Ako viete, akýkoľvek kovový povrch, napr. kovový predmet, tanier resp kľučka dverí. Snímače nemajú žiadne mechanické prvky, čo im dáva značnú spoľahlivosť.

Rozsah použitia takýchto zariadení je pomerne široký, vrátane zapnutia zvončeka, spínača svetiel, ovládania elektronické zariadenia, skupina alarmových senzorov atď. V prípade potreby umožňuje použitie dotykového snímača skryté umiestnenie spínača.

Popis činnosti dotykového snímača

Činnosť nižšie uvedenej schémy senzorov je založená na použití existujúcich senzorov v domácnostiach. elektromagnetického poľa, ktorá je vytvorená elektrickými rozvodmi umiestnenými v stenách.

Dotknutie sa senzora rukou snímača je ekvivalentné pripojeniu antény k citlivému vstupu zosilňovača. Výsledkom je, že indukovaná sieťová elektrina vstupuje do brány tranzistora s efektom poľa, ktorý hrá úlohu elektronického spínača.

The dotykový senzor dotyk celkom jednoduché vďaka použitiu tranzistora s efektom poľa KP501A (B, C). Tento tranzistor zabezpečuje prenos prúdu až 180 mA pri maximálnom napätí zdroj-odvod do 240V pre písmeno A a 200V pre písmená B a C. Na ochranu pred statickou elektrinou je na jeho vstupe dióda.

Tranzistor s efektom poľa má vysoký vstupný odpor a na jeho ovládanie stačí statické napätie, ktoré je väčšie ako prahová hodnota. Pre tento typ tranzistora s efektom poľa je menovité prahové napätie 1...3 V a maximálne prípustné je 20 V.

Keď sa rukou dotknete snímača E1, stupeň indukovaného potenciálu na hradle je dostatočný na otvorenie tranzistora. V tomto prípade na odtoku VT1 budú elektrické impulzy trvajúce 35 ms s frekvenciou elektrickej siete 50 Hz. Väčšina elektromagnetických relé potrebuje na zopnutie iba 3...25 ms. Aby sa zabránilo odrazu kontaktov relé v okamihu kontaktu, je v obvode zahrnutý kondenzátor C2. V dôsledku nahromadeného náboja na kondenzátore bude relé zapnuté aj počas tohto polcyklu sieťového napätia, keď je VT1 zatvorený. Kým sa dotknete snímača, relé bude zapnuté.

Kondenzátor C1 zvyšuje odolnosť snímača voči vysokofrekvenčnému rádiovému rušeniu. Citlivosť dotyku snímača môžete zmeniť zmenou kapacity C1 a odporu R1. Skupina kontaktov K1.1 ovláda externé elektronické zariadenia.

Pridaním spúšťača a uzla na prepínanie záťaže siete do tohto okruhu môžete získať.

Tu budeme uvažovať o zvukových a dotykových senzoroch, ktoré sa najčastejšie používajú ako súčasť poplašných systémov.

Dotykový senzorový modul KY-036

Modul je v podstate dotykové tlačidlo. Ako autor chápe, princíp činnosti zariadenia je založený na skutočnosti, že dotykom kontaktu snímača sa človek stáva anténou na príjem rušenia na frekvencii domácej siete. striedavý prúd. Tieto signály sa posielajú do komparátora LM393YD

Rozmery modulu sú 42 x 15 x 13 mm, hmotnosť 2,8 g, doska modulu má montážny otvor s priemerom 3 mm. Napájanie je indikované LED L1.

Keď je senzor spustený, LED L2 svieti (bliká). Spotreba prúdu je 3,9 mA v pohotovostnom režime a 4,9 mA pri spustení.

Nie je úplne jasné, aký prah citlivosti snímača by mal byť regulovaný premenlivým odporom. Tieto moduly s komparátorom LM393YD sú štandardné a sú k nim prispájkované rôzne snímače, čím sa získajú moduly na rôzne účely. Napájacie svorky „G“ – spoločný vodič, „+“ – napájanie +5V. Na digitálnom vstupe „D0“ je nízka logická úroveň, keď sa snímač spustí, na výstupe sa objavia impulzy s frekvenciou 50 Hz. Na kolíku „A0“ je signál invertovaný vzhľadom na „D0“. Vo všeobecnosti modul funguje diskrétne, ako tlačidlo, čo je možné overiť pomocou programu LED_with_button.

Dotykový senzor umožňuje použiť akékoľvek tlačidlo ako ovládacie tlačidlo. kovový povrch nedostatok pohyblivých častí by mal mať pozitívny vplyv na životnosť a spoľahlivosť.

Modul snímača zvuku KY-037

Modul musí byť spustený zvukmi, ktorých hlasitosť presahuje stanovený limit. Citlivým prvkom modulu je mikrofón, ktorý spolupracuje s komparátorom na čipe LM393YD.

Rozmery modulu sú 42 x 15 x 13 mm, hmotnosť 3,4 g, podobne ako v predchádzajúcom prípade má doska modulu montážny otvor s priemerom 3 mm. Napájanie je indikované LED L1. Napájacie svorky „G“ – spoločný vodič, „+“ – napájanie +5V.

Spotreba prúdu je 4,1 mA v pohotovostnom režime a 5 mA pri spustení.

Na kolíku „A0“ sa napätie mení v súlade s úrovňou hlasitosti signálov prijímaných mikrofónom, keď sa hlasitosť zvyšuje, hodnoty sa znižujú, to je možné overiť pomocou programu AnalogInput2.

Na digitálnom vstupe „D0“ je nízka logická úroveň, keď sa prekročí špecifikovaný prah, nízka úroveň sa zmení na vysokú. Prah odozvy je možné nastaviť pomocou variabilného odporu. V tomto prípade sa rozsvieti LED L2. S ostrým hlasný zvuk Pri prepnutí späť je oneskorenie 1-2 s.

Celkovo užitočný senzor na organizáciu systému inteligentný dom alebo alarmy.

Modul zvukového senzora KY-038

Na prvý pohľad sa modul zdá podobný predchádzajúcemu. Citlivým prvkom modulu je mikrofón, treba poznamenať, že o tomto module nie je v sieti veľa informácií.

Rozmery modulu sú 40 x 15 x 13 mm, hmotnosť 2,8 g, podobne ako v predchádzajúcom prípade má doska modulu montážny otvor s priemerom 3 mm. Napájanie je indikované LED L1. Napájacie svorky „G“ – spoločný vodič, „+“ – napájanie +5V.

Po aktivácii jazýčkového spínača sa rozsvieti LED L2. Spotreba prúdu je 4,2 mA v pohotovostnom režime a až 6 mA pri spustení.

Na kolíku „A0“, keď sa úroveň hlasitosti zvýši, hodnoty sa zvýšia (bol použitý program AnalogInput2).

Na kolíku „D0“ je nízka logická úroveň, keď je senzor spustený, zmení sa na vysokú. Prah odozvy sa nastavuje pomocou trimovacieho odporu (pomocou programu LED_with_button).

Tento snímač sa prakticky nelíši od predchádzajúceho, ale ich zameniteľnosť nie je vždy možná, pretože Keď sa zmení úroveň hlasitosti, povaha zmeny úrovne spôsobí, že napätie na analógovom výstupe sa bude líšiť.

závery

Týmto sa uzatvára prehľad veľkého súboru rôznych senzorov pre hardvérovú platformu Arduino. Vo všeobecnosti túto sadu urobil na autora zmiešaný dojem. Sada obsahuje ako pomerne zložité senzory, tak kompletne jednoduché dizajny. A ak sú na doske odpory obmedzujúce prúd, LED indikátory atď. autor je pripravený uznať užitočnosť takýchto modulov, potom malú časť modulov tvorí jeden rádiový prvok na doske. Prečo sú takéto moduly potrebné, zostáva nejasné (zrejme montáž na štandardné dosky slúži na účely zjednotenia). Celkovo je súprava dobrým spôsobom, ako sa zoznámiť s väčšinou bežných senzorov používaných v projektoch Arduino.

užitočné odkazy

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

Kapacitný snímač je jedným z typov bezkontaktné senzory, ktorého princíp činnosti je založený na zmene dielektrickej konštanty média medzi dvoma doskami kondenzátora. Jedna doska je obvod dotykového senzora vo forme kovovej platne alebo drôtu a druhá je elektricky vodivá látka, napríklad kov, voda alebo ľudské telo.

Pri vývoji systému automatické zapínanie prívod vody do WC pre bidet, bolo potrebné použiť kapacitný snímač prítomnosti a prepnúť s vysoká spoľahlivosť, odolnosť voči zmenám vonkajšej teploty, vlhkosti, prachu a napájacieho napätia. Chcel som tiež odstrániť potrebu, aby sa človek dotýkal ovládacích prvkov systému. Prezentované požiadavky mohli splniť iba dotykové senzorové obvody fungujúce na princípe meniacej sa kapacity. Pripravená schéma uspokojujúce nevyhnutné požiadavky Nevedel som to nájsť, musel som to vyvinúť sám.

Výsledkom je univerzálny kapacitný dotykový senzor, ktorý nevyžaduje konfiguráciu a reaguje na približujúce sa elektricky vodivé predmety vrátane osoby na vzdialenosť až 5 cm Rozsah použitia navrhovaného dotykového senzora nie je obmedzený. Dá sa použiť napríklad na zapnutie osvetlenia, systémov poplašné zariadenie proti vlámaniu, určenie hladiny vody a v mnohých iných prípadoch.

Schémy elektrických obvodov

Na ovládanie prívodu vody do WC bidetu boli potrebné dva kapacitné dotykové senzory. Jeden snímač musel byť inštalovaný priamo na toalete, v prítomnosti osoby a pri absencii signálu logickej jednotky musel produkovať signál logickej nuly. Druhý kapacitný snímač mal slúžiť ako spínač vody a byť v jednom z dvoch logických stavov.

Pri privedení ruky k snímaču musel snímač zmeniť logický stav na výstupe - z počiatočného stavu jedného do stavu logickej nuly, kedy sa ručička opäť dotkla, z nulového stavu do stavu logickej jednotky. A tak ďalej donekonečna, pokiaľ dotykový spínač prijíma signál logickej nuly zo snímača prítomnosti.

Obvod kapacitného dotykového snímača

Základom obvodu snímača prítomnosti kapacitného snímača je hlavný generátor pravouhlých impulzov, vyrobený podľa klasickej schémy na dvoch logické prvkyčipy D1.1 a D1.2. Frekvencia generátora je určená menovitými hodnotami prvkov R1 a C1 a volí sa okolo 50 kHz. Hodnota frekvencie nemá prakticky žiadny vplyv na činnosť kapacitného snímača. Zmenil som frekvenciu z 20 na 200 kHz a vizuálne som nezaznamenal žiadny vplyv na chod zariadenia.

Z kolíka 4 čipu D1.2 obdĺžnikový tvar cez odpor R2 ide na vstupy 8, 9 mikroobvodu D1.3 a cez premenlivý odpor R3 na vstupy 12,13 D1.4. Signál prichádza na vstup čipu D1.3 s miernou zmenou sklonu čela impulzu vďaka inštalovanému snímaču, ktorým je kus drôtu alebo kovová platňa. Na vstupe D1.4 sa vplyvom kondenzátora C2 predný diel zmení na čas potrebný na jeho dobitie. Vďaka prítomnosti trimovacieho rezistora R3 je možné nastaviť hranu impulzu na vstupe D1.4 rovnú hrane impulzu na vstupe D1.3.

Ak priblížite ruku alebo kovový predmet k anténe (dotykový snímač), kapacita na vstupe mikroobvodu DD1.3 sa zvýši a predná časť prichádzajúceho impulzu sa oneskorí v porovnaní s prednou časťou impulzu. prichádzajúce na vstup DD1.4. Aby sa toto oneskorenie „chytilo“, invertované impulzy sa privádzajú do čipu DD2.1, čo je klopný obvod D, ktorý funguje nasledovne. Pozdĺž kladnej hrany impulzu prichádzajúceho na vstup mikroobvodu C sa signál, ktorý bol v tom momente na vstupe D, prenáša na výstup spúšťača. V dôsledku toho, ak sa signál na vstupe D nezmení, prichádzajúce impulzy na počítací vstup C neovplyvňuje úroveň výstupného signálu. Táto vlastnosť spúšte D umožnila vyrobiť jednoduchý kapacitný dotykový snímač.

Keď sa kapacita antény v dôsledku priblíženia sa ľudského tela k nej zvýši na vstupe DD1,3, impulz sa oneskorí a tým sa zafixuje spúšť D a zmení sa jej výstupný stav. LED HL1 sa používa na indikáciu prítomnosti napájacieho napätia a LED HL2 na indikáciu blízkosti dotykového senzora.

Obvod dotykového spínača

Obvod kapacitného dotykového snímača je možné použiť aj na ovládanie dotykového spínača, avšak s menšou úpravou, keďže potrebuje nielen reagovať na priblíženie ľudského tela, ale aj po odtiahnutí ruky zostať v rovnovážnom stave. Aby sme tento problém vyriešili, museli sme na výstup dotykového snímača pridať ďalšiu D spúšť, DD2.2, prepojenú pomocou deliča dvoma obvodmi.

Obvod kapacitného snímača bol mierne upravený. Aby sa vylúčili falošné poplachy, pretože osoba môže v dôsledku rušenia pomaly priviesť a odstrániť ruku, snímač môže odoslať niekoľko impulzov na počítací vstup D spúšťača, čím poruší požadovaný prevádzkový algoritmus spínača. Preto pribudol RC reťazec prvkov R4 a C5, ktorý na krátky čas zablokoval možnosť prepínania D spúšte.

Trigger DD2.2 funguje rovnako ako DD2.1, ale signál na vstup D nie je dodávaný z iných prvkov, ale z inverzného výstupu DD2.2. Výsledkom je, že pozdĺž kladnej hrany impulzu prichádzajúceho na vstup C sa signál na vstupe D mení na opačný. Napríklad, ak v počiatočnom stave bola na kolíku 13 logická nula, potom jedným zdvihnutím ruky na snímač sa spúšť prepne a na kolíku 13 sa nastaví logická jednička. Pri ďalšej interakcii so snímačom sa kolík 13 opäť nastaví na logickú nulu.

Na zablokovanie spínača v neprítomnosti osoby na toalete sa zo snímača na vstup R privádza logická jednotka (nulové nastavenie na výstupe spúšte, bez ohľadu na signály na všetkých jeho ostatných vstupoch). Na výstupe kapacitného spínača je nastavená logická nula, ktorá je privádzaná cez zväzok do bázy tranzistora spínacieho kľúča. solenoidový ventil vo výkonovej a spínacej jednotke.

Rezistor R6 pri absencii blokovacieho signálu z kapacitného snímača v prípade jeho poruchy alebo prerušenia riadiaceho vodiča blokuje spúšť na vstupe R, čím eliminuje možnosť spontánneho prívodu vody do bidetu. Kondenzátor C6 chráni vstup R pred rušením. LED HL3 slúži na indikáciu prívodu vody v bidete.

Dizajn a detaily kapacitných dotykových snímačov

Keď som začal vyvíjať senzorový systém pre prívod vody v bidete, najťažšou úlohou sa mi zdal vývoj kapacitného senzora obsadenosti. Bolo to spôsobené množstvom obmedzení pri inštalácii a prevádzke. Nechcel som, aby bol senzor mechanicky spojený s vekom toalety, pretože je potrebné ho pravidelne odstraňovať na umývanie a nezasahovať do dezinfekcie samotnej toalety. Preto som si ako reagujúci prvok vybral kontajner.

Senzor prítomnosti

Na základe vyššie zverejnenej schémy som vyrobil prototyp. Časti kapacitného snímača sú zostavené na doske plošných spojov, doska je umiestnená v plastovej krabičke a uzavretá vekom. Pre pripojenie antény je v puzdre inštalovaný jednokolíkový konektor RSh2N pre napájanie napájacieho napätia a signálu. Doska plošných spojov je spojená s konektormi spájkovaním medenými vodičmi vo fluoroplastovej izolácii.

Kapacitný dotykový snímač je zostavený na dvoch mikroobvodoch série KR561, LE5 ​​​​a TM2. Namiesto mikroobvodu KR561LE5 môžete použiť KR561LA7. Vhodné sú aj mikroobvody série 176 a dovážané analógy. Rezistory, kondenzátory a LED budú vyhovovať akémukoľvek typu. Kondenzátor C2, pre stabilnú prevádzku kapacitného snímača pri prevádzke v podmienkach veľkých teplotných výkyvov životné prostredie treba brať s malým TKE.

Snímač sa inštaluje pod záchodovú plošinu, na ktorej je inštalovaný cisterna na mieste, kde sa v prípade úniku z nádrže voda nedostane. Telo snímača je prilepené k toalete pomocou obojstrannej pásky.

Anténny snímač kapacitného snímača je kus medi lankový drôt 35 cm dlhé zateplené fluoroplastom, prilepené priehľadnou páskou na vonkajšiu stenu WC misy centimeter pod rovinu skiel. Senzor je jasne viditeľný na fotografii.

Ak chcete nastaviť citlivosť dotykového snímača, po jeho inštalácii na toaletu zmeňte odpor orezávacieho odporu R3 tak, aby LED HL2 zhasla. Ďalej položte ruku na veko WC nad umiestnením senzora, LED HL2 by sa mala rozsvietiť, ak ruku stiahnete, mala by zhasnúť. Vzhľadom k tomu, ľudské stehno podľa hmotnosti viac rúk, potom počas prevádzky bude dotykový snímač po takomto nastavení zaručene fungovať.

Dizajn a detaily kapacitného dotykového spínača

Obvod kapacitného dotykového spínača má viac častí a na ich umiestnenie je potrebný kryt väčšia veľkosť, a z estetických dôvodov nebol vzhľad puzdra, v ktorom bol snímač prítomnosti umiestnený, príliš vhodný na inštaláciu na viditeľné miesto. Pozornosť upútala nástenná zásuvka rj-11 na pripojenie telefónu. Mala správnu veľkosť a vyzerala dobre. Po odstránení všetkého nepotrebného zo zásuvky som do nej umiestnil plošný spoj pre kapacitný dotykový spínač.

Na zabezpečenie vytlačená obvodová doska na základňu puzdra bol nainštalovaný krátky stojan a pomocou skrutky bola k nemu priskrutkovaná doska plošných spojov s časťami dotykového spínača.

Kapacitný snímač bol vyrobený prilepením plátku mosadze na spodok krytu zásuvky lepidlom Moment, pričom sa predtým vyrezalo okienko pre LED diódy v nich. Pri zatváraní veka sa pružina (prevzatá z kamienkového zapaľovača) dostane do kontaktu s mosadzným plechom a zaistí tak elektrický kontakt medzi obvodom a snímačom.

Kapacitný dotykový spínač sa montuje na stenu pomocou jednej samoreznej skrutky. Na tento účel je v kryte vytvorený otvor. Ďalej je nainštalovaná doska a konektor a kryt je zaistený západkami.

Nastavenie kapacitného spínača sa prakticky nelíši od nastavenia snímača prítomnosti opísaného vyššie. Na jeho nastavenie je potrebné priviesť napájacie napätie a nastaviť odpor tak, aby sa LED HL2 rozsvietila, keď sa k senzoru priloží ruka, a zhasne, keď sa odpojí. Ďalej musíte aktivovať dotykový senzor a presunúť a odobrať ruku k senzoru spínača. LED HL2 by mala blikať a červená LED HL3 by sa mala rozsvietiť. Keď zložíte ruku, červená LED by mala zostať svietiť. Keď opäť zdvihnete ruku alebo sa vzdialite telom od senzora, LED HL3 by mala zhasnúť, čiže vypnúť prívod vody v bidete.

Univerzálna PCB

Vyššie uvedené kapacitné snímače sú zostavené na doskách s plošnými spojmi, ktoré sa mierne líšia od dosky s plošnými spojmi zobrazenej na fotografii nižšie. Je to spôsobené spojením oboch dosiek plošných spojov do jednej univerzálnej. Ak zostavíte dotykový spínač, stačí odrezať stopu číslo 2. Ak zostavíte dotykový snímač prítomnosti, potom sa stopa číslo 1 odstráni a nie sú nainštalované všetky prvky.

Prvky potrebné na činnosť dotykového spínača, ktoré však narúšajú činnosť snímača prítomnosti R4, C5, R6, C6, HL2 a R4, nie sú nainštalované. Namiesto R4 a C6 sú spájkované drôtové prepojky. Reťaz R4, C5 je možné ponechať. Neovplyvní to prácu.

Nižšie je nákres dosky plošných spojov na vrúbkovanie tepelnou metódou nanášania dráh na fóliu.

Výkres stačí vytlačiť na lesklý papier alebo pauzovací papier a šablóna je pripravená na výrobu plošného spoja.

Bezproblémová prevádzka kapacitné snímače pre systém dotykového ovládania prívodu vody do bidetu sa v praxi potvrdilo za tri roky nepretržitej prevádzky. Neboli zaznamenané žiadne poruchy.

Chcem však poznamenať, že obvod je citlivý na silný impulzný šum. Dostal som e-mail so žiadosťou o pomoc s nastavením. Ukázalo sa, že pri ladení obvodu bola v blízkosti spájkovačka s tyristorovým regulátorom teploty. Po vypnutí spájkovačky začal obvod fungovať.

Bol tu ďalší takýto prípad. Kapacitný snímač bol inštalovaný v lampe, ktorá bola pripojená k rovnakej zásuvke ako chladnička. Keď bol zapnutý, svetlo sa rozsvietilo a keď sa znova vyplo. Problém bol vyriešený pripojením lampy k inej zásuvke.

Dostal som list o úspešnej aplikácii opísaného kapacitného senzorového okruhu na úpravu hladiny vody v zásobná nádrž vyrobené z plastu. V spodnej a hornej časti sa nachádzal senzor prilepený silikónom, ktorý ovládal zapínanie a vypínanie elektrického čerpadla.

SENZORY SILY, MECHANICKÉHO NAPÄTIA A DOTYKU

V sústave SI Hlavná Jednotkami sú hmotnosť, dĺžka a čas, zatiaľ čo sila a zrýchlenie sú deriváty Jednotky. V britskom a americké systémy jednotky Základnými jednotkami sú sila, dĺžka a čas. Jednotka sily je jednou zo základných fyzikálnych veličín. Sily sa merajú pri mechanickom výskume, v stavebníctve, pri vážení predmetov, pri výrobe protéz a pod. Určenie tlaku vyžaduje aj meranie sily. Predpokladá sa, že pri práci s pevnými predmetmi sa meria sila a pri práci s kvapalinami a plynmi sa určuje tlak. To znamená, že sila sa berie do úvahy, keď pôsobí na konkrétny bod, a tlak sa určuje, keď je sila rozložená na relatívne veľkú plochu.

Senzory sily možno rozdeliť do dvoch tried: kvantitatívne a kvalitatívne. Kvantitatívne snímače merajú silu a reprezentujú jej hodnotu v elektrických jednotkách. Príkladmi takýchto snímačov sú snímače zaťaženia a tenzometre. Vysokokvalitné snímače sú prahové zariadenia, ktorých funkcia nie je kvantifikácia hodnoty sily, ale pri zisťovaní prekročenia danej úrovne aplikovanej sily. Príkladom takýchto zariadení je počítačová klávesnica, ktorej každé tlačidlo zatvára príslušný kontakt iba pri stlačení určitou silou. Na detekciu pohybu a polohy predmetov sa často používajú kvalitné senzory. Dverová rohož, ktorá reaguje na tlak na ňu a piezoelektrický kábel sú tiež príklady kvalitných snímačov tlaku.

Metódy merania sily možno rozdeliť do nasledujúcich skupín:

1. Vyváženie neznámej sily gravitačnou silou telesa známej hmotnosti

2. Meranie zrýchlenia telesa známej hmotnosti, na ktoré pôsobí neznáma sila

3. Vyváženie neznámej sily elektromagnetickou silou

4. Premena sily na tlak tekutiny a meranie tohto tlaku

5. Meranie deformácie pružného prvku sústavy spôsobenej neznámou silou

V moderných snímačoch sa najčastejšie používa metóda 5 a metódy 3 a 4 sa používajú pomerne zriedkavo.

Väčšina snímačov neprevádza silu priamo na elektrický signál. To zvyčajne vyžaduje niekoľko medzikrokov. Preto sú spravidla snímače sily kompozitné zariadenia. Napríklad snímač sily je často kombináciou prevodníka sily a posunu a detektora polohy (posunu). Môže to byť jednoduchá špirálová pružina, pričom skrátenie dĺžky spôsobené aplikovanou tlakovou silou bude úmerné jej koeficientu pružnosti.

Snímač zaťaženia je pružný odporový snímací prvok, ktorého odpor je úmerný aplikovanému mechanickému namáhaniu (veľkosti deformácie). Všetky tenzometre sú založené na vyššie uvedenom piezorezistívnom efekte. Tenzometer drôtu je rezistor spojený s flexibilným substrátom, ktorý je zase pripevnený k objektu, kde sa meria sila alebo napätie. V tomto prípade musí byť zaistené spoľahlivé mechanické spojenie medzi predmetom a prvkom citlivým na napätie, pričom odporový drôt musí byť od objektu elektricky izolovaný. Koeficienty tepelnej rozťažnosti podkladu a drôtu sa musia zhodovať. Na dosiahnutie dobrej citlivosti musí mať snímač dlhé pozdĺžne časti a krátke priečne (obr. 2). Toto sa robí, aby sa zabezpečilo, že citlivosť v priečnom smere neprekročí 2 % pozdĺžnej citlivosti. Na meranie napätia v rôznych smeroch sa mení konfigurácia snímačov. Je potrebné poznamenať, že polovodičové prvky citlivé na napätie majú pomerne veľkú citlivosť na zmeny teploty, preto je potrebné zabezpečiť obvody kompenzácie teploty v obvodoch rozhrania alebo v samotných snímačoch.

Dotykové senzory- ide o špeciálnu triedu snímačov sily alebo tlaku, ktoré sa vyznačujú malou hrúbkou. Tieto snímače sú užitočné v aplikáciách, kde sa sila alebo tlak meria medzi dvoma povrchmi umiestnenými blízko seba. Takéto senzory sa často používajú v robotike, napríklad sa montujú na „prsty“ mechanických ovládačov, aby poskytli spätnú väzbu pri kontakte s predmetom – pripomína to fungovanie hmatových senzorov na ľudskej koži. Dotykové senzory sa používajú v dotykových displejoch, klávesniciach a iných zariadeniach, ktoré musia reagovať na fyzický dotyk. Hmatové senzory sa široko používajú v biomedicíne na určenie zhryzu zubov a správnej inštalácie koruniek v zubnej praxi, ako aj na štúdium tlaku na nohy človeka pri chôdzi. Niekedy sa počas protetických operácií inštalujú do umelých kĺbov na korekciu polohy atď. V stavebníctve a mechanická výroba hmatové senzory slúžia na detekciu síl pôsobiacich na pevné zariadenia.

Na výrobu hmatových senzorových prvkov sa používa niekoľko metód. V niektorých z nich sa na povrchu predmetu vytvorí špeciálna tenká vrstva materiálu citlivá na mechanické namáhanie. Na obr. Obrázok 3 zobrazuje jednoduchý hmatový senzor, ktorý poskytuje funkcie zapnutia a vypnutia, pozostávajúci z dvoch listov fólie a medzikusu. Vo vnútri tesnenia sú vytvorené okrúhle (alebo akýkoľvek iný potrebný tvar) otvory. Jeden z fólií je uzemnený a druhý je pripojený k zaťažovaciemu odporu. Ak je potrebné ovládať viacero citlivých zón, používa sa multiplexor. Keď vonkajšia sila pôsobí na horný vodič cez otvor v podložke, ohne sa a dostane sa do kontaktu so spodným vodičom, čím sa s ním vytvorí elektrický kontakt a uzemní sa zaťažovací odpor. V tomto prípade sa výstupný signál stane nulovým, čo indikuje aplikovanú silu. Horné a spodné vodiče môžu byť vytlačené sieťotlačou vodivým atramentom na substrát. Citlivé oblasti takýchto snímačov sú určené radmi a stĺpcami nafarbených vodičov. Dotknutie sa určitej oblasti citlivého povrchu vedie k uzavretiu príslušného riadku a stĺpca, čo ukazuje lokalizáciu aplikovanej sily. Dobré hmatové senzory sa získavajú z piezoelektrických filmov, ktoré sa používajú v pasívnom aj aktívnom režime. Mnohé hmatové senzory fungujú ako dotykové spínače. Na rozdiel od tradičných spínačov, ktorých spoľahlivosť kontaktov je značne znížená, keď sú vystavené vlhkosti a prachu, môžu piezoelektrické spínače vďaka svojej monolitickej konštrukcii pracovať v nepriaznivé podmienkyživotné prostredie.

Ďalším typom hmatového snímača je piezorezistívny citlivý prvok. Je vyrobený z materiálov, ktorých elektrický odpor závisí od použitého mechanického namáhania alebo tlaku. Takéto materiály zahŕňajú vodivé elastoméry alebo pasty citlivé na tlak. Vodivé elastoméry sú vyrobené zo silikónovej gumy, polyuretánu a iných materiálov, ktoré obsahujú vodivé častice alebo vlákna. Napríklad vodivá guma sa získava zavedením uhlíkového prášku do bežnej gumy. Princíp činnosti elastomérových snímačov je založený buď na zmene kontaktnej plochy pri stlačení elastoméru medzi dve vodivé dosky, alebo na zmene hrúbky elastomérnej vrstvy. Podľa veľkosti vonkajšia sila pôsobením na snímač sa mení plocha kontaktnej zóny medzi upínacím zariadením a elastomérom, v dôsledku čoho elektrický odpor.

Tenšie piezorezistívne dotykové snímače sú vyrobené z polovodivých polymérov, ktorých odpor závisí aj od tlaku. Konštrukcia takýchto snímačov pripomína membránový spínač. V porovnaní s tenzometrami majú piezorezistívne snímacie prvky širší dynamický rozsah.

Piezoelektrické snímače sily

Diskutované piezoelektrické dotykové senzory nie sú určené na presné meranie sily. Na základe rovnakého piezoelektrického efektu je však možné realizovať presné snímače sily, aktívne aj pasívne. Pri navrhovaní takýchto snímačov treba vždy pamätať na to, že piezoelektrické zariadenia nedokážu merať stacionárne procesy. To znamená, že piezoelektrické snímače sily premieňajú zmeny sily na striedavý elektrický signál, ale nijako nereagujú na konštantnú hodnotu vonkajšej sily. Pretože aplikované sily môžu zmeniť niektoré vlastnosti materiálov, pri navrhovaní aktívnych snímačov je potrebné vziať do úvahy plný vplyv budiacich signálov. Na obr. Obrázok 4 znázorňuje variant snímača aktívnej sily. Pri vykonávaní kvantitatívnych meraní pomocou takýchto snímačov je potrebné pamätať na to, že rozsah ich merania závisí od mechanickej rezonančnej frekvencie použitého piezoelektrického kryštálu. Princíp činnosti takýchto snímačov je založený na skutočnosti, že pri mechanickom zaťažení kryštálov kremeňa určitých rezov používaných ako rezonátory v elektronických generátoroch dochádza k posunu ich rezonančnej frekvencie.

Obvod navrhnutý na opakovanie je zosilňovač, ktorý je vysoko citlivý na elektromagnetické pole vytvárané externými zariadeniami. Keď je vstupný kontakt obvodu pripojený k anténe, LED signalizuje prítomnosť žiarenia elektromagnetického poľa a rušenia z elektrických zariadení. LED bude tiež indikovať skutočnosť dotyku kontaktu, pretože je tu úloha antény v tomto prípade vykonávané ľudským telom. Odtiaľ pochádza názov – dotykový senzor. Ďalším názvom obvodu je aktívna anténa.

Schematický diagram dotykový senzor je znázornený na obrázku 1.

Obvod pripomína zapnutý samooscilátor npn tranzistorštruktúry. Jedna zo svoriek vinutia L1 je pripojená priamo na vstupný kolík X1. Na polarite LED VD1 nezáleží. Rezistor R2 obmedzuje prúd cez LED a tým určuje jas jeho žiary pri spustení senzora.

Dotykový snímač je namontovaný na doštičke s rozmermi 40 × 40 mm. Vzhľad dizajn je znázornený na obrázku 2.

Obrázok 2	Vzhľad dotykového senzora.

Vinutia L1 a L2 sú umiestnené na spoločnom ráme s dvoma sekciami vinutia a ladiacim feritovým jadrom. Vonkajší priemer rám - 10 mm, dĺžka jadra - 23 mm, priemer závitu v základni jadra - 6 mm. V konštrukcii znázornenej na obrázku 2 je L1 navinutá na hornej časti, L2 na spodnej časti. Každá cievka obsahuje 100 závitov drôtu PEL 0,2. Vinutia sú zahrnuté podľa. Pomocou skrutkovača sa jadro zaskrutkuje do rámu. LED VD1 - ktorákoľvek zo série AL307. Ako X1 sa používa uzemňovací plátok. Dotykom spôsobí rozsvietenie LED.

VD1 je možné pripojiť paralelne meracie zariadenie, napríklad multimeter v režime merania napätia, ktorý vám umožní vyhodnotiť úroveň intenzity poľa. V tomto prípade môže byť externou anténou kus montážneho drôtu s dĺžkou niekoľkých centimetrov. Nastavenie obvodu bude spočívať vo výbere dĺžky antény a nájdení polohy jadra, pri ktorej je napätie na LED maximálne.

Okruh nie je náročný na výber základne prvkov. Napríklad v pôvodnej verzii obvodu bol použitý tranzistor KT815G, odpor odporu R1 bol 100 kOhm. Ako L1 a L2 boli použité dve cievky na tyčovom feritovom jadre dlhovlnnej magnetickej antény z rádiového prijímača. Cievky sa mohli pohybovať pozdĺž jadra. Pri pohybe cievok boli pozorované javy, ktoré neodporovali zákonu elektromagnetická indukcia, na rozdiel od schémy navrhnutej v . Keď boli cievky výrazne od seba oddelené a bez feritového jadra, obvod prestal fungovať.

Obvod môže nájsť praktické uplatnenie nielen pri návrhu meračov intenzity poľa, ale aj v automatizačných a signalizačných zariadeniach. Dotykový senzor je možné pripojiť k mikrokontroléru. Aby ste to dosiahli, mali by ste vykonať analógovo-digitálnu konverziu napätia na LED VD1, prípadne pomocou zdrojov samotného mikrokontroléra, ak obsahuje vstavaný ADC.

Na záver je potrebné poznamenať, že existuje veľa obvodov dotykových snímačov založených na tranzistoroch s efektom poľa a neobsahujúcich indukčné prvky. Možno je ich práca v mnohých prípadoch efektívnejšia, ale dizajn prezentovaný v tomto článku je príkladom originálneho technického riešenia a je určený pre začínajúcich rádioamatérov.

Literatúra

1. Brovin V.I. Fenomén prenosu energie indukčností cez magnetické momenty látky umiestnenej v okolitom priestore a jeho aplikácia. - M.: MetaSintez, 2003 - 20 s.
2. Krylov K. S., Lee Jaeho, Kim Young Jin, Kim Seunghwan, Lee Sang-Ha. Patent na vynález č. 2395876. Aktívna magnetická anténa s feritovým jadrom.