Mint tudod, bármilyen fémfelület, pl. fém tárgy, tányér ill ajtókilincs. Az érzékelőknek nincs mechanikus eleme, ami viszont jelentős megbízhatóságot biztosít számukra.

Az ilyen eszközök felhasználási köre meglehetősen széles, beleértve a csengő bekapcsolását, a fénykapcsolót, a vezérlést elektronikus eszközök, riasztóérzékelők csoportja stb. Szükség esetén érintésérzékelő használata lehetővé teszi a kapcsoló rejtett elhelyezését.

Az érintésérzékelő működésének leírása

Az alábbi szenzordiagram működése a meglévő érzékelők otthoni felhasználásán alapul. elektromágneses mező, amelyet a falakba helyezett elektromos vezetékek hoznak létre.

Az érzékelő érzékelőjének kézzel történő megérintése egyenértékű az antenna csatlakoztatásával az erősítő érzékeny bemenetére. Ennek eredményeként az indukált hálózati elektromosság belép a térhatású tranzisztor kapujába, amely az elektronikus kapcsoló szerepét tölti be.

A érintésérzékelőérintés meglehetősen egyszerű a KP501A (B, C) térhatású tranzisztor használatának köszönhetően. Ez a tranzisztor akár 180 mA áramátvitelt biztosít, maximum 240 V forrás-levezető feszültség mellett az A betű esetén, és 200 V a B és C betűk esetében. A statikus elektromosság elleni védelem érdekében a bemenetén egy dióda található.

A térhatású tranzisztor nagy bemeneti ellenállással rendelkezik, ennek szabályozásához elegendő a küszöbértéknél nagyobb statikus feszültség. Az ilyen típusú térhatású tranzisztoroknál a névleges küszöbfeszültség 1...3 V, a megengedett legnagyobb feszültség 20 V.

Ha kézzel megérinti az E1 érzékelőt, a kapun lévő indukált potenciál mértéke elegendő a tranzisztor kinyitásához. Ebben az esetben a VT1 leeresztőn 35 ms-ig tartó, frekvenciájú elektromos impulzusok lesznek. elektromos hálózat 50 Hz. A legtöbb elektromágneses relé kapcsolásához mindössze 3...25 ms szükséges. Annak megakadályozására, hogy a relé érintkezői az érintkezés pillanatában pattanjanak, az áramkörben C2 kondenzátor található. A kondenzátoron felgyülemlett töltés miatt a relé még a hálózati feszültség azon félciklusa alatt is bekapcsol, amikor a VT1 zárva van. Amíg érintik az érzékelő érzékelőjét, a relé bekapcsolva lesz.

A C1 kondenzátor megnöveli az érzékelő védettségét a nagyfrekvenciás rádióinterferenciákkal szemben. Az érzékelő érintésének érzékenységét a C1 kapacitás és az R1 ellenállás megváltoztatásával módosíthatja. A K1.1 érintkezőcsoport külső elektronikus eszközöket vezérel.

Ha ehhez az áramkörhöz egy triggert és egy hálózati terheléskapcsoló csomópontot ad hozzá, akkor kaphat.

Itt megvizsgáljuk a hang- és érintésérzékelőket, amelyeket leggyakrabban riasztórendszerek részeként használnak.

Érintésérzékelő modul KY-036

A modul lényegében egy érintőgomb. Ahogy a szerző megérti, az eszköz működési elve azon a tényen alapul, hogy az érzékelő érintkezőjének megérintésével egy személy a háztartási hálózat frekvenciáján interferenciát vevő antennává válik. váltakozó áram. Ezeket a jeleket a rendszer az LM393YD komparátorba küldi

A modul méretei 42 x 15 x 13 mm, súlya 2,8 g, a modullapon 3 mm átmérőjű rögzítőnyílás található. A tápfeszültséget az L1 LED jelzi.

Amikor az érzékelő aktiválódik, az L2 LED világít (villog). Az áramfelvétel készenléti üzemmódban 3,9 mA, indításkor 4,9 mA.

Nem teljesen világos, hogy az érzékelőnek milyen érzékenységi küszöbét kell szabályozni egy változó ellenállással. Ezek az LM393YD komparátorral ellátott modulok szabványosak, és különféle érzékelőket forrasztanak hozzájuk, így modulokat kapnak különféle célokra. Tápcsatlakozók „G” – közös vezeték, „+” – +5V tápegység. Alacsony logikai szint van a „D0” digitális bemeneten, amikor az érzékelő aktiválódik, 50 Hz-es impulzusok jelennek meg a kimeneten. Az „A0” lábon a „D0”-hoz képest invertált jel van. Általánosságban elmondható, hogy a modul diszkréten, gombként működik, ami a LED_with_button programmal ellenőrizhető.

Az érintésérzékelővel bármely gomb vezérlőgombként használható. fém felület, a mozgó alkatrészek hiánya pozitív hatással van a tartósságra és a megbízhatóságra.

Hangérzékelő modul KY-037

A modult olyan hangoknak kell kiváltani, amelyek hangereje meghaladja a meghatározott határértéket. A modul érzékeny eleme egy mikrofon, amely az LM393YD chipen található komparátorral együtt működik.

A modul méretei 42 x 15 x 13 mm, súlya 3,4 g, az előző esethez hasonlóan a modullapon 3 mm átmérőjű rögzítőnyílás található. A tápfeszültséget az L1 LED jelzi. Tápcsatlakozók „G” – közös vezeték, „+” – +5V tápegység.

Az áramfelvétel készenléti üzemmódban 4,1 mA, kioldáskor 5 mA.

Az „A0” érintkezőnél a feszültség a mikrofon által vett jelek hangerejének megfelelően változik a hangerő növekedésével, a leolvasások csökkenésével, ez az AnalogInput2 programmal ellenőrizhető.

Alacsony logikai szint van a „D0” digitális bemeneten, ha a megadott küszöböt túllépik, az alacsony szint magasra vált. A válaszküszöb változó ellenállással állítható. Ebben az esetben az L2 LED világít. Egy éles hangos hang Visszakapcsoláskor 1-2 s késés van.

Összességében hasznos érzékelő a rendszer szervezéséhez okos otthon vagy riasztók.

Hangérzékelő modul KY-038

Első pillantásra a modul hasonlónak tűnik az előzőhöz. A modul érzékeny eleme a mikrofon, meg kell jegyezni, hogy erről a modulról nem sok információ található a hálózaton.

A modul méretei 40 x 15 x 13 mm, súlya 2,8 g, az előző esethez hasonlóan a modullapon 3 mm átmérőjű rögzítőnyílás található. A tápfeszültséget az L1 LED jelzi. Tápcsatlakozók „G” – közös vezeték, „+” – +5V tápegység.

Amikor a reed kapcsolót aktiválják, az L2 LED világít. Az áramfelvétel készenléti üzemmódban 4,2 mA, kioldáskor pedig akár 6 mA.

Az „A0” érintkezőnél, amikor a hangerő növekszik, a leolvasások növekednek (az AnalogInput2 programot használtuk).

Alacsony logikai szint van a „D0” érintkezőnél, amikor az érzékelő aktiválódik, magasra vált. A válaszküszöb beállítása trimmelő ellenállással történik (a LED_with_button programmal).

Ez az érzékelő gyakorlatilag nem különbözik az előzőtől, de cserélhetőségük nem mindig lehetséges, mert Amikor a hangerő változik, a szintváltozás természete az analóg kimenet feszültségének eltérését okozza.

következtetéseket

Ezzel véget ért az Arduino hardverplatformhoz készült különféle érzékelők nagy készletének áttekintése. Általában ezt a készletet vegyes benyomást tett a szerzőre. A készlet meglehetősen összetett szenzorokat és teljesen tartalmaz egyszerű kialakítások. És ha a táblán áramkorlátozó ellenállások, LED-jelzők stb. a szerző kész elismerni az ilyen modulok hasznosságát, akkor a modulok egy kis része egyetlen rádióelem a táblán. Hogy miért van szükség ilyen modulokra, az továbbra is homályos (úgy tűnik, a szabványos táblákra történő felszerelés az egységesítés célját szolgálja). Összességében a készlet jó módja annak, hogy megismerkedjen az Arduino projektekben használt legtöbb érzékelővel.

Hasznos Linkek

1. http://arduino-kit.ru/catalog/id/modul-datchika-kasaniya
2. http://www.zi-zi.ru/module/module-ky036
3. http://robocraft.ru/blog/arduino/57.html
4. http://arduino-kit.ru/catalog/id/modul-datchika-zvuka
5. http://www.zi-zi.ru/module/module-ky037
6. http://arduino-kit.ru/catalog/id/modul-datchika-zvuka_
7. http://smart-boards.ml/module-audiovideo-4.php

A kapacitív érzékelő az egyik típus érintésmentes érzékelők, melynek működési elve a kondenzátor két lemeze közötti közeg dielektromos állandójának változásán alapul. Az egyik lemez egy érintésérzékelő áramkör fémlemez vagy huzal formájában, a második pedig egy elektromosan vezető anyag, például fém, víz vagy emberi test.

Rendszer kidolgozásakor automatikus bekapcsolás vízellátás a WC-hez egy bidé számára, szükségessé vált egy kapacitív jelenlét-érzékelő használata és kapcsolója magas megbízhatóság, ellenáll a külső hőmérséklet, páratartalom, por és tápfeszültség változásainak. Azt is meg akartam szüntetni, hogy valakinek meg kell érintenie a rendszer kezelőszerveit. A bemutatott követelményeknek csak a kapacitásváltás elvén működő érintésérzékelő áramkörök tudtak megfelelni. Kész séma kielégítő szükséges követelményeket Nem találtam, magamnak kellett kifejlesztenem.

Az eredmény egy univerzális kapacitív érintésérzékelő, amely nem igényel konfigurálást, és legfeljebb 5 cm távolságból reagál az elektromosan vezető tárgyakhoz, beleértve az embert is. A javasolt érintésérzékelő alkalmazási köre nem korlátozott. Használható például világítás, rendszerek bekapcsolására riasztó, a vízszint meghatározása és sok más esetben.

Elektromos kapcsolási rajzok

A WC-bidé vízellátásának szabályozásához két kapacitív érintésérzékelőre volt szükség. Az egyik érzékelőt közvetlenül a WC-re kellett felszerelni, annak egy személy jelenlétében logikai nulla jelet kellett produkálnia, logikai egy jel hiányában. A második kapacitív érzékelőnek vízkapcsolóként kellett volna működnie, és két logikai állapot egyikében kell lennie.

Amikor a kezet az érzékelőhöz vitték, az érzékelőnek meg kellett változtatnia a logikai állapotot a kimeneten - a kezdeti egy állapotból a logikai nulla állapotba, amikor a kezet ismét megérintette, a nulla állapotból a logikai egy állapotba. És így tovább a végtelenségig, amíg az érintőkapcsoló logikai nulla engedélyezési jelet kap a jelenlétérzékelőtől.

Kapacitív érintésérzékelő áramkör

A kapacitív szenzor jelenlétérzékelő áramkörének alapja egy mester négyszögletes impulzusgenerátor, amely a klasszikus séma szerint készült két logikai elemek D1.1 és D1.2 chipek. A generátor frekvenciáját az R1 és C1 elemek névleges értéke határozza meg, és 50 kHz körül van kiválasztva. A frekvenciaérték gyakorlatilag nincs hatással a kapacitív érzékelő működésére. A frekvenciát 20-ról 200 kHz-re változtattam, és vizuálisan nem vettem észre semmilyen hatást a készülék működésére.

A D1.2 chip 4. érintkezőjéből téglalap alakú Az R2 ellenálláson keresztül a D1.3 mikroáramkör 8., 9. bemenetére megy változtatható ellenállás R3 a 12,13 bemenetekre D1.4. A jel a D1.3 chip bemenetére az impulzusfront enyhe lejtésének változásával érkezik a beépített szenzor miatt, ami egy drótdarab vagy fémlemez. A D1.4 bemeneten a C2 kondenzátor miatt az előlap változik a feltöltéséhez szükséges időre. Az R3 vágóellenállás jelenlétének köszönhetően a D1.4 bemenet impulzuséle egyenlőre állítható a D1.3 bemenet impulzusélével.

Ha a kezét vagy egy fémtárgyat közelebb viszi az antennához (érintésérzékelő), a DD1.3 mikroáramkör bemeneténél a kapacitás megnő, és a bejövő impulzus eleje időben késik az impulzus elejéhez képest. megérkezik a DD1.4 bemenetre. A késleltetés „elkapása” érdekében az invertált impulzusokat a DD2.1 chipbe tápláljuk, amely egy D flip-flop, amely a következőképpen működik. A C mikroáramkör bemenetére érkező impulzus pozitív éle mentén az abban a pillanatban a D bemeneten lévő jel a trigger kimenetére kerül. Következésképpen, ha a D bemenet jele nem változik, akkor a bejövő impulzusok a trigger kimenetére kerülnek a C számláló bemenet nem befolyásolja a kimeneti jel szintjét. A D trigger ezen tulajdonsága lehetővé tette egy egyszerű kapacitív érintésérzékelő elkészítését.

Amikor az antenna kapacitása az emberi test közeledése miatt a DD1.3 bemenetén megnövekszik, az impulzus késik, és ez rögzíti a D triggert, megváltoztatva a kimeneti állapotát. A HL1 LED a tápfeszültség jelenlétét, a HL2 LED pedig az érintésérzékelő közelségét jelzi.

Érintőkapcsoló áramkör

A kapacitív érintésérzékelő áramkör az érintéskapcsoló működtetésére is használható, de kis módosítással, hiszen nem csak az emberi test közeledésére kell reagálnia, hanem a kéz eltávolítása után is stabil állapotban kell maradnia. A probléma megoldásához egy másik D triggert, a DD2.2-t kellett hozzáadnunk az érintésérzékelő kimenetéhez, amelyet egy osztóval két áramkörrel csatlakoztattunk.

A kapacitív érzékelő áramköre némileg módosult. A téves riasztások kizárása érdekében, mivel egy személy az interferencia jelenléte miatt lassan hozza és távolítsa el a kezét, az érzékelő több impulzust is kiadhat a trigger D számláló bemenetére, megsértve a kapcsoló szükséges működési algoritmusát. Ezért egy R4 és C5 elemekből álló RC láncot adtunk hozzá, amely egy rövid időre blokkolta a D trigger kapcsolásának lehetőségét.

A DD2.2 trigger ugyanúgy működik, mint a DD2.1, de a jel a D bemenetre nem más elemekről érkezik, hanem a DD2.2 inverz kimenetéről. Ennek eredményeként a C bemenetre érkező impulzus pozitív éle mentén a D bemeneten lévő jel az ellenkezőjére változik. Például, ha a kezdeti állapotban logikai nulla volt a 13-as érintkezőn, akkor ha egyszer felemeli a kezét az érzékelőre, a trigger átkapcsol, és a 13-as érintkezőn logikai nulla áll be. Amikor legközelebb kapcsolatba lép az érzékelővel, a 13. érintkező ismét logikai nullára lesz állítva.

A kapcsoló blokkolásához, ha valaki nem tartózkodik a WC-n, egy logikai egységet táplálunk az érzékelőtől az R bemenetre (nullára állítva a trigger kimenetén, függetlenül az összes többi bemenetén lévő jelektől). A kapacitív kapcsoló kimenetén logikai nulla van beállítva, amely a kábelkötegen keresztül jut el a bekapcsolókulcs tranzisztorának aljához. szolenoid szelep a táp- és kapcsolóegységben.

Az R6 ellenállás a kapacitív érzékelő blokkoló jelének hiányában annak meghibásodása vagy a vezérlővezeték megszakadása esetén blokkolja a triggert az R bemeneten, ezáltal kiküszöböli a spontán vízellátás lehetőségét a bidében. A C6 kondenzátor védi az R bemenetet az interferencia ellen. A HL3 LED a bidé vízellátását jelzi.

A kapacitív érintésérzékelők kialakítása és részletei

Amikor elkezdtem fejleszteni egy érzékelőrendszert egy bidé vízellátására, a legnehezebb feladatnak egy kapacitív foglaltság-érzékelő kifejlesztése tűnt. Ennek oka számos telepítési és üzemeltetési korlátozás volt. Nem akartam, hogy az érzékelő mechanikusan csatlakozzon a WC-fedélhez, mivel rendszeresen el kell távolítani a mosáshoz, és nem zavarja magát a WC fertőtlenítését. Ezért választottam egy tartályt reagáló elemnek.

Jelenlét érzékelő

A fent közölt diagram alapján elkészítettem egy prototípust. A kapacitív érzékelő alkatrészeit nyomtatott áramköri lapra szerelik fel, és egy műanyag dobozba helyezik, és fedéllel zárják le. Az antenna csatlakoztatásához egy egytűs csatlakozó van beépítve a házba egy négypólusú RSh2N csatlakozó a tápfeszültség és a jel ellátására. A nyomtatott áramköri lap a csatlakozókhoz fluoroplast szigetelésű rézvezetőkkel forrasztva csatlakozik.

A kapacitív érintésérzékelő két KR561 sorozatú mikroáramkörre, az LE5-re és a TM2-re van szerelve. A KR561LE5 mikroáramkör helyett használhatja a KR561LA7-et. A 176-os sorozatú mikroáramkörök és az importált analógok is megfelelőek. Az ellenállások, kondenzátorok és LED-ek bármilyen típushoz illeszkednek. C2 kondenzátor a kapacitív érzékelő stabil működéséhez nagy hőmérséklet-ingadozások mellett környezet kis TKE-vel kell szedni.

Az érzékelő a WC-platform alá van szerelve, amelyre fel van szerelve víztároló olyan helyen, ahová a tartályból való szivárgás esetén víz nem juthat be. Az érzékelő testét kétoldalas ragasztószalaggal ragasztják a WC-hez.

A kapacitív érzékelő antennaérzékelője egy rézdarab sodrott huzal 35 cm hosszan fluoroplaszttal szigetelve, átlátszó szalaggal ragasztva a WC csésze külső falára centiméterrel a poharak síkja alatt. Az érzékelő jól látható a képen.

Az érintésérzékelő érzékenységének beállításához, miután felszerelte a WC-re, módosítsa az R3 vágóellenállás ellenállását úgy, hogy a HL2 LED kialudjon. Ezután tegye a kezét a WC fedelére az érzékelő helye felett, a HL2 LED-nek világítania kell, ha leveszi a kezét, ki kell aludnia. Mivel az emberi comb tömeg szerint több kezet, akkor működés közben az érintésérzékelő ilyen beállítás után garantáltan működik.

A kapacitív érintőkapcsoló kialakítása és részletei

A kapacitív érintéskapcsoló áramkör több alkatrészből áll, és ezek befogadásához ház szükséges nagyobb méretű, és esztétikai okokból a jelenlétérzékelőt elhelyezett tok megjelenése nem nagyon volt megfelelő látható helyre történő beépítésre. A telefon csatlakoztatására szolgáló rj-11 fali aljzat felkeltette a figyelmet. Megfelelő méretű volt és jól nézett ki. Miután minden feleslegeset kivettem a konnektorból, egy nyomtatott áramköri lapot tettem bele egy kapacitív érintőkapcsolóhoz.

Biztosítani nyomtatott áramkör a tok aljára egy rövid állványt szereltek fel, és csavarral rácsavaroztak egy nyomtatott áramköri lapot érintőkapcsoló részekkel.

A kapacitív érzékelő úgy készült, hogy a foglalat fedelének aljára egy sárgaréz lapot ragasztottak Moment ragasztóval, előzőleg ablakot vágva a bennük lévő LED-eknek. A fedél zárásakor a rugó (egy tűzköves öngyújtóból vett) érintkezik a sárgaréz lemezzel, és így biztosítja az elektromos érintkezést az áramkör és az érzékelő között.

A kapacitív érintőkapcsolót egy önmetsző csavarral a falra kell felszerelni. Ebből a célból egy lyuk van a házban. Ezután fel kell szerelni a táblát és a csatlakozót, és a fedelet reteszekkel rögzíteni.

A kapacitív kapcsoló beállítása gyakorlatilag nem különbözik a fent leírt jelenlétérzékelő beállításától. A beállításhoz rá kell adni a tápfeszültséget és be kell állítani az ellenállást úgy, hogy a HL2 LED világít, ha a kezet az érzékelőhöz viszi, és kialszik, ha eltávolítják. Ezután aktiválnia kell az érintésérzékelőt, és a kezét a kapcsolóérzékelőhöz kell mozgatnia, majd el kell távolítania. A HL2 LED-nek villognia kell, és a piros HL3 LED-nek világítania kell. A kéz eltávolítása után a piros LED-nek égve kell maradnia. Amikor ismét felemeli a kezét, vagy elmozdítja a testét az érzékelőtől, a HL3 LED-nek ki kell aludnia, vagyis el kell zárnia a vízellátást a bidében.

Univerzális PCB

A fent bemutatott kapacitív érzékelők nyomtatott áramköri lapokra vannak szerelve, kissé eltérve az alábbi képen látható nyomtatott áramköri laptól. Ez annak köszönhető, hogy mindkét nyomtatott áramköri lapot egyetlen univerzálisan kombinálják. Érintőkapcsoló összeszerelésekor csak a 2. számú sávot kell levágnia. Ha érintésjelenlét-érzékelőt szerel össze, akkor az 1. számú sáv eltávolításra kerül, és nincs minden elem telepítve.

Az érintőkapcsoló működéséhez szükséges, de a jelenlétérzékelő működését zavaró R4, C5, R6, C6, HL2 és R4 elemek nincsenek felszerelve. Az R4 és C6 helyett huzalátkötőket forrasztanak. Az R4, C5 lánc elhagyható. Ez nem befolyásolja a munkát.

Az alábbiakban egy nyomtatott áramköri kártya rajza látható, amely a fóliára történő vágások termikus módszerével történik.

Elég, ha a rajzot fényes papírra vagy pauszpapírra nyomtatja, és a sablon készen áll a nyomtatott áramköri lap készítésére.

Problémamentes működés kapacitív érzékelők a bidé vízellátásának érintéses vezérlőrendszere a gyakorlatban három év folyamatos működés során igazolódott. Meghibásodást nem rögzítettek.

Azonban szeretném megjegyezni, hogy az áramkör érzékeny az erős impulzuszajra. Kaptam egy e-mailt, amelyben segítséget kértem a beállításához. Kiderült, hogy az áramkör hibakeresése közben volt a közelben egy forrasztópáka tirisztoros hőmérséklet-szabályozóval. A forrasztópáka kikapcsolása után az áramkör működni kezdett.

Volt még egy ilyen eset. A kapacitív érzékelőt egy lámpába szerelték be, amely ugyanahhoz a konnektorhoz volt csatlakoztatva, mint a hűtőszekrény. Amikor bekapcsolták, a lámpa felkapcsolt, és amikor újra kialudt. A problémát úgy oldották meg, hogy a lámpát egy másik konnektorhoz csatlakoztatták.

Levelet kaptam a leírt kapacitív érzékelő áramkör sikeres alkalmazásáról a vízszint beállítására tároló tartály műanyagból készült. Az alsó és felső részen egy szilikonnal ragasztott szenzor kapott helyet, amely az elektromos szivattyú be- és kikapcsolását szabályozta.

ERŐ-, MECHANIKAI FESZÜLTSÉG- ÉS ÉRINTÉSÉRZÉKELŐK

Az SI rendszerben fő- A mértékegységek a tömeg, a hosszúság és az idő, míg az erő és a gyorsulás származékai egységek. A brit és Amerikai rendszerek mértékegységek Az alapvető mértékegységek az erő, a hossz és az idő. Az erő mértékegysége az egyik alapvető fizikai mennyiségek. Erőket mérnek a gépészeti kutatások során, mélyépítésben, tárgyak mérlegelésénél, protézisek gyártásánál stb. A nyomás meghatározásához erőmérésre is szükség van. Úgy gondolják, hogy szilárd tárgyakkal végzett munka során erőt mérnek, folyadékokkal és gázokkal végzett munka során pedig nyomást határoznak meg. Ez azt jelenti, hogy az erőt akkor veszik figyelembe, amikor a hatást egy adott pontra fejtik ki, a nyomást pedig akkor határozzák meg, amikor az erő viszonylag nagy területen oszlik el.

Az erőérzékelők két osztályba sorolhatók: mennyiségi és minőségi. A kvantitatív érzékelők az erőt mérik, és annak értékét elektromos egységekben jelenítik meg. Ilyen érzékelők például a mérőcellák és a nyúlásmérők. A kiváló minőségű érzékelők olyan küszöbértékek, amelyek funkciója nem számszerűsítése erőértékeket, hanem az alkalmazott erő adott szintjét meghaladó mértéket. Ilyen eszközök például a számítógép billentyűzete, amelynek minden gombja csak bizonyos erővel megnyomva zárja be a megfelelő érintkezőt. A tárgyak mozgásának és helyzetének érzékelésére gyakran kiváló minőségű érzékelőket használnak. A nyomásra reagáló ajtószőnyeg és a piezoelektromos kábel szintén jó példa a minőségi nyomásérzékelőkre.

Az erőmérési módszerek a következő csoportokra oszthatók:

1. Ismeretlen erő egyensúlyozása ismert tömegű test gravitációs erejével

2. Ismeretlen tömegű test gyorsulásának mérése, amelyre ismeretlen erő hat

3. Ismeretlen erő egyensúlyozása elektromágneses erővel

4. Erő átalakítása folyadéknyomássá és ennek a nyomásnak a mérése

5. A rendszer egy rugalmas elemének ismeretlen erő hatására bekövetkező deformációjának mérése

A modern érzékelőkben leggyakrabban az 5. módszert alkalmazzák, a 3. és 4. módszert pedig viszonylag ritkán.

A legtöbb érzékelő nem közvetlenül alakítja át az erőt elektromos jellé. Ez általában több köztes lépést igényel. Ezért általában az erőérzékelők kompozit eszközök. Például az erőérzékelő gyakran egy erő-elmozdulás jelátalakító és egy pozíció (elmozdulás) érzékelő kombinációja. Ez lehet egy egyszerű tekercsrugó, az alkalmazott nyomóerő által okozott hosszcsökkenés arányos a rugalmassági együtthatójával.

Terhelési cella rugalmas rezisztív érzékelőelem, melynek ellenállása arányos az alkalmazott mechanikai igénybevétellel (deformáció mértékével). Minden nyúlásmérő a korábban említett piezorezisztív hatáson alapul. A huzal nyúlásmérője egy rugalmas hordozóhoz rögzített ellenállás, amely viszont ahhoz a tárgyhoz van rögzítve, ahol az erőt vagy a feszültséget mérik. Ebben az esetben megbízható mechanikai kapcsolatot kell biztosítani a tárgy és az alakváltozásra érzékeny elem között, míg az ellenállás vezetékét elektromosan el kell választani a tárgytól. A hordozó és a huzal hőtágulási együtthatóját meg kell egyezni. A jó érzékenység eléréséhez az érzékelőnek hosszú hosszirányú és rövid keresztmetszetekkel kell rendelkeznie (2. ábra). Ez azért történik, hogy a keresztirányú érzékenység ne haladja meg a hosszirányú érzékenység 2%-át. A különböző irányú feszültségek méréséhez az érzékelők konfigurációja megváltozik. Meg kell jegyezni, hogy a félvezető alakváltozásra érzékeny elemek meglehetősen erősen érzékenyek a hőmérséklet-változásokra, ezért hőmérséklet-kompenzáló áramköröket kell biztosítani az interfész áramkörökben vagy magukban az érzékelőkben.

Tapintható érzékelők- ez egy speciális erő- vagy nyomásátalakító osztály, amelyet kis vastagság jellemez. Ezek az érzékelők olyan alkalmazásokban hasznosak, ahol az erőt vagy a nyomást két egymáshoz közel elhelyezkedő felület között mérik. Az ilyen érzékelőket gyakran használják a robotikában, például a mechanikus működtetők „ujjaira” vannak felszerelve, hogy visszajelzést adjanak egy tárggyal való érintkezéskor - ez emlékeztet arra, hogyan működnek az emberi bőrön lévő tapintható érzékelők. Az érintésérzékelőket érintőképernyőkben, billentyűzetekben és más olyan eszközökben használják, amelyeknek reagálniuk kell a fizikai érintésre. A tapintásérzékelőket széles körben használják a biomedicinában, a fogharapás meghatározására és a koronák helyes elhelyezésére a fogorvosi gyakorlatban, valamint a járás során az ember lábára nehezedő nyomás tanulmányozására. Előfordul, hogy a protézisek során mesterséges ízületekbe helyezik őket, hogy javítsák a helyzetet stb. Az építőiparban és mechanikus gyártás tapintási érzékelőket használnak a rögzített eszközökre ható erők érzékelésére.

A tapintásérzékelő elemek előállítására többféle módszert alkalmaznak. Némelyikben speciális vékony, mechanikai igénybevételre érzékeny anyagréteg alakul ki a tárgy felületén. ábrán. A 3. ábra egy egyszerű tapintható érzékelőt mutat be, amely be- és kikapcsolási funkciókat biztosít, és két fólialapból és egy távtartóból áll. A tömítés belsejében kerek (vagy bármilyen más szükséges alakú) lyukakat készítenek. Az egyik fólialap földelve van, a második pedig terhelő ellenálláshoz van csatlakoztatva. Ha több érzékeny zóna vezérlésére van szükség, akkor multiplexert használnak. Ha külső erőt fejtenek ki a felső vezetőre a betéten lévő lyukon keresztül, az meghajlik és érintkezik az alsó vezetővel, ezáltal elektromos érintkezésbe kerül vele, földelve a terhelő ellenállást. Ebben az esetben a kimeneti jel nullává válik, ami jelzi az alkalmazott erőt. A felső és alsó vezetők szitanyomhatók vezető tintával egy hordozóra. Az ilyen érzékelők érzékeny területeit tintával ellátott vezetékek sorai és oszlopai határozzák meg. Az érzékeny felület egy bizonyos részének megérintése a megfelelő sor és oszlop bezárásához vezet, ami megmutatja az alkalmazott erő lokalizációját. A jó tapintási érzékelőket piezoelektromos fóliákból nyerik, amelyeket passzív és aktív üzemmódban is használnak. Számos tapintható érzékelő érintéskapcsolóként működik. A hagyományos kapcsolókkal ellentétben, amelyek érintkezőinek megbízhatósága nagymértékben csökken, ha nedvességnek és pornak vannak kitéve, a piezoelektromos kapcsolók monolitikus kialakításuk miatt kedvezőtlen körülmények környezet.

A tapintható érzékelők másik típusa az piezorezisztívérzékeny elem. Olyan anyagokból készül, amelyek elektromos ellenállása az alkalmazott mechanikai igénybevételtől vagy nyomástól függ. Ilyen anyagok közé tartoznak a vezetőképes elasztomerek vagy nyomásérzékeny paszták. A vezetőképes elasztomerek szilikongumiból, poliuretánból és más olyan anyagokból készülnek, amelyek vezető részecskéket vagy szálakat tartalmaznak. Például vezető gumit úgy állítanak elő, hogy szénport vezetnek a közönséges gumiba. Az elasztomer érzékelők működési elve vagy az érintkezési felület változásán alapul, amikor az elasztomert összenyomják két vezetőképes lemez között, vagy az elasztomer réteg vastagságának változásán. Mérettől függően külső erő az érzékelőre ható, a szorítóeszköz és az elasztomer közötti érintkezési zóna területe megváltozik, aminek következtében a elektromos ellenállás.

A vékonyabb piezorezisztív tapintásérzékelők félvezető polimerekből készülnek, amelyek ellenállása a nyomástól is függ. Az ilyen érzékelők kialakítása egy membránkapcsolóhoz hasonlít. A nyúlásmérőkhöz képest a piezorezisztív érzékelőelemek dinamikus tartománya szélesebb.

Piezoelektromos erőérzékelők

A tárgyalt piezoelektromos tapintásérzékelők nem pontos erőmérésre szolgálnak. Ugyanazon piezoelektromos hatás alapján azonban precíziós, aktív és passzív erőérzékelők is megvalósíthatók. Az ilyen érzékelők tervezésekor mindig emlékezni kell arra, hogy a piezoelektromos eszközök nem tudnak mérni álló folyamatok. Ez azt jelenti, hogy a piezoelektromos erőérzékelők az erő változásait váltakozó elektromos jellé alakítják át, de semmilyen módon nem reagálnak a külső erő állandó értékére. Mivel az alkalmazott erők megváltoztathatják az anyagok bizonyos tulajdonságait, az aktív érzékelők tervezésénél figyelembe kell venni a gerjesztő jelek teljes hatását. ábrán. A 4. ábra egy aktív erőérzékelő egy változatát mutatja. Az ilyen érzékelőkkel végzett kvantitatív mérések során emlékezni kell arra, hogy mérési tartománya az alkalmazott piezoelektromos kristály mechanikai rezonancia frekvenciájától függ. Az ilyen érzékelők működési elve azon a tényen alapul, hogy amikor az elektronikus generátorokban rezonátorként használt egyes vágások kvarckristályait mechanikusan terheljük, rezonanciafrekvenciájuk eltolódik.

Az ismétlésre javasolt áramkör egy erősítő, amely nagyon érzékeny a külső eszközök által keltett elektromágneses térre. Amikor az áramkör bemeneti érintkezője csatlakozik az antennához, a LED jelzi az elektromágneses térsugárzás jelenlétét és az elektromos berendezések interferenciáját. A LED az érintkező megérintésének tényét is jelzi, mivel az antenna szerepe benne van ebben az esetben az emberi test végzi. Innen a név - érintésérzékelő. Az áramkör másik neve aktív antenna.

Sematikus ábrája az érintésérzékelőt az 1. ábra mutatja.

Az áramkör egy bekapcsolt önoszcillátorhoz hasonlít npn tranzisztor szerkezetek. Az L1 tekercs egyik kivezetése közvetlenül az X1 bemeneti érintkezőhöz csatlakozik. A VD1 LED polaritása nem számít. Az R2 ellenállás korlátozza a LED-en áthaladó áramot, és ezáltal meghatározza annak fényességét, amikor az érzékelő kiold.

Az érintésérzékelő 40 × 40 mm méretű kenyérsütőtáblára van felszerelve. Kinézet kialakítása a 2. ábrán látható.

2. ábra.	Az érintésérzékelő megjelenése.

Az L1 és L2 tekercsek egy közös kereten találhatók, két tekercsszakasszal és egy hangoló ferritmaggal. Külső átmérő keret - 10 mm, mag hossza - 23 mm, menetátmérő a mag alján - 6 mm. A 2. ábrán látható kivitelben az L1 a felső részen, az L2 az alsó részen van feltekercselve. Minden tekercs 100 menet PEL 0,2 vezetéket tartalmaz. A tekercseket aszerint tartalmazza. Csavarhúzóval a magot a keretbe csavarják. LED VD1 - az AL307 sorozat bármelyike. X1-ként földelő szirmot használnak. Ha megérinti, a LED kigyullad.

A VD1 párhuzamosan csatlakoztatható mérőeszköz Például egy multiméter feszültségmérési módban, amely lehetővé teszi a térerősség szintjének értékelését. Ebben az esetben a külső antenna egy több centiméter hosszú rögzítőhuzal lehet. Az áramkör beállítása az antenna hosszának megválasztásán és a mag azon pozíciójának megtalálásán múlik, ahol a LED feszültsége maximális.

Az áramkör nem válogatós az elemalap kiválasztásában. Például az áramkör eredeti változatában KT815G tranzisztort használtak, az R1 ellenállás ellenállása 100 kOhm volt. Két tekercset használtak egy rádióvevő hosszúhullámú mágneses antennájának rúdferrit magján L1 és L2 néven. A tekercseket a mag mentén lehetett mozgatni. A tekercsek mozgatásakor olyan jelenségeket figyeltek meg, amelyek nem mondanak ellent a törvénynek elektromágneses indukció-ban javasolt rendszertől eltérően. Amikor a tekercseket jelentősen eltávolították egymástól és ferritmag nélkül, az áramkör leállt.

Az áramkör nem csak a térerősségmérők tervezésében találhat gyakorlati alkalmazást, hanem automatizálásban és jelzőberendezésekben is. Az érintésérzékelő a mikrokontrollerhez csatlakoztatható. Ehhez analóg-digitális feszültségátalakítást kell végrehajtani a VD1 LED-en, esetleg magának a mikrokontrollernek az erőforrásait felhasználva, ha az tartalmaz beépített ADC-t.

Összefoglalva, meg kell jegyezni, hogy sok érintésérzékelő áramkör létezik, amelyek térhatású tranzisztorokon alapulnak, és nem tartalmaznak induktív elemeket. Talán sok esetben hatékonyabb a munkájuk, de a cikkben bemutatott design egy eredeti műszaki megoldás példája, és a kezdő rádióamatőröknek szól.

Irodalom

1. Brovin V.I. Az induktivitások energiájának átadása a környező térben található anyag mágneses momentumain keresztül, és annak alkalmazása. - M.: MetaSintez, 2003 - 20 p.
2. Krylov K. S., Lee Jaeho, Kim Young Jin, Kim Seunghwan, Lee Sang-Ha. A 2395876 sz. találmány szerinti szabadalom. Aktív mágneses antenna ferrit maggal.