Obvod jednoduchej kapacitnej signalizácie priblíženia. Jednoduchý kapacitný snímač

Kapacitný snímač je jedným z typov bezkontaktných snímačov, ktorých princíp činnosti je založený na zmene dielektrickej konštanty média medzi dvoma kondenzátorovými doskami. 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 automatického zapínania prívodu vody do WC pre bidet bolo nutné použiť kapacitný snímač prítomnosti a spínač, ktoré sú vysoko spoľahlivé, odolné 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 len dotykové senzorové obvody fungujúce na princípe meniacej sa kapacity. Nenašiel som hotovú schému, ktorá by spĺňala potrebné požiadavky, tak som ju musel 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, zabezpečovacích poplachových systémov, zisťovanie hladiny vody a v mnohých ďalších 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 kapacitného dotykového snímača prítomnosti je hlavný generátor pravouhlých impulzov, vyrobený podľa klasickej schémy na dvoch logických prvkoch mikroobvodu 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 mikroobvodu D1.2 sa privádza obdĺžnikový signál cez odpor R2 na vstupy 8, 9 mikroobvodu D1.3 a cez premenný 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 slúži na indikáciu prítomnosti napájacieho napätia a LED HL2 slúži 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 logická nula na kolíku 13, 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 kľúčového tranzistora na zapnutie solenoidového ventilu 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 do bidetu, 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 výkyvov teploty okolia, je potrebné odobrať s malým TKE.

Pod záchodovou plošinou je inštalovaný snímač, na ktorom je inštalovaná splachovacia nádržka v mieste, kde sa v prípade úniku z nádržky voda nedostane. Telo snímača je prilepené k toalete pomocou obojstrannej pásky.

Anténny snímač kapacitného snímača je kus medeného lanka 35 cm dlhého izolovaného fluoroplastom, prilepený priehľadnou páskou na vonkajšiu stenu záchodovej misy centimeter pod rovinou 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 toalety nad umiestnením senzora, LED HL2 by sa mala rozsvietiť, ak ruku stiahnete, mala by zhasnúť. Pretože ľudské stehno má väčšiu hmotnosť ako ruka, počas prevádzky bude dotykový senzor po takomto nastavení zaručene fungovať.

Dizajn a detaily kapacitného dotykového spínača

Obvod kapacitného dotykového spínača má viac častí a na ich umiestnenie bolo potrebné väčšie puzdro 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 upevnenie dosky plošných spojov bol na spodok puzdra nainštalovaný krátky stojan, na ktorý bola pomocou skrutky 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 zo silikónového 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. Ak chcete nakonfigurovať, musíte použiť napájacie napätie a nastaviť odpor tak, aby sa LED HL2 rozsvietila, keď sa k senzoru priloží ruka, a zhasne, keď sa odstráni. 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 je ruka odstránená, 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 namontované 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.

Za tri roky nepretržitej prevádzky sa v praxi potvrdila bezproblémová prevádzka kapacitných snímačov pre dotykový ovládací systém prívodu vody do bidetu. 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 úspešnom použití opísaného kapacitného senzorového obvodu na reguláciu hladiny vody v plastovej nádrži. V spodnej a hornej časti sa nachádzal senzor prilepený silikónom, ktorý ovládal zapínanie a vypínanie elektrického čerpadla.

Pohybové senzory sú neskutočne pohodlnou vecou, ​​ktorá vám umožní ovládať svetlá v miestnosti alebo ovládať otváranie a zatváranie dverí a tiež vás dokáže upozorniť na nechcených hostí. V tomto článku vám povieme, ako si vyrobiť snímač pohybu vlastnými rukami doma a zvážiť rozsah možných aplikácií týchto zariadení.

Stručne o senzoroch

Jedným z najjednoduchších typov snímačov je koncový spínač alebo samoresetovacie tlačidlo (bez fixácie).

Inštaluje sa v blízkosti dverí a reaguje na ich otváranie a zatváranie. Pomocou jednoduchého obvodu toto zariadenie zapne svetlo v chladničke. Môže byť vybavený komorou alebo predsieňou, dverami pri vchode, núdzovým LED osvetlením alebo použiť tento spínač ako alarm, ktorý vás upozorní na otvorenie alebo zatvorenie dverí. Nevýhodami dizajnu môžu byť ťažkosti s inštaláciou a niekedy aj nepredstaviteľný vzhľad.

Zariadenia na báze magnetov možno vidieť na dverách a oknách chránených objektov. Ich princíp fungovania je veľmi podobný ako pri tlačidle. Jazýčkový spínač môže otvárať alebo spájať kontakty, keď je k nemu privedený konvenčný magnet. Samotný jazýčkový spínač je teda inštalovaný na dverách a magnet je zavesený na dverách. Tento dizajn vyzerá elegantne a používa sa častejšie ako bežné tlačidlo. Nedostatok zariadení pre vysoko špecializované aplikácie. Nie sú vhodné na monitorovanie otvorených plôch, námestí a priechodov.

Pre otvorené priechody sú zariadenia, ktoré reagujú na zmeny prostredia. Patria sem fotografické relé, kapacitné (poľné snímače), tepelné (PIR), zvukové relé. Na zaznamenanie priesečníka určitej oblasti, ovládanie prekážky alebo prítomnosti pohybu objektu v oblasti prekrytia sa používajú fotografické alebo zvukové echo zariadenia.

Princíp činnosti takýchto snímačov je založený na vytvorení impulzu a jeho zaznamenaní po odraze od objektu. Keď objekt vstúpi do takejto zóny, zmení sa charakteristika odrazeného signálu a detektor generuje na výstupe riadiaci signál.

Pre prehľadnosť je uvedený schematický diagram činnosti fotografického relé a zvukového relé:

Infračervené LED sa používajú ako vysielacie zariadenie v optických senzoroch a fototranzistory sa používajú ako prijímač. Zvukové senzory pracujú v ultrazvukovom rozsahu, preto sa našim ušiam zdá ich činnosť tichá, no každý z nich obsahuje malý žiarič a detektor.

Skvelé je napríklad vybaviť podsvietené zrkadlo detektorom pohybu. Osvetlenie sa zapne až v momente, keď je človek priamo pri ňom. Nechcete si ho vyrobiť sami?

Montážne schémy

Mikrovlnná rúra

Na ovládanie otvorených priestorov a sledovanie prítomnosti predmetov v požadovanom priestore slúži kapacitné relé. Princíp činnosti tohto zariadenia je meranie miery absorpcie rádiových vĺn. Každý pozoroval alebo bol účastníkom tohto efektu, keď sa pri priblížení k fungujúcemu rádiovému prijímaču stratila frekvencia, na ktorej funguje, a objavilo sa rušenie.

Poďme sa rozprávať o tom, ako vyrobiť snímač pohybu mikrovlnného typu. Srdcom tohto detektora je rádiový mikrovlnný generátor a špeciálna anténa.

Táto schéma zapojenia ukazuje jednoduchý spôsob výroby mikrovlnného snímača pohybu. Tranzistor VT1 je vysokofrekvenčný generátor a tiež rádiový prijímač. Detektorová dióda usmerňuje napätie aplikáciou predpätia na bázu tranzistora VT2. Vinutia transformátora T1 sú naladené na rôzne frekvencie. V počiatočnom stave, keď anténa nie je ovplyvnená vonkajšou kapacitou, sú amplitúdy signálov vzájomne kompenzované a na detektore VD1 nie je napätie, pri zmene frekvencie sa ich amplitúdy sčítajú a zisťujú diódou. Tranzistor VT2 sa začne otvárať. Ako komparátor pre prehľadné spracovanie stavu „zapnuté“ a „vypnuté“ slúži tyristor VS1, ktorý riadi 12-voltové výkonové relé.

Nižšie je uvedený efektívny diagram relé prítomnosti pomocou dostupných komponentov, ktoré vám pomôžu zostaviť detektor pohybu vlastnými rukami alebo jednoducho byť užitočné na zoznámenie sa so zariadením.

Termálne

Tepelné IR (PIR) je najbežnejšie senzorové zariadenie v podnikateľskom sektore. Vysvetľujú to lacné komponenty, jednoduchá montážna schéma, absencia ďalších zložitých nastavení a široký teplotný rozsah prevádzky.

Hotové zariadenie je možné zakúpiť v každom obchode s elektrickým tovarom. Tento snímač je často vybavený lampami, poplašnými zariadeniami a inými ovládačmi. Teraz vám však povieme, ako si vyrobiť tepelný snímač pohybu doma. Jednoduchý vzorec, ktorý treba dodržiavať, vyzerá takto:

Špeciálny tepelný senzor B1 a fotočlánok VD1 tvoria komplex automatizovaného riadenia osvetlenia. Zariadenie začne pracovať až po zotmení; prah odozvy je možné nastaviť pomocou odporu R2. Snímač pripojí záťaž, keď pohybujúca sa osoba vstúpi do kontrolnej zóny. Čas zabudovaného časovača vypnutia je možné nastaviť pomocou regulátora R5.

Domáci modul pre Arduino

Lacný snímač môže byť vyrobený zo špeciálnych hotových dosiek pre dizajnéra rádia. Takto môžete získať pomerne miniatúrne zariadenie. Na montáž budeme potrebovať modul snímača pohybu pre mikrokontroléry Arduino a jednokanálový reléový modul.

Každá doska má trojkolíkový konektor, VCC +5 voltov, GND -5 voltov, výstup OUT na detektore a vstup IN na doske relé. Ak chcete vyrobiť zariadenie vlastnými rukami, musíte na dosky napájať 5 voltov (plus a mínus) zo zdroja energie, napríklad z nabíjačky telefónu, a spojiť ich von a dovnútra. Spojenia je možné vykonať pomocou konektorov, ale bezpečnejšie bude všetko spájkovať. Môžete postupovať podľa schémy nižšie. Miniatúrny tranzistor je spravidla už zabudovaný do reléového modulu, takže ho nie je potrebné dodatočne inštalovať.

Keď sa osoba pohne, modul vyšle signál relé a to sa otvorí. Všimnite si, že existujú relé vysokej a nízkej úrovne. Musí byť zvolený na základe signálu, ktorý snímač produkuje na výstupe. Hotový detektor možno umiestniť do puzdra a zamaskovať na požadovanom mieste. Okrem toho odporúčame sledovať videá, ktoré jasne ukazujú pokyny na montáž domácich snímačov pohybu doma. Ak máte ešte nejaké otázky, vždy sa ich môžete opýtať v komentároch.

Čo sú to kapacitné senzory? Toto je najbežnejšie elektronické relé, ktoré sa spúšťa pri zmene kapacity. Citlivým prvkom mnohých tu diskutovaných obvodov sú vysokofrekvenčné oscilátory s rýchlosťou stoviek kilohertzov alebo viac. Ak paralelne k obvodu tohto generátora pripojíte dodatočnú kapacitu, potom sa buď zmení frekvencia generátora, alebo sa jeho oscilácie úplne zastavia. V každom prípade bude fungovať prahové zariadenie, ktoré zapne zvukový alebo svetelný alarm. Tieto obvody je možné použiť v rôznych modeloch, ktoré pri strete s rôznymi prekážkami zmenia svoj pohyb, v bežnom živote - posadili sa do počítačového kresla, zapli notebook alebo začali hrať stereo, zariadenia možno použiť aj na zapnutie svetlá v miestnostiach na vybudovanie poplašných systémov atď.

Obvod pracuje na zvukových frekvenciách. Na zvýšenie citlivosti sa do obvodu nízkofrekvenčného generátora pridáva tranzistor s efektom poľa.

Generátor pravouhlých impulzov s opakovacou frekvenciou 1 kHz vyrobené na prvkoch DD1.1 A DD1.2. Navrhnuté ako výstupný stupeň DD1.3, ktorej záťažou je reproduktor telefónu.

Aby ste zvýšili citlivosť obvodu, môžete pridať počet rádiových komponentov, do ktorých sa zavedie RC - reťaz.

Okruh by mal začať pracovať ihneď po zapnutí. Niekedy je potrebné upraviť odpor R1 na prahovú citlivosť.

Pri nastavovaní relé sú možné dve možnosti jeho činnosti: porucha alebo generovanie, keď sa objaví kapacita. Inštalácia možnosti návrhu obvodu, ktorú potrebujeme, sa vyberie výberom hodnoty premenlivého odporu R1. Keď sa tvoja ruka priblíži E1 nastavením odporu R1 to urobia tak, že vzdialenosť, z ktorej sa obvod spúšťa, je 10 - 20 centimetre.

Na zapnutie rôznych akčných členov v kapacitnom relé používame signál z výstupu prvku DD1.3.

Na zapnutie svetla prejdú vedľa druhého kapacitného meniča a na vypnutie osvetlenia v miestnosti prejdú vedľa prvého.

Spúšťanie prevodníka vedie k prepínaniu spúšťača RS postaveného na logických prvkoch. Kapacitné snímače sú vyrobené z kusov koaxiálneho kábla, z ktorého konca je odstránená clona v dĺžke asi 50 centimetrov. Okraj obrazovky je potrebné izolovať. Snímače sú inštalované na ráme dverí. Dĺžka netienenej časti snímačov a hodnoty odporu R5 a R6 sa volia pri ladení obvodu tak, aby sa spúšť spoľahlivo spustila pri prechode biologického objektu vo vzdialenosti 10 centimetrov od snímača.

Zatiaľ čo kapacita medzi snímačom a puzdrom je malá, na odpore R2 a na vstupe prvku DD1.3 sa vytvárajú krátke impulzy kladnej polarity a na výstupe prvku sú už tie isté impulzy invertované. Kapacita C5 sa pomaly nabíja cez odpor R3, keď je na výstupe prvku logická jedna úroveň, a rýchlo sa vybíja cez diódu VD1 pri logickej nule. Keďže vybíjací prúd je vyšší ako nabíjací prúd, napätie na kondenzátore C5 má logickú nulovú úroveň a prvok DD1.4 je zablokovaný pre audiofrekvenčný signál.

Pri približovaní sa k prvku akéhokoľvek biologického objektu sa jeho kapacita vzhľadom na spoločný drôt zvyšuje, amplitúda impulzov na odpore R2 klesá pod prah spínania DD1.3. Na jeho výstupe bude konštantná logická jednička, kondenzátor C5 bude naplnený kapacitou na túto úroveň. Prvok DD1.4 začne prenášať audiofrekvenčný signál a v reproduktore sa ozve pípnutie. Citlivosť kapacitného relé je možné upraviť nastavením kapacity C3.

Snímač je vyrobený ručne pomocou kovovej siete s rozmermi 20 x 20 centimetrov, pre dobrú úroveň citlivosti relé.

V tomto kapacitnom reléovom obvode je tranzistor VT1 pripojený k logickému prvku DD1.4, v kolektorovom obvode ktorého je pripojený tyristor VS1 na riadenie výkonnej záťaže.

Zariadenie zostavené podľa schémy nižšie reaguje na prítomnosť akéhokoľvek vodivého predmetu vrátane osoby. Citlivosť snímača je možné nastaviť pomocou potenciometra. Obvod neumožňuje detekovať pohyb predmetov, ale je dobrý práve ako snímač prítomnosti. Jedným zo zrejmých riešení použitia kapacitného snímača prítomnosti v každodennom živote je podomácky vyrobený obvod na automatické otváranie dverí. Na tieto účely musí byť schéma zariadenia umiestnená na prednej strane dverí.

Základom tohto kapacitného zariadenia je oscilátor s T1 a jednorazové zariadenie. Oscilátor je typický Clappov oscilátor so stabilnou frekvenciou. Povrch kapacitného snímača funguje ako kondenzátor pre obvod nádrže a v tejto konfigurácii bude frekvencia okolo 1 MHz.

Čas spínania obvodu je možné meniť v širokom rozsahu pomocou variabilného odporu P2. K senzoru nie je potrebné približovať kovové predmety, pretože kapacitné relé zostane zatvorené. Tento obvod je možné použiť aj ako detektor agresívnych kvapalín. Hlavnou výhodou je, že povrch kapacitného snímača neprichádza do priameho kontaktu s kvapalinou.

Tranzistor s efektom poľa sa používa na prevádzku generátora s nízkym výkonom s frekvenciou opakovania impulzov 465 kHz a bipolárny tranzistor sa používa na ovládanie elektronického spínača pre relé K1, ktorého kontakty aktivujú aktor. Dióda sa používa v obvode, keď sa náhodne zmení polarita pripojeného zdroja energie.

Akčný rozsah kapacitného relé a citlivosť závisia od nastavenia C1 a konštrukcie snímača, ak vás tento vývoj zaujal, môžete si stiahnuť časopis pre dizajnérov modelov z vyššie uvedeného odkazu.

Základom obvodu je nízkoenergetický RF generátor. Do oscilačného obvodu L1C4 pripojený kovový plech. Prinesená dlaň alebo iná časť ľudského tela predstavuje druhú dosku kondenzátora C d. čím vyššia, tým väčšia je plocha jeho dosiek a tým menšia je vzdialenosť medzi nimi. L1 vietor na ráme ∅ 8-9 mm, lepené z papiera. Cievka pozostáva z 22-25 závitov drôtu PEV-1 0,3-0,4, navinutých závitov za závitom. Kohútik musí byť vykonaný od 5.-7. otočenia, počítajúc od začiatku.

Pripojte bipolárny tranzistor ku kolektorovému obvodu V1 miliampérmetra pri 10 mA a medzi bodom spojenia miliampérmetra s cievkou L1 a pripojte 0,01-0,5 µF kondenzátor k emitoru druhého tranzistora. Dočasne odpojte kovovú platňu od generátora. Sledovaním hodnôt miliampérmetra krátko zatvoríme L1C4. Kolektorový prúd V1 prudko klesá: z 2,5-3 na 0,5-0,8 mA. Maximálne hodnoty zodpovedajú generovaniu, minimum - jeho absencia. Ak je generátor vzrušený, pripevnite k nemu dosku a pomaly k nej posúvajte dlaň. Kolektorový prúd by mal klesnúť na úroveň 0,5-0,8 mA.

Zmeny slabého prúdu sú zosilnené pomocou dvojstupňového zapnutia ULF V2, V3. A aby bolo možné ovládať záťaž bezkontaktnou metódou, je konečný stupeň obvodu postavený na trinistore V5.

Motor s premenlivým odporom R4 nastavte do najnižšej polohy. Potom sa pomaly posúva nahor, kým sa nerozsvieti indikátor H1. Teraz priložíme dlaň k tanieru a skontrolujeme fungovanie zariadenia.

Dióda V4 v tyristorovom obvode V5 eliminuje výskyt spätného napäťového impulzu. A V6 a odpor R7 chrániť tyristor pred poruchou. Pre SCR s U o6p. = 400 V prvky V6 A R7 možno odstrániť z diagramu.

Spomedzi širokej škály kapacitných návrhov môže byť niekedy ťažké vybrať najvhodnejšiu možnosť kapacitného snímača pre daný prípad. V mnohých publikáciách na tému kapacitných zariadení je rozsah a charakteristické črty navrhovaných návrhov popísaný veľmi stručne a rádioamatér často nevie prísť na to, ktorý obvod kapacitného zariadenia by mal byť preferovaný na opakovanie.

Tento článok poskytuje popis rôznych typov kapacitných snímačov, uvádza ich porovnávacie charakteristiky a odporúčania pre najracionálnejšie praktické využitie každého konkrétneho typu kapacitných štruktúr.

Ako je známe, kapacitné snímače sú schopné reagovať na akékoľvek objekty a zároveň ich vzdialenosť odozvy nezávisí od takých vlastností povrchu približujúceho sa objektu, ako je napríklad to, či je teplý alebo studený ( na rozdiel od infračervených snímačov), ako aj to, či je tvrdý alebo mäkký (na rozdiel od ultrazvukových snímačov pohybu). Kapacitné senzory navyše dokážu detekovať objekty cez rôzne nepriehľadné „bariéry“, napríklad steny budov, masívne ploty, dvere atď. Takéto snímače možno použiť na bezpečnostné účely aj na účely domácnosti, napríklad na zapnutie osvetlenia pri vstupe do miestnosti; pre automatické otváranie dverí; v alarmoch hladiny kvapalín atď.
Existuje niekoľko typov kapacitných snímačov.

1. Senzory na kondenzátoroch.
V snímačoch tohto typu je signál odozvy generovaný pomocou kondenzátorových obvodov a podobné konštrukcie možno rozdeliť do niekoľkých skupín.
Najjednoduchšie z nich sú obvody založené na kapacitných deličoch.

V takýchto zariadeniach je napríklad anténa-snímač pripojená k výstupu pracovného generátora cez malokapacitný oddeľovací kondenzátor a v mieste spojenia antény a vyššie uvedeného kondenzátora sa vytvorí prevádzkový potenciál, hladina z toho závisí od kapacity antény, pričom anténa-snímač a oddeľovací Kondenzátor tvorí kapacitný delič a pri priblížení akéhokoľvek predmetu k anténe klesá potenciál v mieste jeho spojenia s oddeľovacím kondenzátorom, čo je signál pre zariadenie na prevádzku.

Existujú tieždiagramy naRC generátory.V týchto konštrukciách sa napríklad na generovanie signálu odozvy používa RC generátor, ktorého frekvenčným prvkom je anténa-snímač, ktorého kapacita sa mení (zvyšuje), keď sa k nemu priblíži akýkoľvek objekt. Signál určený kapacitou antény snímača sa potom porovnáva s referenčným signálom pochádzajúcim z výstupu druhého (referenčného) generátora.

Senzory na nasadených kondenzátoroch.V takýchto zariadeniach sa napríklad ako anténa-snímač používajú dve ploché kovové platne umiestnené v rovnakej rovine. Tieto dosky sú doskami rozloženého kondenzátora a keď sa priblížia nejaké predmety, zmení sa dielektrická konštanta média medzi doskami a podľa toho sa zvýši kapacita vyššie uvedeného kondenzátora, čo je signál na spustenie senzora.
Známe sú napríklad aj zariadenia, v ktorých využívajú metóda na porovnanie kapacity antény s kapacitou vzorového (referenčného) kondenzátora(Rospatentný odkaz).

pričom charakteristický znak kapacitné snímače na kondenzátoroch je ich nízka odolnosť voči rušeniu - vstupy takýchto zariadení neobsahujú prvky, ktoré dokážu účinne potlačiť vonkajšie vplyvy. Rôzne rušenie a rádiové rušenie prijímané anténou vytvára veľké množstvo šumu a rušenia na vstupe zariadenia, takže takéto konštrukcie sú necitlivé na slabé signály. Z tohto dôvodu je rozsah detekcie objektov snímačov na báze kondenzátora malý, napríklad detekujú priblíženie osoby zo vzdialenosti nepresahujúcej 10 - 15 cm.
Zároveň môžu byť takéto zariadenia veľmi jednoduché v dizajne (napríklad) a nie je potrebné používať časti vinutia - cievky, obvody atď., Vďaka čomu sú tieto konštrukcie celkom pohodlné a technologicky pokročilé na výrobu.

Oblasť použitia kapacitné snímače na kondenzátoroch.
Tieto zariadenia je možné použiť tam, kde nie je potrebná vysoká citlivosť a odolnosť voči šumu, napríklad v detektoroch kovových kontaktov. predmetov, snímačov hladiny kvapalín a pod., ako aj pre začínajúcich rádioamatérov zoznamujúcich sa s kapacitnou technikou.

2. Kapacitné snímače na LC obvode s nastavením frekvencie.
Zariadenia tohto typu sú menej náchylné na rádiové rušenie a rušenie v porovnaní so snímačmi na báze kondenzátorov.
Senzorová anténa (zvyčajne kovová platňa) je pripojená (buď priamo alebo cez kondenzátor s kapacitou niekoľko desiatok pF) na frekvenčne nastavovací LC obvod VF generátora. Keď sa priblíži akýkoľvek objekt, kapacita antény sa zmení (zvýši) a podľa toho aj kapacita LC obvodu. V dôsledku toho sa frekvencia generátora mení (klesá) a dochádza k prevádzke.

Zvláštnosti kapacitné snímače tohto typu.
1) LC obvod s pripojenou senzorovou anténou je súčasťou generátora, v dôsledku čoho rušenie a rádiové rušenie ovplyvňujúce anténu ovplyvňuje aj jej činnosť: cez kladné spätnoväzbové prvky prenikajú rušivé signály (najmä impulzné) do vstupu aktívneho prvku generátora a sú v ňom zosilnené, čím sa na výstupe zariadenia vytvára cudzí hluk, čím sa znižuje citlivosť konštrukcie na slabé signály a vzniká nebezpečenstvo falošných poplachov.
2) LC obvod, fungujúci ako frekvenčný nastavovací prvok generátora, je silne zaťažený a má znížený kvalitatívny faktor, v dôsledku čoho sú znížené selektívne vlastnosti obvodu a jeho schopnosť meniť svoje ladenie, keď anténa zmeny kapacity sa zhoršujú, čo ďalej znižuje citlivosť konštrukcie.
Vyššie uvedené vlastnosti snímačov na frekvenčnom LC obvode obmedzujú ich odolnosť voči rušeniu a dosah detekcie objektov, napríklad vzdialenosť detekcie človeka u snímačov tohto typu je zvyčajne 20 - 30 cm.

Existuje niekoľko druhov a modifikácií kapacitných snímačov s LC obvodom s nastavením frekvencie.

1) Senzory s kremenným rezonátorom.
V takýchto zariadeniach sa napríklad na zvýšenie citlivosti a stability frekvencie generátora zavádza: kremenný rezonátor a diferenciálny vysokofrekvenčný transformátor, ktorého primárne vinutie je prvkom obvodu na nastavenie frekvencie generátor a jeho dve sekundárne (identické) vinutia sú prvkami meracieho mostíka, ku ktorému je pripojený anténny snímač zapojený do série s kremenným rezonátorom a keď sa akýkoľvek objekt priblíži k anténe, generuje sa signál odozvy.
Citlivosť takýchto prevedení je vyššia v porovnaní s bežnými snímačmi na frekvenčne nastaviteľnom LC obvode, vyžadujú si však výrobu diferenciálneho vf transformátora (v uvedenom prevedení sú jeho vinutia umiestnené na prstenci štandardnej veľkosti K10 × 6 × 2 vyrobený z feritu M3000NM, súčasne je pre zvýšenie kvalitatívneho faktora vyrezaná v krúžku medzera o šírke 0,9...1,1 mm.

2) Senzory s odsávanímLC obvod.
Tieto konštrukcie sú napríklad kapacitné zariadenia, do ktorých sa na zvýšenie citlivosti zavedie dodatočný (nazývaný sací) LC obvod, indukčne spojený s obvodom na nastavenie frekvencie generátora a naladený na rezonanciu s týmto obvodom.
Anténa-snímač je v tomto prípade pripojený nie k obvodu na nastavenie frekvencie, ale k vyššie uvedenému nasávaciemu LC obvodu, ktorý obsahuje nízkokapacitný kondenzátor a solenoid, ktorého indukčnosť je zodpovedajúcim spôsobom zvýšená. Pretože Slučkový kondenzátor by v tomto prípade mal byť malý - na úrovni M33 - M75.
Vďaka malej kapacite tohto obvodu sa kapacita senzorovej antény stáva porovnateľnou s ním, vďaka čomu majú zmeny kapacity antény významný vplyv na nastavenie vyššie uvedeného sacieho LC obvodu, pričom amplitúda kmitov vo frekvencii -obvod nastavenia generátora a , v tomto poradí, je úroveň RF signálu na jeho výstupe.

Možno tiež poznamenať, že v takýchto konštrukciách nie je spojenie medzi anténou a obvodom na nastavenie frekvencie generátora priame, ale indukčné, vďaka čomu poveternostné a klimatické vplyvy na anténu nemôžu mať priamy vplyv na činnosť generátora. aktívny prvok generátora (tranzistor alebo operačný zosilňovač), čo sú pozitívne vlastnosti takýchto štruktúr.
Podobne ako v prípade snímačov na báze kremenného rezonátora sa vďaka určitej konštrukčnej komplikácii dosiahne zvýšenie citlivosti kapacitných zariadení s nasávacím LC obvodom - v tomto prípade je potrebná výroba dodatočného LC obvodu vrátane tlmivky s počtom závitov dvakrát väčším (v - 100 závitov) v porovnaní s cievkou frekvenčne nastavovacieho LC obvodu.

3) Niektoré kapacitné snímače využívajú metódu ako naprzväčšenie veľkosti antény snímača. Zároveň takéto konštrukcie zvyšujú aj ich náchylnosť na elektromagnetické rušenie a rádiové rušenie; Z tohto dôvodu, ako aj z dôvodu objemnosti takýchto zariadení (napríklad ako anténa sa používa kovová sieťka s rozmermi 0,5 × 0,5 M), je vhodné použiť tieto konštrukcie mimo mesta - na miestach so slabým elektromagnetickým pozadia a najlepšie mimo obytných priestorov - aby nedochádzalo k rušeniu sieťovými vodičmi.
Zariadenia s veľkými rozmermi snímačov sa najlepšie používajú vo vidieckych oblastiach na ochranu záhradných pozemkov a poľných objektov.

Oblasť použitia snímače s LC obvodom s nastavením frekvencie.
Takéto zariadenia je možné použiť na rôzne účely v domácnosti (rozsvietenie svetiel a pod.), ako aj na detekciu akýchkoľvek predmetov v miestach s tichým elektromagnetickým prostredím, napríklad v pivniciach (umiestnených pod úrovňou terénu), ako aj mimo mesto (vo vidieckych oblastiach – pri absencii rádiového rušenia – senzory tohto typu dokážu rozpoznať napr. priblíženie sa osoby na vzdialenosť až niekoľko desiatok cm).
V mestských podmienkach je vhodné použiť tieto konštrukcie buď ako senzory na dotyk kovových predmetov, alebo ako súčasť tých poplašných zariadení, ktoré v prípade falošných poplachov nespôsobia veľké nepríjemnosti ostatným, napríklad v zariadeniach, ktoré zahŕňajú odstrašujúci svetelný tok a slabý zvukový signál.

3. Diferenčné kapacitné snímače(zariadenia na diferenciálnych transformátoroch).
Takéto snímače sa od vyššie popísaných konštrukcií líšia napríklad tým, že majú nie jednu, ale dve antény snímača, čo umožňuje potlačenie (vzájomnú kompenzáciu) poveternostných a klimatických vplyvov (teplota, vlhkosť, sneh, mráz, dážď atď.). ).
V tomto prípade sa na detekciu priblíženia predmetov k niektorej z antén kapacitného zariadenia používa symetrický merací LC mostík, ktorý reaguje na zmeny kapacity medzi spoločným vodičom a anténou.

Tieto zariadenia fungujú nasledovne.
Na meracie vstupy LC mostíka sú pripojené citlivé prvky snímača - antény a vf napätie potrebné na napájanie mostíka je generované v diferenciálnom transformátore, ktorého primárne vinutie je napájané RF napájacím signálom z vf. výstup VF generátora (v - kvôli jednoduchosti - cievka frekvenčného nastavovacieho obvodu generátora je zároveň primárnym vinutím diferenciálneho transformátora).
Diferenciálny konštrukčný transformátor obsahuje dve identické sekundárne vinutia, na ktorých opačných koncoch sa generuje protifázové striedavé RF napätie na napájanie LC mostíka.
V tomto prípade na výstupe mostíka nie je žiadne RF napätie, pretože RF signály na jeho výstupe budú mať rovnakú amplitúdu a opačné znamienko, čím dôjde k ich vzájomnej kompenzácii a potlačeniu (v meracom LC mostíku, prevádzkové prúdy idú k sebe a na výstupe sa navzájom rušia).
V počiatočnom stave nie je na výstupe meracieho LC mostíka žiadny signál, ak sa objekt priblíži k niektorej z antén, zvýši sa kapacita jedného alebo druhého ramena meracieho mostíka, čo spôsobí nerovnováhu v jeho vyvážení; z ktorých sa vzájomná kompenzácia RF signálov generátora stane neúplnou a na výstupe LC mostíka sa objaví signál na spustenie zariadenia.

Navyše, ak sa kapacita zvýši (alebo zníži) pre obe antény naraz, potom k prevádzke nedôjde, pretože v tomto prípade nie je narušené vyváženie LC mostíka a RF signály prúdiace v obvode LC mostíka si stále zachovávajú rovnakú amplitúdu a opačné znamienka.

Vďaka vyššie uvedenej vlastnosti sú zariadenia na báze diferenciálnych transformátorov, ako aj vyššie opísané diferenciálne kondenzátorové snímače odolné voči poveternostným a klimatickým výkyvom, pretože ovplyvňujú obe antény rovnako a potom sa navzájom rušia a sú potlačené. V tomto prípade sa nepotláča rušenie a rádiové rušenie, eliminujú sa iba poveternostné a klimatické vplyvy, preto diferenciálne snímače, podobne ako snímače na frekvenčnom LC obvode, pravidelne zaznamenávajú falošné poplachy.
Antény by mali byť umiestnené tak, aby pri priblížení objektu bol dopad na jednu z nich väčší ako na druhú.

Vlastnosti diferenciálnych snímačov.
Detekčný rozsah týchto zariadení je o niečo vyšší v porovnaní so snímačmi na frekvenčnom LC obvode, ale diferenčné snímače sú konštrukčne zložitejšie a majú zvýšenú spotrebu prúdu v dôsledku strát v transformátore, ktorý má obmedzenú účinnosť. Okrem toho majú takéto zariadenia medzi anténami zónu so zníženou citlivosťou.

Oblasť použitia.
Snímače na diferenciálnom transformátore sú určené na použitie vo vonkajších podmienkach. Tieto zariadenia je možné použiť na rovnakom mieste ako snímače na LC obvode s nastavením frekvencie, len s tým rozdielom, že na inštaláciu diferenciálneho snímača je potrebný priestor pre druhú anténu.

4. Rezonančné kapacitné snímače(RF patent č. 2419159; link Rospatent).
Vysoko citlivé kapacitné zariadenia - signál odozvy je v týchto prevedeniach generovaný vo vstupnom LC obvode, ktorý je v čiastočne rozladenom stave vzhľadom na signál z pracovného RF generátora, ku ktorému je obvod pripojený cez malý kondenzátor (nevyhnutný odporový prvok v obvode).
Princíp činnosti takýchto štruktúr má dve zložky: prvá je vhodne nakonfigurovaný obvod LC a druhý je odporový prvok, cez ktorý je obvod LC pripojený k výstupu generátora.

Vzhľadom na to, že LC obvod je v stave čiastočnej rezonancie (pri sklone charakteristiky), jeho odpor v obvode RF signálu silne závisí od kapacity - ako vlastnej, tak aj kapacity antény snímača, ktorá je k nemu pripojená. . V dôsledku toho, keď sa akýkoľvek objekt priblíži k anténe, RF napätie na LC obvode výrazne zmení svoju amplitúdu, čo je signál na spustenie zariadenia.

Súčasne LC obvod nestráca svoje selektívne vlastnosti a účinne potláča (smeruje do puzdra) vonkajšie vplyvy prichádzajúce z antény snímača - rušenie a rádiové rušenie, čím sa zabezpečuje vysoká úroveň odolnosti konštrukcie voči šumu.

V rezonančných kapacitných snímačoch musí byť prevádzkový signál z výstupu RF generátora privedený do LC obvodu cez nejaký odpor, ktorého hodnota musí byť porovnateľná s odporom LC obvodu pri pracovnej frekvencii, inak, keď sa objekty priblížia anténa snímača, prevádzkové napätie LC obvod bude veľmi slabo reagovať na zmeny odporu LC obvodu v obvode (RF napätie obvodu jednoducho zopakuje výstupné napätie generátora).

Môže sa zdať, že LC obvod, ktorý je v stave čiastočnej rezonancie, bude nestabilný a príliš ovplyvnený teplotnými zmenami. Reálne, - za predpokladu, že sa použije slučkový kondenzátor s malou hodnotou, t.j. (M33 – M75) - obvod je celkom stabilný, aj keď kapacitné zariadenie pracuje vo vonkajších podmienkach. Napríklad, keď sa teplota zmení z +25 na -12 stupňov. RF napätie na LC obvode sa zmení najviac o 6%.

Navyše, v rezonančných kapacitných prevedeniach je anténa pripojená k LC obvodu cez malý kondenzátor (v takýchto zariadeniach nie je potrebné používať silnú väzbu), vďaka čomu poveternostné vplyvy na anténu snímača nenarúšajú činnosť snímača. LC obvod a jeho prevádzkové RF napätie zostáva prakticky nezmenené aj za dažďa.
Rezonančné kapacitné snímače z hľadiska svojho dosahu výrazne (niekedy aj niekoľkonásobne) prevyšujú zariadenia na báze frekvenčne nastavovacích LC obvodov a diferenciálnych transformátorov, snímajúcich priblíženie osoby na vzdialenosť výrazne presahujúcu 1 meter.

Pri tom všetkom sa vysoko citlivé návrhy využívajúce rezonančný princíp činnosti objavili len nedávno - prvou publikáciou na túto tému je článok „Kapacitné relé“ (časopis „Rádio“ 2010 / 5, s. 38, 39); okrem toho sú ďalšie informácie o rezonančných kapacitných zariadeniach a ich modifikáciách dostupné aj na webovej stránke autora vyššie uvedeného článku: http://sv6502.narod.ru/index.html.

Vlastnosti rezonančných kapacitných snímačov.
1) Pri výrobe rezonančného snímača určeného na prevádzku vo vonkajších podmienkach je potrebná povinná kontrola tepelnej stability vstupného uzla, pre ktorú sa meria potenciál na výstupe detektora pri rôznych teplotách (na to môžete použiť chladničku mraznička), detektor musí byť tepelne stabilný (na tranzistore s efektom poľa).
2) V rezonančných kapacitných snímačoch je spojenie medzi anténou a RF generátorom slabé a preto je emisia rádiového rušenia do ovzdušia pre takéto konštrukcie veľmi nevýznamná - niekoľkonásobne menšia v porovnaní s inými typmi kapacitných zariadení.

Oblasť použitia.
Rezonančné kapacitné snímače je možné efektívne použiť nielen vo vidieckych a terénnych, ale aj v mestských podmienkach, pričom neumiestňujte snímače do blízkosti silných zdrojov rádiových signálov (rozhlasové stanice, televízne centrá atď.), inak budú rezonančné kapacitné zariadenia tiež vykazovať falošné spúšťanie.
Rezonančné snímače môžu byť inštalované aj v tesnej blízkosti iných elektronických zariadení – vďaka nízkej úrovni vyžarovania rádiového signálu a vysokej odolnosti voči šumu majú rezonančné kapacitné štruktúry zvýšenú elektromagnetickú kompatibilitu s inými zariadeniami.

Nechajev I. "Kapacitné relé", žurnál. "Rozhlas" 1988 /1, str.33.
Ershov M. "Kapacitný snímač", žurnál. "Rozhlas" 2004 / 3, s. 41, 42.
Moskvin A. "Bezkontaktné kapacitné snímače", žurnál. "Rádio" 2002/10,
str. 38, 39.
Galkov A., Chomutov O., Jakunin A.. „Kapacitný adaptívny bezpečnostný systém“ RF patent č. 2297671 (C2), s prioritou z 23. júna 2005 – Bulletin „Vynálezy. Úžitkové vzory", 2007, č. 11.
Savčenková V., Gribová L.„Bezkontaktný kapacitný snímač s kremeňom
rezonátor“, žurnál. "Rozhlas" 2010 / 11, s. 27, 28.
„Kapacitné relé“ - denník. "Rozhlas" 1967/9, s. 61 (časť zahr
štruktúry).
Rubcov V."Bezpečnostné poplašné zariadenie", žurnál. "Rozhlasový amatér" 1992 / 8, s.
Gluzman I. "Prezenčné relé", žurnál. "Modelový dizajnér" 1981 / 1,
str. 41, 42).

Viacnásobné obvody snímačov

V januári 2007 vydalo vydavateľstvo "Veda a technika" knihu od autora A.P. Kashkarova "Elektronické senzory". Na tejto stránke by som vám rád predstavil niektoré z návrhov.

Najprv sa pozrime na obvody využívajúce mikroobvod K561TL1. Prvý obvod je kapacitné relé:

Mikroobvod K561TL1 (cudzí analóg CD4093B) je jedným z najpopulárnejších digitálnych mikroobvodov v tejto sérii. Mikroobvod obsahuje 4 prvky 2I-NOT s prenosovou charakteristikou Schmittovej spúšte (má určitú hysterézu).

Toto zariadenie má vysokú citlivosť, čo umožňuje jeho použitie v zabezpečovacích zariadeniach, ako aj v zariadeniach, ktoré upozorňujú na nebezpečnú prítomnosť osoby v nebezpečnej oblasti (napríklad v pílach). Princíp zariadenia je založený na zmene kapacity medzi anténnym kolíkom (používa sa štandardná autoanténa) a podlahou. Podľa autora sa táto schéma spustí, keď sa priemerne veľký človek priblíži na vzdialenosť asi 1,5 metra. Ako záťaž tranzistora je možné použiť napríklad elektromagnetické relé s prevádzkovým prúdom maximálne 50 miliampérov, ktoré svojimi kontaktmi zapína aktor (siréna atď.). Kondenzátor C1 slúži na zníženie pravdepodobnosti spustenia zariadenia v dôsledku rušenia.

Nasledujúce zariadenie je snímač vlhkosti:

Zvláštnosťou obvodu je použitie variabilného kondenzátora C2 typu 1KLVM-1 so vzduchovým dielektrikom ako snímačom. Ak je vzduch suchý, odpor medzi doskami kondenzátora je viac ako 10 Gigaohmov a aj pri nízkej vlhkosti sa odpor znižuje. Tento kondenzátor je v podstate vysokoodporový odpor s odporom, ktorý sa mení v závislosti od vonkajších podmienok absorbovanej atmosférickej vlhkosti. V suchom podnebí je odpor snímača vysoký a na výstupe prvku D1/1 je prítomná nízka úroveň napätia. So zvyšujúcou sa vlhkosťou sa odpor snímača znižuje, vytvárajú sa impulzy a na výstupe obvodu sú prítomné krátke impulzy. So zvyšujúcou sa vlhkosťou sa zvyšuje frekvencia generovania impulzov. V určitom okamihu vlhkosti sa generátor na prvku D1/1 zmení na generátor impulzov. Na výstupe zariadenia sa objaví nepretržitý signál.

Obvod dotykového snímača je znázornený nižšie:

Princíp činnosti tohto zariadenia je reagovať na „rušenie“ ľudského alebo zvieracieho tela rôznymi elektrickými zariadeniami. Citlivosť prístroja je veľmi vysoká - reaguje aj na dotyk osoby v látkových rukaviciach dosky E1. Prvým dotykom sa zariadenie zapne, druhým dotykom vypne. Kondenzátor C1 slúži na ochranu pred rušením a v konkrétnom prípade tam nemusí byť...

Ďalším zariadením je indikátor vlhkosti pôdy. Toto zariadenie možno použiť napríklad na automatizáciu zavlažovania skleníka:

Zariadenie je podľa mňa veľmi originálne. Senzorom je indukčná cievka L1, zakopaná v pôde do hĺbky 35-50 centimetrov.
Tranzistor T2 a tlmivka tvoria spolu s kondenzátormi C5 a C6 samooscilátor s frekvenciou asi 16 kilohertzov. V suchej pôde je amplitúda impulzov na kolektore tranzistora VT2 3 volty. Zvýšenie pôdnej vlhkosti vedie k zníženiu amplitúdy týchto impulzov. Relé je zapnuté. Pri určitej hodnote vlhkosti sa generovanie preruší, čo vedie k vypnutiu relé. Relé svojimi kontaktmi vypína napríklad čerpadlo alebo elektromagnetický ventil v závlahovom okruhu.
O detailoch: Najdôležitejšou časťou obvodu je cievka. Táto cievka je navinutá na kus plastovej rúrky s priemerom 100 mm, dĺžkou 300 mm a obsahuje 250 závitov PEV drôtu s priemerom 1 mm. Navíjanie - otáčať sa otáčať. Z vonkajšej strany je vinutie izolované dvoma až tromi vrstvami PVC izolačnej pásky. Tranzistory je možné nahradiť KT315. Kondenzátory - typ KM. Diódy VD1-VD3 - typ KD521 - KD522.
Celá konštrukcia je napájaná zo stabilizovaného zdroja 12 voltov. Spotreba prúdu obvodom je (v mokro-suchých režimoch) 20-50 miliampérov.
Elektronický obvod je zostavený v malej zapečatenej krabici. Aby bolo možné nastavenie, mal by byť oproti motoru R5 umiestnený otvor, ktorý je po nastavení tiež hermeticky utesnený. Na napájanie je použitý nízkovýkonový transformátor s usmerňovačom a stabilizátorom na báze KR142EN8B. Relé by malo normálne fungovať pri prúde nie viac ako 30 miliampéroch a napätí 8-10 voltov. Môžete napríklad použiť RES10, pas 303. Kontakty tohto relé nie sú vhodné na napájanie čerpadla. Auto relé môžete použiť ako medzirelé. Kontakty takéhoto relé môžu vydržať prúd najmenej 10 ampérov. Relé typu KUTS môžete použiť aj z farebných televízorov. Obidve odporúčané relé majú 12-voltové vinutie a môžu byť zapnuté pred stabilizačným čipom (za usmerňovačom a vyhladzovacím kondenzátorom), alebo za stabilizátorom (potom by mal byť stabilizačný čip nainštalovaný na malom chladiči). Na kryte by mali byť nainštalované aj dva utesnené konektory (napríklad typ RSA). Jeden konektor slúži na pripojenie siete a pohonu (čerpadla), druhý slúži na pripojenie cievky.
Nastavenie obvodu spočíva v nastavení citlivosti zariadenia pomocou variabilného odporu R5. Konečné nastavenie sa vykonáva v mieste prevádzky zariadenia presnejším nastavením odporu. Malo by sa pamätať na to, že toto zariadenie mierne mení prah spínania pri zmene teploty pôdy (nie je to však príliš významné, pretože v hĺbke 35 - 50 centimetrov sa teplota pôdy mierne mení).
Na jar majú majitelia zeleninových jám a garáží ešte jednu starosť.- roztopená voda. Ak sa voda neodčerpá včas, zelenina sa stane nepoužiteľnou... Postup čerpania vody môžete zveriť automatizácii. Schéma sa ukáže ako jednoduchá, ale ušetrí vám veľa času a nervov ( Tento diagram nie je z knihy!) :

Automatický okruh „čerpania vody“ funguje na princípe elektrickej vodivosti vody. Hlavným prvkom kontroly hladiny je blok troch platní z nehrdzavejúcej ocele. Dosky 1 a 2 majú rovnakú dĺžku, doska 3 je horný snímač hladiny vody. Kým hladina vody je pod úrovňou 3 dosky - na vstupe logického prvku D1 je úroveň logická jednotka, na výstupe prvku je hladina logická nula - tranzistor je zablokovaný, relé je bez napätia. Keď sa hladina vody zvýši, snímač 3 je pripojený cez vodu k spoločnému vodiču okruhu (doska 1) - na vstupe prvku je hladina logická nula, na výstupe prvku - úroveň logickej jednotky - tranzistor sa otvorí - relé zapne čerpadlo svojimi kontaktmi. Súčasne s čerpadlom je senzorová doska 2 pripojená na vstup okruhu. Táto doska je snímač nízkej hladiny vody. Čerpadlo bude fungovať, kým hladina vody neklesne pod úroveň platní. Potom sa čerpadlo vypne a okruh prejde do pohotovostného režimu...
Obvod môže využívať takmer akékoľvek logické prvky technológie CMOS radu 176, 561,564. Relé RES22 sa používa pre prevádzkové napätie 10-12 voltov. Toto relé má pomerne výkonné kontakty, čo umožňuje priamo ovládať čerpadlo typu Aquarius s výkonom až 250 wattov. Pre zvýšenie spoľahlivosti prevádzky je účelné zapájať paralelne voľné skupiny reléových kontaktov (sú celkom štyri) a paralelne k reléovým kontaktom pripojiť reťaz sériovo zapojeného 100 ohmového odporu (s výkonom najmenej 2 watty) a kondenzátorom 0,1 mikrofaradu (s prevádzkovým napätím najmenej 400 voltov). Táto reťaz slúži na zníženie iskrenia na kontaktoch počas spínacích momentov. Ak máte čerpadlo s vyšším výkonom, budete musieť použiť prídavné medzirelé s kontaktmi vyššieho výkonu (napríklad štartér PME 100 - 200...), ktorého vinutie (zvyčajne 220 voltov) sa spína pomocou Relé RES22. V tomto prípade zvyčajne stačí jeden pár kontaktov a obvod zhášania iskry nie je potrebné inštalovať paralelne s kontaktmi relé. Výkonový transformátor bol použitý na 12 voltov (bol pripravený) s výkonom asi 5 wattov. Pri vlastnej výrobe by ste mali vziať do úvahy skutočnosť, že transformátor bude pracovať nepretržite, takže je lepšie zvýšiť (pre spoľahlivosť) počet závitov primárneho a sekundárneho vinutia o 15-20 percent v porovnaní s vypočítanými. Neradil by som vám používať čínske transformátory - počas prevádzky sa veľmi zahrievajú - môže dôjsť k požiaru alebo transformátor jednoducho vyhorí a budete si istí spoľahlivosťou obvodu a prestanete navštevovať garáž... výsledkom je pokazená zelenina...
Toto zariadenie používa autor 5 rokov a preukázalo vysokú spoľahlivosť. Toto „zariadenie“ vysoko ocenili aj susedia v garážovom družstve - hladina vody v ich jamách tiež výrazne klesla...

Je možné vyrobiť podobné zariadenie bez mikroobvodu:

Relé v tomto prevedení je použité typu KUTS (z farebných televízorov). Tento typ relé má dva páry normálne otvorených kontaktov. Jeden pár sa používa na spínanie senzorových dosiek, druhý na ovládanie čerpadla. Treba mať na pamäti, že nie je vhodné používať relé typu KUTS v spojení s mikroobvodom - môže dôjsť k falošným pozitívnym výsledkom v dôsledku rušenia!

Schéma nemá žiadne špeciálne funkcie. Počas nastavovania možno budete musieť vybrať odpor R2 v obvode predpätia tranzistora VT2, čím sa dosiahne jasná činnosť relé, keď sa snímač dostane do kontaktu s vodou.