образом активируя реле, которое можно использовать для переключения устройства, такого как сигнализация, кран и т. Д.

Пока схема находится в состоянии ожидания холостого хода, напряжение на выводе 3 операционного усилителя фиксируется на уровне выше, чем уровень напряжения на выводе 2, путем соответствующей настройки предварительно установленного VR1.

Это гарантирует, что напряжение на выходном контакте 6 будет высоким, в результате чего транзистор Q2 и реле останутся выключенными.

Когда палец приближается к сенсорной пластине или слегка касается, уменьшение противоположного смещения VGS увеличит ток стока полевого транзистора Q1, и результирующее падение напряжения на R1 снизит напряжение на выводе 3 операционного усилителя ниже напряжения. присутствует на контакте 2.

Это приведет к падению напряжения на контакте 6 и, следовательно, включит реле с помощью Q2.Резистор R4 может быть определен для того, чтобы реле оставалось выключенным в нормальных условиях, учитывая, что крошечное положительное заданное напряжение может развиться на выходе вывода 6 операционного усилителя, даже если напряжение на выводе 3 окажется ниже, чем напряжение на выводе 2 в состояние покоя (простоя). Эту проблему можно решить, просто добавив светодиод последовательно с базой Q2.

2) Использование IC 555

В сообщении объясняется эффективная схема емкостного датчика приближения на основе IC 555, которая может быть использована для обнаружения злоумышленников вблизи ценного объекта, такого как ваш автомобиль.Идея была предложена мистером Максом Пэйном.

The Circuit Request

Hello Swagatam,

Пожалуйста, опубликуйте емкостную / телесную / чувствительную цепь, которую можно применить на велосипеде. Такое устройство замечено в автомобильной охранной системе. Когда кто-то приближается к машине или простая 1-дюймовая близость, срабатывает сигнализация на 5 секунд.

Как работает этот тип сигнала тревоги: сигнал тревоги срабатывает только тогда, когда кто-то приближается (скажем, на 30 см), какой тип датчика они используют?

Принципиальная схема

Изображение схемы предоставлено: Elektor Electronics

Конструкция

Цепь емкостного датчика можно понять с помощью следующего описания:

IC1 в основном подключен как нестабильный, но без включения настоящий конденсатор.Здесь вводится емкостная пластина, которая занимает место конденсатора, необходимого для нестабильной работы.

Следует отметить, что емкостная пластина большего размера будет обеспечивать лучший и надежный отклик схемы.

Поскольку схема предназначена для работы в качестве охранной системы оповещения о приближении к телу автомобиля, сам корпус можно использовать в качестве емкостной пластины, и ее огромный объем вполне подходит для этого приложения.

После того, как пластина емкостного датчика приближения установлена, IC555 переходит в режим ожидания для нестабильных действий.

При обнаружении «заземляющего» элемента в непосредственной близости, которым может быть рука человека, необходимая емкость создается между контактом 2/6 и землей ИС.

Вышеуказанное приводит к мгновенному увеличению частоты, когда ИС начинает колебаться в нестабильном режиме.

Нестабильный сигнал поступает на вывод 3 ИС, который соответствующим образом «интегрируется» с помощью R3, R4, R5 вместе с C3 —- C5.

«Интегрированный» результат подается на каскад операционного усилителя, который используется как компаратор.

Компаратор, сформированный вокруг IC2, реагирует на это изменение от IC1 и преобразует его в напряжение запуска, срабатывая T1 и соответствующее реле.

Реле может быть подключено к сирене или клаксону для необходимой сигнализации.

Однако на практике видно, что микросхема IC1 генерирует пиковый импульс напряжения от положительного до отрицательного в момент, когда рядом с пластиной обнаруживается емкостное заземление.

IC2 реагирует исключительно на это внезапное повышение пикового напряжения для требуемого запуска.

Если емкостное тело продолжает находиться в непосредственной близости от пластины, пиковое частотное напряжение на выводе 3 исчезает до уровня, который может быть не обнаружен IC2, что делает его неактивным, что означает, что реле остается активным только в тот момент, когда емкостной элемент переносится или удаляется около поверхности пластины.

P1, P2 могут быть отрегулированы для получения максимальной чувствительности от емкостной пластины
Для получения фиксирующего действия выход IC2 может быть дополнительно интегрирован в схему триггера, что делает схему емкостного датчика приближения чрезвычайно точной и отзывчивой

3 ) Датчик приближения с сигнализацией

Следующая схема датчика приближения использует чрезвычайно высокий входной импеданс и высокую мощность полевого транзистора для создания простого, но очень чувствительного датчика приближения и схемы драйвера сигнализации.

Датчик Thte образован металлическим предметом размером 3×3 дюйма, который соединен с затвором Q1.

Резистор R2, представляющий собой резистор 100 МОм, отделяет затвор Q1 от R1, позволяя его входному импедансу оставаться чрезвычайно высоким. Если вы не можете найти резистор 100 M, вы можете просто подключить пять резисторов 22 M последовательно и работать с этой цепочкой резисторов вместо R2.

Точнее говоря, значение R2 можно было бы создать даже выше, чем это, для повышения чувствительности обнаружения приближения.Потенциометр R1 настраивается до точки, при которой пьезо-зуммер просто начинает гудеть, а затем R1 можно тщательно отрегулировать до точки, при которой зуммер просто перестает звучать.

Тестирование с регулировкой R1 может быть полезно для получения максимальной настройки чувствительности для этой емкостной бесконтактной цепи.

4) Использование IC PCF8883

IC PCF8883 спроектирован для работы как прецизионный переключатель емкостного датчика приближения благодаря уникальной (запатентованной EDISEN) цифровой технологии для определения мельчайших различий в емкости вокруг указанной чувствительной пластины.

Основные характеристики

Основные характеристики этого специализированного емкостного датчика приближения можно изучить, как показано ниже:

На следующем изображении показана внутренняя конфигурация ИС PCF8883

ИС не полагается на традиционный режим динамической емкости. датчик скорее обнаруживает изменение статической емкости, применяя автоматическую коррекцию посредством непрерывной автокалибровки.

Датчик в основном представляет собой небольшую проводящую фольгу, которая может быть непосредственно интегрирована с соответствующими выводами ИС для предполагаемого емкостного измерения или, возможно, подключена на большие расстояния через коаксиальные кабели для обеспечения точных и эффективных операций дистанционного емкостного измерения приближения.

На следующих рисунках представлена ​​распиновка IC PCF8883.Детальное функционирование различных выводов и встроенной схемы можно понять с помощью следующих пунктов:

Распиновка Подробная информация о IC PCF8883

Распиновка IN, которая должна быть связана с внешней емкостной чувствительной фольгой, связана с ИС внутренняя RC-сеть.

Время разряда, заданное параметром «tdch» RC-сети, сравнивается со временем разряда второй встроенной RC-сети, обозначенной как «tdchimo».

Две RC-цепи проходят периодическую зарядку от VDD (INTREGD) через пару идентичных и синхронизированных коммутационных сетей, а затем разряжаются с помощью резистора на Vss или землю.

Скорость, с которой выполняется этот зарядный разряд. регулируется частотой дискретизации, обозначенной “fs”.

В случае, если видно, что разность потенциалов падает ниже внутренне установленного опорного напряжения VM, соответствующий выход компаратора имеет тенденцию становиться низким. Логический уровень, который следует за компараторами, идентифицирует точный компаратор, который фактически мог переключиться перед другим.

И если определено, что верхний компаратор сработал первым, это приводит к отображению импульса на CUP, тогда как если обнаруживается, что нижний компаратор переключился до верхнего, тогда импульс активируется на CDN.

Вышеупомянутые импульсы участвуют в управлении уровнем заряда внешнего конденсатора Ccpc, связанного с выводом CPC. Когда на CUP генерируется импульс, Ccpc заряжается через VDDUNTREGD в течение заданного периода времени, что вызывает повышение потенциала на Ccpc.

Совершенно аналогично, когда импульс визуализируется в CDN, Ccpc связывается с устройством, потребляющим ток, на землю, что разряжает конденсатор, вызывая коллапс его потенциала.

Всякий раз, когда емкость на выводе IN становится выше, это соответственно увеличивает время разряда tdch, что приводит к падению напряжения на соответствующем компараторе с соответственно более длительным временем.Когда это происходит, выходной сигнал компаратора имеет тенденцию становиться низким, что, в свою очередь, создает импульс в CDN, заставляя внешний конденсатор CCP разряжаться в некоторой меньшей степени.

Это означает, что CUP теперь генерирует большинство импульсов, которые заставляют CCP заряжаться еще больше, не выполняя никаких дальнейших шагов.

Несмотря на это, функция автоматической калибровки ИС с управляемым напряжением, которая полагается на «ism» регулирования тока стока, связанного с выводом IN, пытается сбалансировать время разряда tdch, соотнося его с внутренне установленным временем разряда tdcmef.

Напряжение на Ccpg регулируется по току и становится ответственным за разряд емкости на IN довольно быстро всякий раз, когда обнаруживается, что потенциал на CCP возрастает. Это идеально уравновешивает увеличивающуюся емкость на входном контакте IN.

Этот эффект приводит к возникновению замкнутой системы слежения, которая непрерывно отслеживает и задействует автоматическое выравнивание времени разряда tdch относительно tdchlmf.

Это помогает исправить медленные колебания емкости на выводе IN IC.В режимах быстрой зарядки, например, когда человеческий палец быстро приближается к чувствительной фольге, обсуждаемая компенсация может не проявляться, в условиях равновесия продолжительность периода разряда не отличается, вызывая попеременные колебания импульса между CUP и CDN.

Это дополнительно означает, что с большими значениями Ccpg можно ожидать относительно ограниченное изменение напряжения для каждого импульса для CUP или CDN.

Следовательно, внутренний сток тока вызывает более медленную компенсацию, тем самым повышая чувствительность датчика.Напротив, когда CCP падает, чувствительность сенсора падает.

Встроенный монитор датчика

Встроенный каскад счетчика отслеживает срабатывания датчика и, соответственно, подсчитывает импульсы через CUP или CDN, счетчик сбрасывается каждый раз, когда направление импульса через CUP к CDN чередуется или изменяется.

Выходной вывод, обозначенный как OUT, активируется только при обнаружении достаточного количества импульсов через CUP или CDN. Умеренные уровни помех или медленное взаимодействие через датчик или входную емкость не оказывают никакого влияния на запуск выхода.

Микросхема учитывает несколько условий, таких как неравные схемы заряда / разряда, так что выполняется подтвержденное переключение выхода и устраняется ложное обнаружение.

Расширенный запуск

ИС включает в себя расширенную схему запуска, которая позволяет микросхеме довольно быстро достигать равновесия, как только на нее включается питание.

Внутренне вывод OUT сконфигурирован как открытый сток, который инициирует распиновку с высокой логикой (Vdd) с максимальным током 20 мА для подключенной нагрузки.В случае, если выход подвергается нагрузке более 30 мА, питание немедленно отключается из-за функции защиты от короткого замыкания, которая мгновенно срабатывает.
Эта распиновка также совместима с CMOS и поэтому подходит для всех нагрузок или каскадов на основе CMOS.

Как упоминалось ранее, параметр частоты дискретизации “fs” относится к 50% частоты, используемой в сети синхронизации RC. Частоту дискретизации можно установить в заранее определенном диапазоне, соответствующим образом зафиксировав значение CCLIN.

Частота генератора с внутренней модуляцией на уровне 4% за счет псевдослучайного сигнала подавляет любую возможность помех от окружающих частот переменного тока.

Режим выбора состояния выхода

В ИС также есть полезный «режим выбора состояния выхода», который можно использовать для включения выходного контакта в моностабильное или бистабильное состояние в ответ на емкостное определение входных контактов. Он отображается следующим образом:

Mode # 1 (TYPE включен на Vss): выход становится активным в течение sp, пока вход удерживается под внешним емкостным влиянием.

Mode # 2 (TYPE включен в VDD / NTRESD): в этом режиме выход попеременно включается и выключается (высокий и низкий) в ответ на последующее емкостное взаимодействие через фольгу сенсора.

Режим # 3 (CTYPE включен между TYPE и VSS): при этом условии выходной контакт срабатывает (низкий уровень) в течение некоторого заранее определенного периода времени в ответ на каждый вход емкостного считывания, продолжительность которого пропорциональна значению CTYPE и может изменяться со скоростью 2,5 мс на емкость нФ.

Стандартное значение для CTYPE для получения задержки около 10 мс в режиме № 3 может составлять 4,7 нФ, а максимально допустимое значение для CTYPE – 470 нФ, что может привести к задержке около секунды. Любые резкие емкостные вмешательства или воздействия в этот период просто игнорируются.

Как использовать схему

В следующих разделах мы изучим типичную конфигурацию схемы с использованием одной и той же ИС, которая может применяться во всех продуктах, требующих точных операций с дистанционной стимуляцией приближения.

Предлагаемый емкостной датчик приближения может быть использован во многих различных приложениях, как показано в следующих данных:

Типичная конфигурация приложения с использованием ИС может быть засвидетельствована ниже:

Конфигурация схемы приложения

Источник питания + VDD. Сглаживающий конденсатор может быть предпочтительно подключен через VDD и землю, а также через VDDUNTREGD и землю для более надежной работы микросхемы.

Значение емкости COLIN, полученное на выводе CLIN, эффективно фиксирует частоту дискретизации.Увеличение частоты дискретизации может позволить увеличить время реакции на вход датчика с пропорциональным увеличением потребления тока

Пластина датчика приближения

Чувствительная емкостная чувствительная пластина может быть в виде миниатюрной металлической фольги или пластины, экранированной и изолированной проводящий слой.

Эта чувствительная область может быть либо ограничена на более длинных расстояниях через коаксиальный кабель CCABLE, другие концы которого могут быть связаны с IN IC, либо пластина может быть просто напрямую подключена к INpinout IC, в зависимости от потребностей приложения. .

ИС оснащена внутренней схемой фильтра нижних частот, которая помогает подавить все формы радиочастотных помех, которые могут попытаться проникнуть в ИС через вывод IN ИС.

Кроме того, как показано на схеме, можно также добавить внешнюю конфигурацию с использованием RF и CF для дальнейшего усиления подавления RF и усиления защиты от RF для схемы.

Для достижения оптимальной производительности схемы рекомендуется, чтобы сумма значений емкости CSENSE + CCABLE + Cp находилась в заданном подходящем диапазоне, хороший уровень может составлять около 30 пФ.

Это помогает контуру управления работать лучше со статической емкостью по сравнению с CSENSE для выравнивания довольно медленных взаимодействий на чувствительной емкостной пластине.

Достижение повышенных емкостных входов

Для достижения повышенных уровней емкостных входов может быть рекомендовано включение дополнительного резистора Rc, как показано на диаграмме, который помогает контролировать время разряда в соответствии со спецификациями требований внутренней синхронизации.

Площадь поперечного сечения прикрепленной чувствительной пластины или чувствительной фольги становится прямо пропорциональной чувствительности цепи, в сочетании со значением конденсатора Ccpc, уменьшение значения Ccpc может сильно повлиять на чувствительность чувствительной пластины.Следовательно, для достижения эффективного количества чувствительности Ccpc может быть увеличено оптимально и соответственно.

Распиновка с маркировкой CPC внутренне имеет высокий импеданс и, следовательно, может быть восприимчива к токам утечки.

Убедитесь, что Ccpc выбран с высококачественной PPC конденсатора типа MKT или типа X7R для получения оптимальных характеристик конструкции.

Работа при низких температурах

В случае, если система предназначена для работы с ограниченной входной емкостью до 35 пФ и при отрицательных температурах -20 градусов C, тогда может быть целесообразно снизить напряжение питания ИС примерно до 2.8V. Это, в свою очередь, снижает рабочий диапазон напряжения Vlicpc, спецификация которого составляет от 0,6 В до VDD – 0,3 В.

Более того, уменьшение рабочего диапазона Vucpc может привести к пропорциональному уменьшению диапазона входной емкости схемы.

Также можно заметить, что значение Vucpc увеличивается с понижением температуры, как показано на диаграммах, что говорит нам, почему соответствующее снижение напряжения питания помогает в понижении температуры.

Рекомендуемые характеристики компонентов

В таблицах 6 и 7 указан рекомендуемый диапазон значений компонентов, которые могут быть надлежащим образом выбраны в соответствии с требуемыми техническими характеристиками приложения со ссылкой на приведенные выше инструкции.

Ссылка: https://www.nxp.com/docs/en/data-sheet/PCF8883.pdf

Эксплуатация и оптимизация емкостного датчика

Техническая заметка емкостного датчика LT03-0020

Авторские права © 2012 Lion Precision. www.lionprecision.com

Сводка

В этой технической заметке рассматриваются концепции и теория емкостного измерения, помогающие оптимизировать характеристики емкостного датчика. Он также определяет термины емкостного считывания, используемые в литературе и руководствах Lion Precision.

Емкость и расстояние

Бесконтактные емкостные датчики работают путем измерения изменений электрического свойства, называемого емкостью. Емкость описывает, как два проводящих объекта с промежутком между ними реагируют на приложенную к ним разность напряжений. Когда к проводникам прикладывается напряжение, между ними создается электрическое поле, заставляющее положительные и отрицательные заряды накапливаться на каждом объекте (рис. 1). Если полярность напряжения поменять местами, заряды также поменяются местами.

Емкостные датчики используют переменное напряжение, которое заставляет заряды постоянно менять свое положение. Движение зарядов создает переменный электрический ток, который регистрируется датчиком (рис. 2). Сумма

протекание тока определяется емкостью, а емкость определяется площадью и близостью проводящих объектов. Более крупные и близкие объекты вызывают больший ток, чем более мелкие и удаленные объекты. На емкость также влияет тип непроводящего материала в зазоре между объектами.

С технической точки зрения, емкость прямо пропорциональна площади поверхности объектов и диэлектрической проницаемости материала между ними и обратно пропорциональна расстоянию между ними (рис. 3).

Рис. 1 Приложение напряжения к проводящим объектам вызывает накопление положительных и отрицательных зарядов на каждом объекте. Это создает электрическое поле в пространстве между объектами

Рисунок 2 Подача переменного напряжения заставляет заряды перемещаться вперед и назад между объектами, создавая переменный ток, который обнаруживается датчиком.

Рисунок 3 Емкость определяется площадью, расстоянием и диэлектрической проницаемостью (материалом между проводниками). Емкость увеличивается при увеличении площади или диэлектрической проницаемости, а емкость уменьшается на при увеличении расстояния.

В типичных емкостных измерениях зонд или датчик является одним из проводящих объектов; целевой объект – другой. (Использование емкостных датчиков для обнаружения пластмасс и других изоляторов обсуждается в разделе, посвященном непроводящим мишеням.) Предполагается, что размеры датчика и цели постоянны, как и материал между ними. Следовательно, любое изменение емкости является результатом изменения расстояния между зондом и целью. Электроника откалибрована для создания определенных изменений напряжения для соответствующих изменений емкости. Эти напряжения масштабируются для представления конкретных изменений расстояния. Величина изменения напряжения для заданной величины изменения расстояния называется чувствительностью. Обычная настройка чувствительности – 1.0 В / 100 мкм. Это означает, что на каждые 100 мкм изменения расстояния выходное напряжение изменяется точно на 1,0 В. При этой калибровке изменение выходного сигнала на +2 В означает, что цель переместилась на 200 мкм ближе к датчику.

Фокусировка электрического поля

Когда к проводнику прикладывается напряжение, электрическое поле исходит от каждой поверхности. В емкостном датчике чувствительное напряжение прикладывается к чувствительной области зонда (рис. 4, 5).

Для точных измерений электрическое поле из зоны зондирования должно удерживаться в пространстве между зондом и целью.Если электрическому полю разрешено распространяться на другие предметы или другие области на цели, то изменение положения другого предмета будет измеряться как изменение положения цели.

Для предотвращения этого используется техника, называемая «охрана». Чтобы создать защиту, задняя и боковые стороны чувствительной области окружены другим проводником, который поддерживает то же напряжение, что и сама чувствительная область (рис. 4, 6).

Когда напряжение подается на чувствительную область, отдельная цепь прикладывает точно такое же напряжение к ограждению.Поскольку нет разницы в напряжении между чувствительной областью и защитой, между ними нет электрического поля. Любые другие проводники, расположенные рядом с датчиком или за ним, образуют электрическое поле с защитным кожухом вместо чувствительной области. Только неохраняемая передняя часть зоны обнаружения может образовывать электрическое поле с целью.

Рисунок 4 Компоненты емкостного сенсорного зонда

Рис. 5 Вид в разрезе, показывающий электрическое поле незащищенной зоны зондирования

Рисунок 6 Вырез, показывающий защитное поле, формирующее электрическое поле чувствительной области

Влияние размера цели

Целевой размер является основным фактором при выборе датчика для конкретного приложения.Когда чувствительное электрическое поле фокусируется защитой, оно создает слегка коническое поле, которое является проекцией чувствительной области. Минимальный диаметр мишени для стандартной калибровки составляет 130% диаметра чувствительной области. Чем дальше зонд находится от цели, тем больше минимальный размер цели.

Диапазон измерения

Диапазон, в котором полезен зонд, зависит от размера чувствительной области. Чем больше площадь, тем больше диапазон.Электроника драйвера рассчитана на определенную емкость зонда. Следовательно, зонд меньшего размера должен быть значительно ближе к цели, чтобы достичь желаемой емкости. Электроника регулируется во время калибровки, но диапазон регулировки ограничен.
Как правило, максимальный зазор, при котором может использоваться зонд, составляет примерно 40% диаметра чувствительной области. При стандартной калибровке зазор обычно значительно меньше.

Многоканальное зондирование

Часто цель измеряется одновременно несколькими датчиками.Поскольку система измеряет изменяющееся электрическое поле, напряжение возбуждения для каждого зонда должно быть синхронизировано, иначе зонды будут мешать друг другу. Если бы они не были синхронизированы, один зонд пытался бы увеличить электрическое поле, а другой пытался бы его уменьшить, давая ложные показания.

Электроника драйвера может быть сконфигурирована как ведущая или ведомая. Мастер устанавливает синхронизацию для подчиненных в многоканальных системах.

Влияние материала мишени

Чувствительное электрическое поле ищет проводящую поверхность.При условии, что цель является проводником, на емкостные датчики не влияет конкретный целевой материал. Поскольку электрическое поле измерения останавливается на поверхности проводника, толщина цели не влияет на измерение. .

Измерение непроводящих проводов

Рис. 7
Непроводники можно измерить, пропустив через них электрическое поле к неподвижной проводящей цели позади.

Емкостные датчики чаще всего используются для измерения изменения положения проводящей цели.Но емкостные датчики также могут быть эффективными при измерении присутствия, плотности, толщины и местоположения непроводников. Непроводящие материалы, такие как пластик, имеют диэлектрическую проницаемость, отличную от диэлектрической проницаемости воздуха. Диэлектрическая постоянная определяет, как непроводящий материал влияет на емкость между двумя проводниками. Когда между зондом и неподвижной эталонной целью вставляется непроводящий провод, чувствительное поле проходит через материал к заземленной цели (рис. 7). Присутствие непроводящего материала изменяет диэлектрик и, следовательно, изменяет емкость.Емкость будет меняться в зависимости от толщины или плотности материала.

Максимальная точность

Теперь, когда мы обсудили основы того, как работает емкостное зондирование, мы можем разработать стратегии для максимизации эффективности и минимизации ошибок при использовании емкостных датчиков. Точность требует, чтобы измерения проводились в тех же условиях, в которых был откалиброван датчик. Независимо от того, откалиброван ли это датчик на заводе или датчик, откалиброванный во время использования, воспроизводимые результаты получаются из повторяемых условий.Если мы хотим, чтобы на измерение влияло только расстояние, тогда все другие переменные должны быть постоянными. В следующих разделах обсуждаются распространенные источники ошибок и способы их минимизации.

Максимальная точность: размер цели

Рис. 9
Цель заниженного размера приводит к тому, что поле считывания распространяется по сторонам цели, что приводит к ошибке

Если не указано иное, заводские калибровки выполняются с плоской проводящей мишенью, размер которой значительно превышает размер чувствительной области.Датчик, откалиброванный таким образом, даст точные результаты при измерении плоской цели, размер которой более чем на 30% превышает площадь чувствительности. Если целевая область слишком мала, электрическое поле начнет охватывать стороны цели, что означает, что электрическое поле распространяется дальше, чем это было при калибровке, и будет измерять цель как можно дальше (рис. 9). В этом случае датчик должен быть ближе к цели для той же нулевой точки. Поскольку это расстояние отличается от исходной калибровки, будет внесена ошибка.Ошибка возникает также из-за того, что зонд больше не измеряет плоскую поверхность.

Если расстояние между зондом и целью считается осью Z, то дополнительная проблема малоразмерной цели заключается в том, что датчик становится чувствительным к местоположению зонда по осям X и Y. Без изменения зазора выходной сигнал значительно изменится, если зонд перемещается либо по оси X, либо по оси Y, потому что меньше электрического поля идет к центру цели, а больше – по сторонам.

Повышение точности: форма цели

Рис. 10 Изогнутая цель требует, чтобы зонд был ближе, и это повлияет на чувствительность

Форма также важна. Поскольку датчики откалиброваны для плоской цели, измерение цели с изогнутой поверхностью вызовет ошибки (рис. 10). Поскольку зонд будет измерять среднее расстояние до цели, зазор при нулевом напряжении будет отличаться от того, когда система была откалибрована. Также будут внесены ошибки из-за различного поведения электрического поля с искривленной поверхностью.В случаях, когда необходимо измерить неплоскую цель, система может быть откалибрована на заводе-изготовителе до окончательной формы цели. В качестве альтернативы, когда используются плоские калибровки с изогнутыми поверхностями, могут быть предусмотрены множители для корректировки измеренного значения.

Максимальная точность: чистота поверхности

Если целевая поверхность не идеально гладкая, система будет усреднять по площади, покрытой размером пятна датчика. Значение измерения может изменяться по мере перемещения зонда по поверхности из-за изменения среднего положения поверхности.Величина этой ошибки зависит от характера и симметрии неровностей поверхности.

Максимальная точность: параллельность

Во время калибровки поверхность датчика параллельна целевой поверхности. Если зонд или цель наклоняются на значительную величину, форма пятна, в котором поле попадает в цель, удлиняется и изменяет взаимодействие поля с целью. Из-за различного поведения электрического поля будут внесены ошибки измерения.При высоких разрешениях даже несколько градусов могут привести к ошибке. При проектировании приспособления для измерения необходимо учитывать параллельность.

Максимальная точность: окружающая среда

Системы емкостных датчиков

Lion Precision имеют компенсацию для минимизации дрейфа из-за температуры от 22 ° C до 35 ° C (72 ° F – 95 ° F). В этом диапазоне температур погрешность составляет менее 0,5% от полной шкалы.

Более серьезная проблема заключается в том, что практически все материалы, используемые в мишенях и приспособлениях, демонстрируют значительное расширение и сжатие в этом диапазоне температур.Когда это происходит, изменения измерения, связанные с температурой, не являются ошибкой датчика. Это реальные изменения зазора между целью и зондом. Тщательный дизайн приспособлений имеет большое значение для минимизации этой ошибки и повышения точности.

На диэлектрическую проницаемость воздуха влияет влажность. С увеличением влажности увеличивается диэлектрическая проницаемость. Влажность также может взаимодействовать с материалами конструкции зонда. Экспериментальные данные показывают, что изменение от 50% до 80% может привести к ошибкам до 0.5% от полной шкалы.

В то время как материалы датчиков Lion Precision выбраны для минимизации этих ошибок, в приложениях, требующих максимальной точности, контроль температуры и влажности является стандартной практикой. Международные стандарты указывают, что измерения должны проводиться при 20 ° C или с поправкой на «истинную длину» при 20 ° C.

Заводская калибровка

Система калибровки емкостного датчика

Lion Precision была разработана в сотрудничестве с Professional Instruments, мировым лидером в разработке шпинделей и ползунов с воздушными подшипниками.Его современный дизайн обеспечивается прецизионной электроникой управления движением с погрешностью менее 0,012 мкм.
Система калибровки регулярно сертифицируется с помощью прослеживаемого лазерного интерферометра NIST. Измерительное оборудование, используемое во время калибровки (цифровые измерители и генераторы сигналов), также калибруется по прослеживаемым стандартам NIST. Информация о калибровке для каждого из этих единиц оборудования хранится в файле для проверки прослеживаемости.

Технические специалисты используют систему калибровки для точного позиционирования калибровочной мишени на известных расстояниях до емкостного датчика.Измерения в этих точках собираются, а чувствительность и линейность анализируются системой калибровки. Анализ данных используется для настройки калибруемой системы в соответствии со спецификациями заказа.

После калибровки чувствительности и линейности системы емкостных датчиков помещают в камеру окружающей среды, где калибруется схема температурной компенсации для минимизации дрейфа в диапазоне температур от 22 ° C до 35 ° C. Также проводятся измерения полосы пропускания и выходного шума, которые влияют на разрешение.

По завершении калибровки создается сертификат калибровки. Этот сертификат поставляется с заказанной системой и заархивирован. Сертификаты калибровки соответствуют разделу 4.8 ISO 10012-1.

Чувствительность

Чувствительность – наклон линии – это чувствительность; в данном случае 1 В / 0,05 мм.

Чувствительность показывает, насколько изменяется выходное напряжение в результате изменения зазора между целью и емкостным датчиком.Обычная чувствительность составляет 1 В / 0,1 мм. Это означает, что на каждые 0,1 мм изменения зазора выходное напряжение будет изменяться на 1 В. Когда выходное напряжение отображается в зависимости от размера зазора, наклон линии представляет собой чувствительность.

Ошибка чувствительности

Ошибка чувствительности – крутизна фактических измерений отклоняется от идеальной.

Чувствительность датчика устанавливается при калибровке. Когда чувствительность отклоняется от идеального значения, это называется ошибкой чувствительности, ошибкой усиления или ошибкой масштабирования.Поскольку чувствительность – это наклон линии, ошибка чувствительности обычно выражается в процентах от наклона; сравнение идеального уклона с фактическим уклоном.

Ошибка смещения

Ошибка смещения возникает, когда постоянное значение добавляется к

.

Ошибка смещения – ко всем измерениям добавляется постоянное значение.

выходное напряжение системы. Системы емкостных датчиков обычно обнуляются во время настройки, что устраняет любые отклонения смещения от исходной калибровки.Однако, если ошибка смещения изменится после обнуления системы, в измерение будет внесена ошибка. Изменение температуры является основным фактором ошибки смещения. В системах Lion Precision предусмотрена компенсация погрешностей смещения, связанных с температурой, чтобы они не превышали 0,04% от полной шкалы / ° C.

Ошибка линейности

Ошибка линейности – данные измерения не на прямой линии.

Чувствительность может незначительно отличаться между любыми двумя точками данных. Это изменение называется ошибкой линейности.Спецификация линейности – это измерение того, насколько выходной сигнал отличается от прямой линии.

Для расчета погрешности линейности данные калибровки сравниваются с прямой линией, которая наилучшим образом соответствует точкам. Эта прямая опорная линия рассчитывается на основе данных калибровки с использованием метода, называемого подгонкой по методу наименьших квадратов. Величина ошибки в точке калибровочной кривой, наиболее удаленной от этой идеальной линии, является ошибкой линейности. Ошибка линейности обычно выражается в процентах от полной шкалы.Если ошибка в наихудшей точке составляла 0,001 мм, а полный диапазон калибровки составлял 1 мм, ошибка линейности составила бы 0,1%.
Обратите внимание, что ошибка линейности не учитывает ошибки чувствительности. Это только мера прямолинейности линии, а не ее наклон. Система с грубыми ошибками чувствительности может быть очень линейной.

Диапазон ошибок

Диапазон ошибок учитывает комбинацию ошибок линейности и чувствительности. Это измерение абсолютной погрешности наихудшего случая в калиброванном диапазоне.Полоса ошибок рассчитывается путем сравнения выходных напряжений в определенных промежутках с их ожидаемым значением. Наихудшая ошибка из этого сравнения указана как диапазон ошибок системы.

Зазор (мм)	Ожидаемое значение Значение (В постоянного тока)	Фактическое значение Значение (В постоянного тока)	Ошибка (мм)
0.50	-10,000	-9,800	-0,010
0,75	-5,000	-4,900	-0,005
1,00	0,000	0,000	0,000
1,25	5.000	5.000	0,000
1,50	10.000	10.100	0,005

Диапазон ошибок – наихудшее отклонение измеренных значений от ожидаемых значений в калибровочной таблице.В этом случае полоса погрешности составляет -0,010 мм.

Пропускная способность

Полоса пропускания определяется как частота, при которой выходной сигнал падает до -3 дБ. Эта частота также называется частотой среза. Падение уровня сигнала на -3 дБ соответствует примерно 70% падению фактического выходного напряжения. При полосе пропускания 15 кГц изменение ± 1 В на низкой частоте приведет только к изменению ± 0,7 В при 15 кГц. В дополнение к обнаружению высокочастотного движения быстродействующие выходы максимизируют запас по фазе при использовании в системах обратной связи сервоуправления.Некоторые драйверы предоставляют возможность выбора полосы пропускания для максимального увеличения разрешения или времени отклика.

Разрешение

Рисунок 14
Шум от датчика 15 кГц

Разрешение определяется как наименьшее надежное измерение, которое может выполнить система. Разрешение измерительной системы должно быть лучше, чем конечная точность, требуемая для измерения. Если вам нужно знать размер в пределах 0,02 мкм, то разрешение измерительной системы должно быть лучше 0.02 мкм.
Основным определяющим фактором разрешения являются электрические помехи. Электрический шум появляется в выходном напряжении, вызывая небольшие мгновенные ошибки на выходе. Даже когда зазор между зондом и мишенью совершенно постоянен, выходное напряжение драйвера имеет небольшой, но измеримый шум, который, казалось бы, указывает на то, что зазор изменяется. Этот шум присущ электронным компонентам, и его можно только минимизировать, но никогда не устранить.
Если драйвер имеет выходной шум 0.002V с чувствительностью 10 В / 1 мм, тогда он имеет выходной шум 0,000,2 мм (0,2 мкм). Это означает, что в любой момент на выходе может быть ошибка 0,2 мкм.

Рисунок 15
Шум от датчика 100 Гц

Количество шума на выходе напрямую связано с полосой пропускания. Вообще говоря, шум распределяется равномерно в широком диапазоне частот. Если более высокие частоты фильтруются перед выходом, результатом будет меньше шума и лучшее разрешение (рис.14, 15). При изучении спецификаций разрешения очень важно знать, к какой полосе пропускания применяются спецификации. Ознакомьтесь с нашей полной статьей о взаимосвязи между разрешением и пропускной способностью и о том, как быть уверенным, что вы получаете точную информацию из таблиц.

(PDF) Схема сопряжения емкостного датчика

33

ССЫЛКИ

1. Сугата Кумар Кар, К.Б. Настройка, IEEE ОПЕРАЦИИ ПО ПРИБОРАМ

И ИЗМЕРЕНИЯ, ТОМ.64, НЕТ. 10, ОКТЯБРЬ 2015.

2.P. Э. АЛЛЕН и ДР ХОЛБЕРГ, CMOS ANALOG CIRCUIT DESIGN, IS

Edition, Ed., Oxford: Oxford University Press, 2009.

3. Fan.Q.Makinwa, Huijising, JH, Capacitively-Coupled Chopper

Amplifiers, Springer, ISBN-978-3-319-47390-1.

4. Исследование усилителя прерывателя, лаборатория электротехники, ИИТ Канпур Б. Разави, проект

аналоговой интегральной схемы КМОП, Нью-Дели: Тата МакГроу-Хилл, 2012.

5.L. Магнелли, Ф. А. Аморосо, Ф. Крапи, Г. Капучино и Г. Ианнакконе, “Разработка подпорогового комплементарного металл-оксидно-полупроводникового операционного усилителя

75-

нВт, 0,5 В”, МЕЖДУНАРОДНЫЙ ЖУРНАЛ ТЕОРИИ ЦЕПЕЙ И

APPLICATIONS, Wiley Online Library, 2012.

6.FatemahAezinia, Проектирование схем сопряжения для приложений емкостного зондирования.

7. Ревертер Ф. и Касас О. Подключение дифференциальных емкостных датчиков к микроконтроллерам

: прямой подход.Контрольно-измерительные приборы и измерения, IEEE

Transactions on (99), 1-7.

8. Иорданов, В., Мейер, Г., Нихтианов, С. (2002), SC-интерфейс для емкостных измерений

с расширенным линейным диапазоном.

9. Фрулинг, А., Хатер, М., Юнг, Б., и Перулис, Д. (2010), Мониторинг контакта в реальном времени

Поведение РЧ-МЭМС-переключателей с очень маломощным емкостным КМОП-датчиком

интерфейс.

10. Проектирование интерфейсной схемы для измерения дифференциальной емкости, Swathi Reddy

A, IIIT Хайдарабад, Mtech Thesis.

Интерфейсы емкостных датчиков 11.MEMS: можем ли мы решить проблему? Роберт ПУЕРС

Католикский университет Лёвена, ESAT-MICAS KasteelparkArenberg 10; 3001 Левен,

Бельгия.

12. Бернхард Э. Бозер, Электроника с емкостным интерфейсом для датчиков и приведения в действие,

Калифорнийский университет, Беркли.

13.H. А. Маджид, Н. Разали, М. С. Сулейман и А. К. А’аин, Схема интерфейса

емкостного датчика, основанная на методе фазового дифференциала.

Емкостной датчик давления MEMS, монолитно интегрированный со схемой считывания CMOS с использованием пост-CMOS-процессов | Письма Micro и Nano Systems

Датчик давления

На рис. 1 показан вид сверху и в разрезе предлагаемого датчика давления с квадратной диафрагмой. Электроды емкостного датчика образованы слоями алюминия. Верхний электрод поддерживался слоями диоксида кремния и парилена. Когда к мембране датчика прилагается внешнее давление, расстояние между двумя металлическими электродами уменьшается.Затем давление можно контролировать, измеряя емкость между электродами с помощью схемы на кристалле.

Рис. 1

Предлагаемый датчик давления в разрезе и вид сверху

Механические свойства материалов, из которых состоит диафрагма, перечислены в таблице 1. В этой работе целевой диапазон давления составляет около 100–500 кПа, что является общим диапазоном давления для транспортных средств, биомедицинских устройств и некоторых промышленных приложений, таких как давление в шинах. оборудование для мониторинга, измерения артериального давления и пневматического контроля.Для работы датчика в этих диапазонах давления длина стороны квадратной мембраны составляет 56 мкм. Резонансная частота, рассчитанная для этих размеров мембраны, составляет около 1,3 МГц, что достаточно для датчика давления в большинстве приложений [14]. Всего мы разработали 9 конденсаторов, подключенных параллельно, с начальным значением емкости 200 фФ.

Таблица 1 Механические свойства материалов, из которых изготовлена ​​диафрагма

Схема считывания

Схема считывания для предлагаемого емкостного датчика давления основана на схеме переключаемых конденсаторов с использованием эталонных конденсаторов и чувствительных конденсаторов.Мы использовали полностью дифференциальную схему для подавления дрейфа сигнала из-за изменения температуры и ошибки, вызванной несоответствием емкостей опорного и чувствительного конденсаторов.

На рисунке 2 показана схема хранения выборки и ее временная диаграмма для измерения емкости чувствительного конденсатора. Тогда выходное напряжение равно

Рис. {+}}} = \ frac {{C_ {s}}} {{C_ {ref}}}, $$

(1)

где V ^– _дюйм и V ⁺ _в – входное напряжение на отрицательной и положительной клеммах, В ⁺ _из и V ^– _из – выходной сигнал с положительной и отрицательной выходной клеммы, а C _с и C _исх. – это чувствительная и опорная емкости соответственно.

На рис. 3 показан вид всего кристалла и схема обработки в увеличенном виде. Эталонный конденсатор, образованный девятью конденсаторами, включенными параллельно, имеет емкость 128 фФ. Схема обработки состоит из усилителя, тактового генератора и каскада смещения с синфазной обратной связью (CMFB) [7, 13].

Фиг.3

a Схема всей микросхемы и b увеличенный вид каскада схемы обработки

NTNU Open: схемы интерфейса емкостного датчика

Аннотация

В этой диссертации основное внимание уделяется простым методам измерения емкости, подходящим для интеграции в КМОП-технологии.Основная мотивация заключалась в том, чтобы реализовать простые интерфейсы для емкостных датчиков и микросистем для интеграции в приложения для измерения высокой плотности, например, в массивы датчиков для ультразвуковой визуализации с высоким разрешением. Кроме того, существует множество приложений, в которых высокая точность измерения не важна; В таких случаях простая интерфейсная схема может не только сэкономить время на разработку, но также может предложить преимущества по площади и мощности по сравнению с более сложными схемами. Таким образом, одной из основных целей этого исследования была реализация простых топологий схем, которые могут принести пользу таким приложениям.Основное внимание в этом тезисе уделяется двум различным типам сенсорных схем. Первая интерфейсная схема является реализацией токового режима, основным преимуществом которого является возможность генерировать полностью дифференциальный выходной сигнал также от несимметричного датчика, используя только фиксированный опорный конденсатор. Схема, прототип которой был изготовлен с использованием промышленного КМОП-процесса 0,8 мкм, по оценкам, может обеспечить точность около 0,2% относительно полной шкалы, что может быть достаточным для многих приложений. Во втором прототипе метод смещения обратной связи заново открыт для наноразмерных КМОП-технологий.Показано, что некоторые из классических ограничений, накладываемых использованием смещения обратной связи в схемах КМОП, снимаются в наноразмерных технологиях и при использовании полевого МОП-транзистора в качестве резистора обратной связи; можно реализовать чрезвычайно компактные усилители. Такие каскадные CS-усилители с обратной связью, разработанные по коммерчески доступной технологии CMOS, достигли усиления по напряжению 28 дБ, спектральной плотности мощности выходного шума 0,11 (мкВ) 2 / Гц на центральной частоте и общего гармонического искажения – 30 дБ при полномасштабном выходе.Эти характеристики приемлемы для применения таких усилителей, как входные модули CMUT. Используя подпороговые полевые МОП-транзисторы в качестве резисторов обратной связи, были получены чрезвычайно компактные усилители (размером всего 20 мкм x 10 мкм). Однако при использовании резистора обратной связи полевого МОП-транзистора на линейность усилителя влияет нелинейность сопротивления полевого МОП-транзистора. Предлагается простое средство, которое восстанавливает большую часть ухудшения линейности за счет небольшого ущерба входному сопротивлению. Наблюдалось улучшение линейности более чем на 100% в лучшем случае.Площадь накладных расходов за счет дополнительного устройства очень мала.

С деталями

Сингх, Таджешвар; Иттердал, Тронд. Схема интерфейса несимметричного и дифференциального емкостного датчика, разработанная по технологии CMOS. В материалах: Международного симпозиума по схемам и системам 2004 г.: 948-951, 2004. 10.1109 / ISCAS.2004.1328353.

Сингх, Таджешвар; Сётер, Тронд; Иттердал, Тронд. Схема интерфейса линейного емкостного датчика с возможностью вывода от несимметричного к дифференциальному. В трудах: Конференция NORCHIP 2004.: 32-35, 2004. 10.1109 / NORCHP.2004.1423815.

Сингх, Таджешвар; Сётер, Тронд; Иттердал, Тронд. Схема интерфейса емкостного датчика в токовом режиме с возможностью перехода от несимметричного к дифференциальному выходу. . 58 (11): 3914-3920, 2009. 10.1109 / TIM.2009.2021241.

Сингх, Таджешвар; Сётер, Тронд; Иттердал, Тронд. Смещение обратной связи в наноразмерных КМОП-технологиях. ОПЕРАЦИИ IEEE НА СХЕМАХ И СИСТЕМАХ. II, ЭКСПРЕСС-КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ. (ISSN 1549-7747). 56 (5): 349-353, 2009. 10.1109 / TCSII.2009.2019162.

Издатель

Norges teknisk-naturvitenskapelige University, Fakultet for informasjonsteknologi, matematikk og elektroteknikk, Institutt for elektronikk og telekommunikasjon

Принцип работы, диапазоны и характеристики

Промышленные датчики, такие как емкостный датчик приближения, используются для измерения положения, смещения или близости объекта. Они обычно используются в различных приложениях для управления производственными установками.Эти датчики могут применяться для проверки и мониторинга продуктов и инструментов, управления системами машин и позиционирования движущихся частей. Датчики приближения, которые измеряют смещение и угловое или линейное движение, также часто используются в качестве датчиков безопасности и для настройки оперативного управления в области формования, упаковки, печати, а также пищевой и химической обработки. Эти устройства способны обнаруживать и отслеживать близость объекта к заданной границе, не касаясь объекта физически.Таким образом, эти устройства называются бесконтактными датчиками. Чтобы узнать больше о других типах датчиков приближения, вы можете ознакомиться с нашим общим руководством по датчикам приближения или, чтобы получить более широкое представление, см. Соответствующее руководство Датчики – полное руководство (типы, приложения и поставщики).

Емкостные датчики приближения по функциям аналогичны индуктивным датчикам, но имеют определенные уникальные конструктивные характеристики и рабочие параметры. Они основаны на принципе емкости для обнаружения мелких объектов и могут работать как с проводящими (металлическими), так и с неметаллическими материалами, включая неподготовленные механические поверхности и предметы, движущиеся по конвейеру.Обычно корпус имеет форму небольшого цилиндра с электродами и проводкой на концах. Выходной сигнал емкостного датчика приближения обычно передается в виде замыкания контакта или импульса, который активируется, когда объект достигает определенного порогового значения расстояния.

Принцип работы емкостных датчиков приближения

Емкостные датчики приближения полагаются на способность объектов удерживать электрический заряд, даже если объект не является проводящим. Емкость – это мера количества заряда, который может храниться при приложении приложенного напряжения.Датчик работает, регистрируя изменение емкости, которое происходит, когда объект (обычно называемый «целью») приближается к датчику.

Типичный конденсатор состоит из двух пластин, разделенных изолятором, также известным как диэлектрик. Изолирующий диэлектрик может быть из различных материалов, включая керамику, бумагу, пластик или даже воздух. Внутри емкостного датчика приближения находится одна пластина конденсатора – мишень служит другой пластиной. Воздушный зазор между датчиком и мишенью выполняет роль диэлектрика.Пластина, которая находится внутри датчика, подключена к цепи генератора, которая используется для создания электростатического поля. При отсутствии цели схема генератора не срабатывает. По мере приближения цели к датчику амплитуда колебаний увеличивается, поскольку датчик обнаруживает цель, это вызывает изменение количества заряда, который может храниться на внутренней пластине, что изменяет это значение емкости. Как только колебания превышают пороговое значение, устанавливается триггер, который генерирует выходной сигнал от датчика, который указывает, что цель приблизилась в пределах установленного диапазона активации.Возможность накапливать заряд зависит от расстояния между этими двумя пластинами, которое можно отрегулировать для установки определенного диапазона активации. В датчике приближения одна пластина служит переключателем, другая – целью обнаружения, а поверхность датчика – изолятором. Уровни тока уменьшаются с увеличением расстояния, что является обратным параметрам индуктивного датчика. Многие датчики имеют винт или регулировку, которые могут устанавливать чувствительность устройства, что может быть полезно, например, для обнаружения полных или пустых контейнеров.

Для получения дополнительной информации о физике конденсаторов посетите страницу конденсаторов Университета штата Джорджия.

Конструкция емкостного датчика приближения

Подобно индукционным датчикам, емкостные датчики приближения обычно состоят из четырех групп компонентов: датчика, схемы генератора, схемы детектора и твердотельной выходной цепи. Хотя эти компоненты могут быть расположены в нескольких различных конфигурациях, цилиндрический формат является наиболее распространенным. Он состоит из двух концентрических электродов, прикрепленных к торцевой поверхности цилиндра, и двух концентрических металлических колец на активной чувствительной поверхности, выход которых выражается в виде напряжения, замыкания контакта или аналоговых сигналов.Когда объект приближается к датчику, связь электродов увеличивается, вызывая срабатывание схемы генератора. Колебания регистрируются детекторной схемой, которая активирует твердотельную схему для выдачи выходного сигнала в соответствии с уровнем амплитуды. Проводящие объекты аналогичного размера обычно обнаруживаются на одном и том же расстоянии, в то время как дальность обнаружения для изолирующих объектов зависит от диэлектрической проницаемости. Диэлектрическая проницаемость измеряет, сколько электроэнергии может хранить материал. Более мощный датчик будет использовать материал с высокой диэлектрической проницаемостью для обнаружения целевого объекта, хотя площадь пластин и пространство между электродами также увеличивает его мощность.

Основные характеристики емкостных датчиков

Как для емкостных, так и для индуктивных датчиков приближения гистерезис является важной рабочей характеристикой. Гистерезис определяется разницей между чувствительной поверхностью и расстоянием обнаружения цели, а также чувствительной поверхностью и расстоянием до цели. Эти черты определяют границу между обнаружением и отсутствием обнаружения объекта. Но, несмотря на их сходство с индуктивными датчиками, емкостные датчики имеют ряд отличительных особенностей, в том числе:

• Способность обнаруживать неметаллические предметы.

• Способность обнаруживать небольшие легкие предметы, которые не могут быть захвачены механическими концевыми выключателями.

• Твердотельный выход, сигнал контакта которого не дергается.

• Высокая частота переключения, обеспечивающая быструю реакцию в приложениях для подсчета объектов.

• Способность обнаруживать жидкие цели через определенные преграды.

• Длительный срок службы.

Хотя емкостные датчики приближения полезны для ряда приложений, на них могут отрицательно повлиять повышенные уровни влажности и влажности.Кроме того, их поле восприятия должно быть относительно широким, чтобы обеспечить эффективное обнаружение.

Емкостный диапазон чувствительности

Емкостные датчики приближения обычно имеют большее расстояние срабатывания, чем их индуктивные аналоги, и обычно составляют от 5 до 40 миллиметров. Дальность обнаружения зависит от диаметра пластины, поскольку емкостные датчики измеряют диэлектрические зазоры. Многие емкостные датчики приближения оснащены элементами управления чувствительностью для расстояния срабатывания, что позволяет им компенсировать целевой объект и условия применения.

Основные характеристики

Емкостные датчики приближения обычно указываются на основе основных технических характеристик и параметров, показанных ниже. Спецификации зависят от производителя, и поставщики могут использовать несколько иные спецификации для описания своих продуктов. Информация, представленная ниже, предназначена для общего ознакомления и должна позволить разработчику подготовиться к дальнейшим обсуждениям с поставщиками, сосредоточенным на потребностях приложения.

• Расстояние срабатывания – указывает диапазон, на котором устройство обнаружит цель.

• Тип или стиль монтажа – описывает метод, с помощью которого датчик предназначен для установки в его рабочей среде. Примеры типов монтажа стилей включают монтаж на кронштейне, скрытый монтаж, монтаж на кабеле, монтаж на панели, монтаж на вилке или винт. Типы резьбы включают конфигурации резьбы M5, M8, M12, M18, M20 и M30.

• Конфигурация выхода – указывает варианты выхода датчика. Доступные общие параметры включают нормально закрытый (NC), нормально открытый (NO), I2C, аналоговый ток, аналоговое напряжение, NPN, PNP или SCR (см. Также терминологию и определения ниже).

• Материал корпуса – описывает материал, используемый для формирования корпуса датчика, который может включать полимер, такой как ABS, PVC, PA, PTFE, или металлы, такие как алюминий, латунь, никелированная латунь, нержавеющая сталь или цинковая матрица. -В ролях.

• Напряжение питания – указывает рабочее напряжение устройства, а также переменный или постоянный ток на входе.

• Диапазон рабочих температур – предоставляет минимальные и максимальные значения температуры, на которые рассчитан датчик.

• Тип корпуса – указывает тип корпуса, в котором размещен датчик. Обычно доступные типы корпусов включают цилиндры с резьбой, шайбы и SMD (устройства для поверхностного монтажа).

• Тип клеммы – указывает тип клеммных соединений на датчике для входной мощности и выходного сигнала. Винтовые клеммы, порт USB, выводы кабеля или кабель с разъемами являются примерами опций.

• Код

  защиты от проникновения (IP) – также известный как международный рейтинг защиты, этот код представляет собой двузначный код, следующий за буквами IP с дополнительной буквой.Система кодов предназначена для отражения степени защиты, которую механическая упаковка или электрические корпуса обеспечивают устройству от проникновения твердых тел и жидкостей в окружающую среду, включая случайный контакт со стороны персонала. Первая цифра означает защиту от твердых тел, а вторая цифра означает защиту от жидкостей. Более высокие цифры в каждом случае означают большую степень защиты. В таблице ниже показан номер IP и описание уровня защиты, связанного с каждым уникальным кодом.

IP номер	Первая цифра – Защита от твердых частиц	Вторая цифра – Защита от жидкостей
IP00	Не защищен от твердых частиц.	Не защищен от жидкостей.
IP01	Не защищен от твердых частиц.	Защищено от конденсата.
IP02	Не защищен от твердых частиц.	Защищено от водяных брызг под углом менее 15 градусов от вертикали.
IP03	Не защищен от твердых частиц.	Защищено от водяных брызг под углом менее 60 градусов от вертикали.
IP04	Не защищен от твердых частиц.	Защищено от водяных брызг с любого направления.
IP05	Не защищен от твердых частиц.	Защищено от струй воды под низким давлением с любого направления.
IP06	Не защищен от твердых частиц.	Защищено от водяных струй под высоким давлением с любого направления.
IP07	Не защищен от твердых частиц.	Защищено от погружения на глубину от 15 сантиметров до 1 метра.
IP08	Не защищен от твердых частиц.	Защищено от длительного погружения в воду до определенного давления.
IP10	Защищено от прикосновения руками больше 50 миллиметров.	Не защищен от жидкостей.
IP11	Защищено от прикосновения руками больше 50 миллиметров.	Защищено от конденсата.
IP12	Защищено от прикосновения руками больше 50 миллиметров.	Защищено от водяных брызг под углом менее 15 градусов от вертикали.
IP13	Защищено от прикосновения руками больше 50 миллиметров.	Защищено от водяных брызг под углом менее 60 градусов от вертикали.
IP14	Защищено от прикосновения руками больше 50 миллиметров.	Защищено от водяных брызг с любого направления.
IP15	Защищено от прикосновения руками больше 50 миллиметров.	Защищено от струй воды под низким давлением с любого направления.
IP16	Защищено от прикосновения руками больше 50 миллиметров.	Защищено от водяных струй под высоким давлением с любого направления.
IP17	Защищено от прикосновения руками больше 50 миллиметров.	Защищено от погружения на глубину от 15 сантиметров до 1 метра.
IP18	Защищено от прикосновения руками больше 50 миллиметров.	Защищено от длительного погружения в воду до определенного давления.
IP20	Защищено от прикосновения пальцами и предметами размером более 12 миллиметров.	Не защищен от жидкостей.
IP21	Защищено от прикосновения пальцами и предметами размером более 12 миллиметров.	Защищено от конденсата.
IP22	Защищено от прикосновения пальцами и предметами размером более 12 миллиметров.	Защищено от водяных брызг под углом менее 15 градусов от вертикали.
IP23	Защищено от прикосновения пальцами и предметами размером более 12 миллиметров.	Защищено от водяных брызг под углом менее 60 градусов от вертикали.
IP24	Защищено от прикосновения пальцами и предметами размером более 12 миллиметров.	Защищено от водяных брызг с любого направления.
IP25	Защищено от прикосновения пальцами и предметами размером более 12 миллиметров.	Защищено от струй воды под низким давлением с любого направления.
IP26	Защищено от прикосновения пальцами и предметами размером более 12 миллиметров.	Защищено от водяных струй под высоким давлением с любого направления.
IP27	Защищено от прикосновения пальцами и предметами размером более 12 миллиметров.	Защищено от погружения на глубину от 15 сантиметров до 1 метра.
IP28	Защищено от прикосновения пальцами и предметами размером более 12 миллиметров.	Защищено от длительного погружения в воду до определенного давления.
IP30	Защищено от инструментов и проводов диаметром более 2,5 мм.	Не защищен от жидкостей.
IP31	Защищено от инструментов и проводов диаметром более 2,5 мм.	Защищено от конденсата.
IP32	Защищено от инструментов и проводов диаметром более 2,5 мм.	Защищено от водяных брызг под углом менее 15 градусов от вертикали.
IP33	Защищено от инструментов и проводов более 2.5 миллиметров.	Защищено от водяных брызг под углом менее 60 градусов от вертикали.
IP34	Защищено от инструментов и проводов диаметром более 2,5 мм.	Защищено от водяных брызг с любого направления.
IP35	Защищено от инструментов и проводов диаметром более 2,5 мм.	Защищено от струй воды под низким давлением с любого направления.
IP36	Защищено от инструментов и проводов диаметром более 2,5 мм.	Защищено от водяных струй под высоким давлением с любого направления.
IP37	Защищено от инструментов и проводов диаметром более 2,5 мм.	Защищено от погружения на глубину от 15 сантиметров до 1 метра.
IP38	Защищено от инструментов и проводов более 2.5 миллиметров.	Защищено от длительного погружения в воду до определенного давления.
IP40	Защищено от инструментов и проволоки диаметром более 1 миллиметра.	Не защищен от жидкостей.
IP41	Защищено от инструментов и проволоки диаметром более 1 миллиметра.	Защищено от конденсата.
IP42	Защищено от инструментов и проволоки диаметром более 1 миллиметра.	Защищено от водяных брызг под углом менее 15 градусов от вертикали.
IP43	Защищено от инструментов и проволоки диаметром более 1 миллиметра.	Защищено от водяных брызг под углом менее 60 градусов от вертикали.
IP44	Защищено от инструментов и проволоки диаметром более 1 миллиметра.	Защищено от водяных брызг с любого направления.
IP45	Защищено от инструментов и проволоки диаметром более 1 миллиметра.	Защищено от струй воды под низким давлением с любого направления.
IP46	Защищено от инструментов и проволоки диаметром более 1 миллиметра.	Защищено от водяных струй под высоким давлением с любого направления.
IP47	Защищено от инструментов и проволоки диаметром более 1 миллиметра.	Защищено от погружения на глубину от 15 сантиметров до 1 метра.
IP48	Защищено от инструментов и проволоки диаметром более 1 миллиметра.	Защищено от длительного погружения в воду до определенного давления.
IP50	Защищено от ограниченного проникновения пыли.	Не защищен от жидкостей.
IP51	Защищено от ограниченного проникновения пыли.	Защищено от конденсата.
IP52	Защищено от ограниченного проникновения пыли.	Защищено от водяных брызг под углом менее 15 градусов от вертикали.
IP53	Защищено от ограниченного проникновения пыли.	Защищено от водяных брызг под углом менее 60 градусов от вертикали.
IP54	Защищено от ограниченного проникновения пыли.	Защищено от водяных брызг с любого направления.
IP55	Защищено от ограниченного проникновения пыли.	Защищено от струй воды под низким давлением с любого направления.
IP56	Защищено от ограниченного проникновения пыли.	Защищено от водяных струй под высоким давлением с любого направления.
IP57	Защищено от ограниченного проникновения пыли.	Защищено от погружения на глубину от 15 сантиметров до 1 метра.
IP58	Защищено от ограниченного проникновения пыли.	Защищено от длительного погружения в воду до определенного давления.
IP60	Защищено от полного попадания пыли.	Не защищен от жидкостей.
IP61	Защищено от полного попадания пыли.	Защищено от конденсата.
IP62	Защищено от полного попадания пыли.	Защищено от водяных брызг под углом менее 15 градусов от вертикали.
IP63	Защищено от полного попадания пыли.	Защищено от водяных брызг под углом менее 60 градусов от вертикали.
IP64	Защищено от полного попадания пыли.	Защищено от водяных брызг с любого направления.
IP65	Защищено от полного попадания пыли.	Защищено от струй воды под низким давлением с любого направления.
IP66	Защищено от полного попадания пыли.	Защищено от водяных струй под высоким давлением с любого направления.
IP67	Защищено от полного попадания пыли.	Защищено от погружения на глубину от 15 сантиметров до 1 метра.
IP68	Защищено от полного попадания пыли.	Защищено от длительного погружения в воду до определенного давления.
IP69K	Защищено от полного попадания пыли.	Защищено от пароструйной очистки.

Таблица предоставлена: http://www.dsmt.com/resources/ip-rating-chart/

Емкостные датчики vs.Индуктивные датчики

Индуктивные и емкостные датчики обнаруживают объекты аналогичными методами, но в то время как емкостный датчик способен обнаруживать любой материал, в том числе через неметаллические объекты, такие как стенка резервуара, индуктивный датчик может обнаруживать только металлы. Недостаток емкостных датчиков заключается в том, что, хотя они обнаруживают все, они менее точны и медленнее; их необходимо размещать осторожно, чтобы избежать ложных срабатываний. Индуктивные датчики, хотя и имеют меньшее расстояние срабатывания, являются лучшим выбором, если в объектах, которые они должны обнаруживать, есть металл, и они обнаруживают объекты быстрее.

В то время как оба типа датчиков обнаруживают объекты посредством колебаний магнитного поля, индуктивный датчик обнаруживает что-то, что нарушает его колебания, в то время как емкостной датчик начинает колебаться, когда объект появляется в его поле. Это связано с тем, что индукционные датчики генерируют магнитное поле через ферритовый сердечник с катушками, а в емкостных датчиках используются две токопроводящие пластины, которые действуют как разомкнутый конденсатор, а воздух между ними действует как изолятор. Когда что-то проходит между внешней и внутренней пластинами, это увеличивает емкость.

Терминология и определения

Ниже приводится краткое изложение соответствующей терминологии и определений, связанных с емкостными датчиками приближения.

• Нормально разомкнутый (NO) – датчик, состояние выхода которого – разомкнутая цепь, когда цель отсутствует в диапазоне срабатывания, и датчик, замкнутый, когда цель обнаружена.

• Нормально замкнутый (NC) – датчик, выход которого замкнут, позволяя течь току, когда в диапазоне срабатывания нет цели, который переключается в открытое состояние при обнаружении цели.

• Выход

  NPN – также называемый выходом со стоком или с понижением тока, это тот, при котором обнаружение цели запускает переключение общего или отрицательного напряжения на нагрузку, так что ток течет от нагрузки через выход на землю, когда релейный выход включен.

• Выход

  PNP – также известный как источник тока или выход источника, это тот, в котором обнаружение цели приводит к протеканию тока через выход устройства через нагрузку на землю, когда выход переключателя включен.

• Расстояние срабатывания (рабочее расстояние) Sn – определяется как максимальное расстояние от датчика до квадратного куска железа толщиной 1 мм, стороны которого параллельны лицевой стороне датчика, при котором датчик запускает обнаружение.

• Повторяемость – представляет собой изменчивость наблюдаемых измерений расстояния срабатывания или рабочего расстояния, выполненных в течение 8-часового периода при рабочей температуре от 15 ° C до 30 ° C и с отклонением напряжения питания ≤ 5%.

• Гистерезис – мера расстояния между точкой, в которой датчик запускает обнаружение цели при ее приближении, и точкой, в которой датчик отключается при отступлении цели.

Сводка

В этой статье представлена ​​информация о емкостных датчиках приближения, включая их сущность, принцип действия, особенности и основные характеристики. Для получения информации по другим темам обратитесь к нашим дополнительным руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, где вы можете найти потенциальные источники поставок для более чем 70 000 различных категорий продуктов и услуг.

Источники:

1. http://www.fargocontrols.com/sensors/capacitive_op.html#:~:text=Capacitive%20Operating%20Principles&text=Capacitive%20proximity%20sensors%20are%20used,and%20the%20object%20being%20detected.
2. https://www.pc-control.co.uk/Capacitive.htm
3. https://www.motioncontroltips.com/what-are-capacitive-proximity-sensors/
4. https://automation-insights.blog/2017/06/07/what-is-a-capacitive-sensor/#:~:text=Capacitive%20proximity%20sensors%20are%20non,active%20face%20of%20the % 20sensor.
5. http://www.dsmt.com/resources/ip-rating-chart/
6. https://www.alliedelec.com/proximity-sensors/capacitive-proximity-sensors/
7. https://www.automationdirect.com/adc/overview/catalog/sensors_-z-_encoders/capacitive_proximity_sensors/12mm_round_industrial_automation
8. https://www.machinedesign.com/automation-iiot/sensors/article/21831577/proximity-sensors-compared-inductive-capacitive-photoelectric-and-ultrasonic
9. https: // пассивные компоненты.eu / диэлектрическая постоянная и ее влияние на свойства конденсатора /

Датчики прочие изделия

Больше от Instruments & Controls

Емкостные датчики с программируемым выходом

ОПИСАНИЕ Емкостные датчики используются для обнаружения металлических и неметаллических объектов (жидкости, пластмассы, деревянные материалы и т. Д.). Эти емкостные датчики имеют нормально разомкнутый или нормально замкнутый переключатель выхода и работают в широком диапазоне напряжений, 20–250 В переменного / постоянного тока или 20–250 В переменного тока.Это значительно снижает потребность в хранении нескольких датчиков на складе. Эти модели также не чувствительны к полярности, поэтому нет сложной проводки или необходимости обратной проводки для изменения выхода. Их корпус состоит из металлического или пластикового корпуса с цилиндрической резьбой диаметром 30 мм. Они пыле- и водонепроницаемы, а также устойчивы к ударам и вибрации. Все модели оснащены светодиодной индикацией состояния выхода и защитой от короткого замыкания до 50 В постоянного тока. Винт на датчике позволяет регулировать рабочее расстояние.Это регулирование чувствительности полезно в приложениях, таких как обнаружение полных контейнеров и не обнаружение пустых контейнеров. Доступен водонепроницаемый защитный кожух. Этот корпус изготовлен из нетоксичного материала (ПОМ) и имеет стандартный резьбовой фитинг для ГАЗА 1 1/2 дюйма для установки в контейнер. Этот корпус позволяет быстро снимать датчик для тестирования без потери материала и защищает датчик от истирания.Использование корпуса может помочь устранить изменение чувствительности датчика из-за отложений материала.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ Емкостные датчики приближения используют изменение паразитной емкости, которая возникает между датчиком и обнаруживаемым объектом. Когда объект находится на заданном расстоянии от чувствительной стороны датчика, электронная схема внутри датчика начинает колебаться. Повышение или понижение таких колебаний определяется пороговой схемой, которая управляет усилителем для работы от внешней нагрузки. Рабочее расстояние датчика зависит от формы и размера привода и строго связано с природой материала (Таблица 1.). Стол 1. Больше новостей Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт