11 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Датчик линейного перемещения своими руками

Радиолюбитель

Последние комментарии

  • Pit на Компьютер – осциллограф, генератор, анализатор спектра
  • Владислав на Новогодние схемы
  • Алек на Светодиодный ночник
  • Владимир на Программа “Компьютер – осциллограф”
  • ДЕМЬЯН на Регулируемый блок питания 0-12 В на транзисторах

Радиодетали – почтой

Датчики движения своими руками

Несколько датчиков движения своими руками

Несколько датчиков движения своими руками.

В этой статье мы начнем путь от самых легких и примитивных схем и закончим более сложными и интересными решениями, но сначала небольшое предисловие.

Если вы читаете эту статью в надежде найти в ней схемы инфракрасных датчиков движения или схемы датчиков, которые достаточно сложно собрать в домашних условиях, то это статья не для вас. Но если вы решили развить свой кругозор и ваш выбор пал на изучение принципов работы датчиков движения, то это статья подходит вам как нельзя лучше.

Самый простой датчик движения который можно придумать – это датчик с применением проволочного резистора, или, как их правильно называть, потенциометрические резистивные преобразователи. Стоит сделать небольшую оговорку, что это не совсем датчик движения, а скорее датчик перемещения и попал в статью лишь благодаря своей простоте.

Предположим, на необходимо зафиксировать линейное передвижение малогабаритного объекта из точки А в точку Б. Тут нам и понадобиться подобный датчик, поскольку применение более сложных датчиков для таких целей просто нецелесообразно.

Рисунок 1:

Как видите все весьма просто, наш объект соединен с движком, который в свою очередь перемещается по резистору, изменяя напряжение на вольтметре. Было бы не совсем справедливо с моей стороны умолчать тот факт, что конструкция, показанная выше, не совсем рабочая. Проблема в том что преобразование линейного перемещения в напряжение происходит не по линейному закону, так как обычно эти датчики подключены к какой – нибудь нагрузке (в этой схеме вместо вольтметра). Но в схеме, показанной на рисунке 2, этот недостаток устранен.

Рисунок 2:

Назначение элементов:
GB1 – источник питания.
R1 – проволочный резистор.
R2 – резистор, который шунтирует верхние плече потенциометра. Зачем? Это вы увидите на рисунке 3.
R3 – сопротивление нагрузки, в качестве нагрузки сюда можно подключить любой тип индикации, начиная с обычных лампочек и заканчивая схемами, способными воспроизводить звуковой сигнал.
V – сюда можно подключить вольтметр.

Рисунок 3:

Красной линией показана кривая преобразования движения в напряжение, если в схеме нет R2. А зеленой, почти прямой линией, показано преобразование с R2.

Теперь обсудим достоинства и недостатки таких датчиков.
+ Сравнительно простые в исполнение.
+ Достаточно точные.

— Требуют небольшой отладки перед использованием. Заключается эта отладка в снятии графика как на рисунке 3 для того, что бы определить качество датчика.

Датчики движения с применением фотоэлементов.

Здесь уже предстоит более сложная, но и интересная работа. Мы пойдем по наиболее простому пути, и для сборки такого датчика придется раздобыть фототранзистор. Его можно спокойно приобрести в магазине или сделать самому, так как это достаточно не сложно. Возьмите транзистор, который имеет корпус как на рисунке 4.

Рисунок 4:

Отпилите верхнею часть корпуса так, что бы на верху образовалось своего рода окно или отделите корпус так, что бы открыть весь кристалл (рисунок 5).

Рисунок 5:

В этом случаи, если на транзистор попадет свет, он будет работать как фототранзистор, но возможно в некоторых случаях будет менее чувствительный.

Теперь нам нужно собрать две достаточно простые схемы. Одна схема будет представлять собой источник света, а другая будет схемой фотоприемника. Начнем с конца.

Рисунок 6:

Назначение элементов:
VT1 – фототранзистор
R1 – резистор, выполняющий две функции: устанавливает рабочую точку и играет роль коллекторной нагрузки. К сожалению его номинал подбирается опытным путем, поэтому наберитесь терпения.
C1 – конденсатор, его назначение будет подробнее описано ниже.
DA1 – операционный усилитель с обратной связью.
R2 – резистор, на котором реализована обратная связь ОУ. Чем больше его наминал, тем больше коэффициент усиления, но стоит помнить: чем больше Кu, тем меньше устойчивость усилителя. Ищите золотую середину.

Схема работает следующим образом. Попадание света на VT1 можно принять за подачу небольшого постоянного напряжения на базу транзистора. Тогда, после попадания луча света на VT1, он откроется, конденсатор С1 зарядится, и в момент, когда свет перестанет падать на транзистор, начнет разряжаться, при этом напряжение в точке А начнет плавно уменьшаться. Отсюда следует, что оно упадет и на выходе. Тогда зачем операционный усилитель? Ведь можно обойтись и без него. Возьмем и сделаем выход не после ОУ, а из точки А. Можно и так, но операционный усилитель усиливает сигнал, снятый в точке А, что бы этот датчик можно было соединить с различными устройствами.

По сути дела, это обычный фотодатчик, можете подумать вы, и я буду вынужден согласиться, но только с одной оговоркой. До тех пор, пока мы не затемним транзистор (окно, пропиленное в крышке VT, надо закрыть темным пропускающим свет материалом, что бы уменьшить влияние обычного освещения) и не поставим напротив него источник света. Тогда у нас появиться оптическая связь, и до тех пор, пока кто то не перекроет луч света, напряжение на выходе второй части датчика не будет меняться. Но как только оптическая связь разорвана, напряжение на выходе почти мгновенно станет равно нулю благодаря операционному усилителю.

Что использовать в качестве излучателя решайте сами, можете поставить простой светодиод, но тогда расстояние до фотоприемника придется сильно сократить. Или поставить обычный красный лазер, сильно выиграв в расстоянии. Хотите, что бы датчик был незаметен? Поставьте ИК диоды.

Так же не забывайте, что на излучатель можно поставить линзу, которая будет фокусировать излучение.

Я не буду приводить схемы излучателя, так как вам достаточно вбить в поисковике фразу: ” Как включить светодиод” и вы получите миллионы схем.

Нам так же необходимо анализировать информацию, полученную с датчика. Для этого добавим к схеме один новый элемент – реле.

Все очень просто: обмотку реле соединяем с нашим входом, на один из контактов подаем напряжение, у меня это 12В. Другой заземляем, а на третий подключаем, например, радиоприемник, как на рисунке 7.

Рисунок 7:

Тогда, пока на датчик падает свет, цепь питания приемника соединена с корпусом и радио молчит, но когда свет не достигает VT1, реле срабатывает и замыкает цепь питания с 12В, рисунок 8.

Рисунок 8:

И тогда наш радиоприемник заработает, таким образом подав вам звуковой сигнал. Вместо радиоприемника может быть все что вам захочется, была бы фантазия.

Важно так же уточнить: если вы решите собрать эту схему и не знакомы с реле, ознакомьтесь с принципом работы и основными параметрами, это знание сильно облегчит настройку датчика.

Перед завершением статьи, пару слов о плюсах и минусах.
+ Простая схема.
+ Возможность анализировать состояния датчика, не переводя аналоговый сигнал в цифровой.
— Сложная система калибровки.

Комментарии

Датчики движения своими руками — 2 комментариев

Здравствуйте,не могли вы бы мне подсказать. Когда то я ещё в школьные годы ходил на радио кружок и вот там мы собирали сигнализацию по принципу радио помех. Тоесть некийобъект создаёт препятствие для прохождению радио волны конечно мы его долго собирали там приемник и , но все же можно было понять о количестве проходящих людей

Виды и где применяются датчики линейного перемещения, как сделать своими руками

Контроллеры – устройства, позволяющие сделать жизнь людей проще. Есть контроллеры света, датчики звука, а есть регистраторы перемещения. Последние определяют величину изменения координат чего-либо. Разумеется, они применяются во всех сферах человеческой жизни. Далее будет рассмотрен датчик для контроля линейного перемещения объектов: его разновидности, характеристики, а также применение устройства.

Описание и назначение прибора

В общем виде подобные контроллеры состоят из элементарного электронного устройства (конденсатора, катушки, резистора, их комбинаций с дополнениями), механического объекта, изменяющего параметры этих устройств (феррита или пластины диэлектрика), а также АЦП для обработки сигнала аналогового формата и передачи его на управляющий элемент (микроконтроллер, например).

Виды и принцип действия

Контроллеры движения различаются по физическим явлениям, которые лежат в их основе, и, соответственно, по способу функционирования.

Емкостные

Работа таких регистраторов основана на варьировании емкости конденсатора.

Из школьного курса физики известно, что емкость проще изменить, уменьшая или увеличивая расстояние между его обкладками, либо внесением диэлектрика между его пластинами.

Исходя из этого получается, что емкостные контроллеры бывают двух видов (в зависимости от способа изменения емкости накопителя).

В первом случае чем ближе измеряемая цель, движение которого фиксирует датчик, тем меньше зазор между обкладками, тем больше его емкость. И наоборот.

При использовании емкостного контроллера второй конфигурации движение фиксируется при помощи пластины, связанной с измеряемой целью. Чем цель ближе, тем больше пластина проникает между пластинами.

Фиксировать величину емкости можно разными способами. Например, измерять комплексное сопротивление конденсатора.

Оптические

Эффектов из раздела оптики, на которых можно построить датчик движения, много. Самый популярный и чаще используемый – эффект оптической триангуляции. Контроллеры на его основе определяют расстояние от движущейся цели с помощью фиксации рассеянного о поверхность перемещающегося объекта излучения и определения угла отражения с помощью фотодетектора.

Такие контроллеры производят измерение расстояния, никак не контактируя с выбранной целью. Они высокоточные и быстро реагируют на изменение измеряемых параметров.

Другой вид оптических контроллеров основан на учете вибрации и малых перемещений. Такие регистраторы состоят из трубы, двух решеток внутри – одна зафиксирована на месте, а вторая подвижная и может быть связана с движущимся объектом – и фотодетектора.

При появлении движения со стороны цели подвижная решетка изменяет свое положение, что влияет на интенсивность света, поступающего через обе решетки на фотодетектор.

Если такие датчики научить распознавать поляризацию света, то можно на их основе создавать селекционные контроллеры, которые будут реагировать только на объекты, хорошо отражающие свет.

Индуктивные

Принцип функционирования индуктивных контроллеров в одном из исполнений похож на принцип работы емкостных контроллеров, где емкость изменялась за счет внесения в конденсатор диэлектрика.

Правда, в индуктивные приборы вносится не диэлектрик, а сердечник в трансформатор. Сердечник связан с движущейся целью. Чем он больше проникает между обмотками, тем больше амплитуда, например, напряжения во вторичном проводе.

По размерности сигнала во вторичном проводе можно иметь представление о положении интересующей цели.

Такие регистры имеют и другую конфигурацию. Они могут состоять из ферромагнетика и измерителя индуктивности. Ферромагнетик связан с движущейся целью. По близости ферромагнетика к измерителю можно судить о положении объекта.

Индуктивные контроллеры во втором исполнении можно применять только для контроля небольших перемещений.

Вихретоковые

Такие контроллеры в своем составе имеют генератор магнитного поля и его регистратор. Регистратор определяет индукцию создаваемого поля. Движущаяся цель создает побочное магнитное поле с помощью вихревых токов. Оно пересекается с исходным полем, создаваемым генератором.

От пересечения магнитных линий изменяется индукция поля. Изменение индукции фиксирует регистратор. По нему можно судить о положении цели.

Ультразвуковые

Они представляют собой радары. Принцип их действия простой: источник контроллера излучает ультразвуковую волну, она сталкивается с движущейся целью, отражается от него, а приемник контроллера ее фиксирует. По различию параметров отраженной и принимаемой волны делают выводы о положении движущегося объекта.

Магниторезистивные

Такой контроллер в своем составе имеет постоянный и пластины, параметры которых зависят от величины магнитного поля вокруг, включенные по схеме, называемой “мостом”. Последние изменяют свое сопротивление в зависимости от индукции вокруг них.

Брусок из ферромагнетика, связанный с движущимся объектом, в зависимости от положения последнего, перемещается в поле, изменяет его индукцию, пластины меняют импеданс, и схема регистрирует фактически изменение этого сопротивления. По величине этого рассогласования судят о положении нужной цели.

Потенциометрические

Эти датчики – одни из самых простых контроллеров движения. Все, что они имеют в своем составе, это источник сигнала и потенциометр, регулятор которого связан с движущейся целью.

В зависимости от положения ручки меняется разность потенциалов на переменном резисторе.

По величине этого напряжения можно судить о положении цели.

Магнитострикционные

Эффект магнитострикции состоит в изменение объема и габаритов какого-либо тела при изменении его намагниченности. Регистры на основе этого эффекта состоят из волновода (трубки), по которому перемещается магнит в форме кольца. Внутри трубки находится провод с подключенными к нему генератором и регистром импульсов. Поле, создаваемое проводником, складывается с полем, создаваемым магнитом.

Суммированное поле вращает трубку, что позволяет волноводу создавать импульсы вращения, попадающие на регистратор. По задержке между отправлением электроимпульса и приходом импульса от волновода можно определить расстояние до кольца, а положение магнита дает представление о положении перемещающейся цели.

На основе эффекта Холла

Контроллеры, принцип функционирования которых объясняется действием этого эффекта, похожи на магниторезистивные.

Эффект Холла состоит в изменении напряжения проводника при прохождении через него электрического тока.

Области применения

Любой регистратор движения представляет собой индикатор с аналогово-цифровым преобразователем. Аналоговый сигнал – изменение напряжения, емкости конденсатора, амплитуды во вторичной обмотке и других параметров. Цифровой сигнал – то, что управляет подключенной к датчику системой.

Каким-то системам достаточно лишь двух сигналов с датчика – нуля и единицы. К ним относятся системы сигнализации (извещатели), в которых ноль – дверь закрыта, единица – дверь открыта; системы управления светом (ноль – никого нет в помещении, свет выключен, единица – в помещении есть движение, свет включен).

Хотя есть системы, в которых важна точность измерений подобных датчиков. Например, станки с числовым программным управлением, которые на основе данных с датчика движения могут регулировать положение в пространстве работающего механизма (иглы или сверла).

Обзор производителей

На рынке представлено большое количество производителей датчиков линейного движения, среди которых:

  • ЭЛТЕХ;
  • Longfellow-2;
  • DuraStar;
  • DEPP;
  • HENGXIA;
  • Roundss.

Эти компании выпускают продукцию различного качества, разного функционала и разной ценовой категории.

Важно! Стоимость всех далее приведенных устройств, которые производятся не в России, зависит от курса рубля.

ЭЛТЕХ

ЭЛТЕХ – компания из Санкт-Петербурга, которая является крупнейшим производителем подобных контроллеров в стране. Они выпускают датчики емкостного, индуктивного и магниторезистивного типа.

Longfellow-2 и DuraStar

Longfellow-2 и DuraStar – датчики линейного движения, относящиеся к типу потенциометрических. Они способны улавливать изменения движения в пределах до 6,1 см с точностью 0,5%.

Чем дороже стоят модели, тем больший диапазон измерений они поддерживают.

DEPP EP15-series

Модель датчика китайской компании DEPP, относящегося к типу устройств, в основе которых лежит изменение магнитной индукции поля. Они применяются в станках и системах автоконтроля.

HENGXIA K100-series

Модель оптического датчика, которая может фиксировать размеры в диапазоне 0,5 – 72 см.

Roundss Rlc50d

По сути, этот датчик – электронная рулетка, которая с высокой точностью определяет необходимые расстояния.

Как изготовить своими руками

Проще всего создать потенциометрический датчик и подключить к нему какой-либо микропроцессор.

Для создания потенциометрического датчика нужно взять блок питания и потенциометр, регулировочную ручку которого следует подключить к перемещаемому объекту. К потенциометру нужно подключить один из выводов микроконтроллера в режиме АЦП (обязательно через ограничительный резистор, чтобы вход не сгорел), а к другому выводу следует подключить систему, управление которой осуществляется (аналогично через резистор).

Не так сложно изготовить индуктивный датчик. Для этого понадобится тот же микроконтроллер с входом в режиме АЦП, две обмотки для будущего трансформатора и регулируемый сердечник. Подвижную часть сердечника нужно подключить к движущемуся объекту, АЦП – ко вторичной обмотке, первичную обмотку соединить с источником питания, к другому выводу микроконтроллера следует подключить управляемую систему. Нельзя забывать об ограничительных резисторах.

По аналогии можно собрать емкостной датчик с введением диэлектрика. Вместо обмоток трансформатора подключаются обкладки конденсатора, вместо ферромагнетика сердечника – любой диэлектрик.

Можно собрать и лазерный датчик линейного перемещения. Как раз такой применяется в станках с ЧПУ. Проблем с приобретением самого излучателя нет. Они могут возникнуть на этапе обработки сигнала с лазерного излучателя. Делать это проще всего с помощью микроконтроллера (например, SMT или AVR), но для отладки обработки этого сигнала потребуется потратить много времени, если нет большого опыта в проектировании таких устройств.

Технические устройства с более сложной конструкцией, конечно, тоже можно самостоятельно собрать. Тем более, что их схемы доступны в интернете, вопрос только в подборе номиналов элементов. Хотя лучше приобрести готовые изделия, потому что они заранее проверены и настроены инженерами компании-изготовителя.

Правила эксплуатации

Первое, что нужно уяснить при эксплуатации подобных датчиков –, они не любят резких воздействий со стороны, к которым относятся удары, вибрация, падения и т.д. Дорогие датчики линейного перемещения – высокочувствительные устройства и в них устанавливаются элементы, не переносящие деформации. Удар или деформация может повредить контакт регистратора, и тогда датчик будет показывать неточный результат (или не будет его выводить вообще).

Например, подвижная сетка оптического датчика крайне чувствительна к внешним воздействиям, как и регистраторы в магнитострикционных и магниторезистивных типах моделей.

Также не следует пытаться дорабатывать датчики самостоятельно, если нет никакого опыта в подобных модернизациях. Если контроллер рассчитан на определенную точность, не нужно пытаться ее повысить. Для этого придется пересчитывать номиналы всех элементов в устройстве и, если допустить ошибку, можно его сломать.

Датчики линейного перемещения требуют к себе бережного отношения, если речь идет о бытовых контроллерах, а не об устройствах, которые должны нормально работать в экстренных условиях, вроде датчиков, применяемых в горнодобывающей промышленности.

Контроллеры, предназначенные для работы в особых условиях, не продаются в бытовых магазинах или на популярных китайских сайтах. Изготавливаются они во многих случаях на заказ на специальных предприятиях, а их стоимость в разы выше, чем у массовых аналогов.

Давно пыталась понять, как работают датчики линейного перемещения. Теперь наконец-то разобралась в этой теме и смогла ответить на давно волнующий вопрос. Здесь хорошо показано как сделать его своими руками. Тоже хочу попробовать.

А почему стоимость датчиков не уточнили? Про зависимость от курса доллара-евро я поняла, но ведь даже примерная цена в тексте не указана?

Простой датчик движения своими руками

Возможность контролировать перемещение людей в определенной области позволяет наладить автоматическое включение и выключение света, отпирание и закрытие дверей или вовремя зафиксировать появление злоумышленников. Реализовать такую опцию на практике помогает датчик движения, срабатывающий в случае перемещения определенного объекта в его рабочей области. Однако далеко не всегда есть возможность приобрести такое оборудование по ряду причин. Поэтому в данной статье мы рассмотрим вопрос о том, как датчик движения своими руками.

Виды датчиков движения

Основной задачей датчика движения является фиксация перемещения в заданной области. Как только объект пересечет указанную черту, или займет локацию в охватываемой датчиком области, сенсор воспримет это явление и передаст соответствующий сигнал. В обиходе, на сегодняшний день, присутствует достаточно большое разнообразие подобных устройств, отличающихся как функционалом, так и принципом действия:

  • инфракрасные – основаны на принципе изменения состояния электронного ключа под воздействием светового излучения;
  • радиоволновые – посылают в заданную область определенную частоту радиоволн, в случае появления препятствия волны отражаются и антенна воспринимает это излучение, подавая соответствующий сигнал в ответ;
  • тепловые – реагируют на появление предметов с определенной температурой в зоне охвата, пригодны для использования в помещениях или после захода солнца;
  • магнитные – представляют собой аналог кнопки, устанавливаемой на двери или калитке, срабатывают при открытии, такой тип датчика имеет существенные ограничения в работе;

Тепловые датчики движения будут сбоить при установке их на кухне около обогревателей и других источников тепла. Аналогичным образом боится воздействия помех и радиоволновой датчик. Поэтому широкое распространение получили инфракрасные устройства, работающие за счет фотореле, изменяющего уровень сопротивления при попадании световых волн. Наиболее простым и понятным в изготовлении будет инфракрасный датчик движения.

Читать еще:  Как сделать простую горелку своими руками

Схемы датчиков движения

Принцип действия датчика движения основывается на показаниях измерительного элемента, фиксирующего изменения определенного параметра в окружающей среде. В качестве воспринимающего элемента мы рассмотрим пиромодуль (PIR элемент) или фоторезистор, которые будут реагировать на изменение инфракрасного излучения. Наипростейшей схемой такого датчика является:

Рис. 1. Схема датчика на пиромодуле

Как видите на рисунке 1, пиромодуль PIR D203S включает в себя несколько элементов:

  • непосредственно сам пироэлектрик PIR;
  • полевой транзистор T1;
  • шунтирующий резистор R1.

Работа схемы происходит следующим образом: при попадании света на PIR датчик он изменяет параметр электрической величины и открывает цепь для протекания тока через нагрузку. Это наиболее простой вариант сенсора для датчика движения, вместо него можно использовать отечественный образец ПМ-4. Подключение последнего будет производиться немного сложнее и потребует отдельной установки некоторых радиодеталей. Схема подключения датчика ПМ-4 приведена на рисунке ниже:

Рис. 2. Подключение сенсора ПМ-4

Данная модель PIR элемента, в отличии от предыдущей, имеет восемь выводов, 5 из которых нам понадобятся для подключения. Как видите на схеме 2, подключение происходит следующим образом:

  • выводы 1,6 и 8 необходимо объединить для подключения к минусовой шине;
  • клемма 8 подключается к клемме 2 через резистор R1;
  • вывод 2 подсоединяется к затвору транзистора VT1;
  • клемма 4 датчика подсоединяется к истоку транзистора VT1.

Нагрузка или рабочий электроприбор подсоединяется к стоку полупроводникового элемента. ПМ-4 гораздо чаще встречается у радиолюбителей, поэтому его проще найти в качестве подручного помощника. Но при отсутствии таковых из ситуации поможет выйти и обычный биполярный транзистор, если с него удалить верхнюю крышку, чтобы открыть доступ света к кремниевому кристаллу. В этом случае, на его основе также можно собрать датчик движения своими руками, рабочая схема такого датчика приведена на рисунке 3 ниже:

Рис. 3. Схема датчика движения на основе транзистора

Так как регулировка открытого и закрытого положения в датчике движения будет осуществляться за счет попадающего на кристалл светового потока, база удаляется и в работе схемы не участвует. В остальном схема будет работать по такому принципу:

  • при попадании света на открытый кристалл транзистора VT1 он откроется, и ток будет протекать через его цепь и усилитель DA1 к нагрузке;
  • в случае прекращения подачи светового потока на VT1 переход закроется и напряжение в точке А устремиться к нулю, конденсатор C1 начнет разряжаться;
  • питание нагрузки прекратится за счет закрытия фототранзистора, а возобновление наступит лишь после того, как барьер между источником света и приемником покинет заданную область;

Рис. 4. Препятствие между источником и приемником

  • на выход датчика движения можно подключить реле или контактор, которое будет управлять включением или отключением прожектора освещения.

На схеме R1 совместно с конденсатором C1 представляют собой времязадающую цепочку, поэтому от их параметров будет зависеть результат включения нагрузки. В нашем примере, наиболее часто встречается подключение освещения от датчика движения. Регулируемый резистор R2 установлен в цепь обратной связи усилителя, и чем больше его номинал, тем эффективнее работа усиления, но снижается устойчивость всей схемы. Поэтому подбор этих трех элементов нужно производить опытным путем, на рисунке выше приведены лишь приблизительные параметры.

Что потребуется для изготовления?

Для того чтобы собрать датчик движения своими руками вам понадобиться перечень радиоэлементов, изложенный в списке, если вы используете какую-либо другую схему, то детали подбираются под нее:

  • фоторезистор (при отсутствии можно заменить модернизированным транзистором, как рассматривалось на рисунке);
  • емкостной элемент;
  • усилитель с возможностью установки обратной связи;
  • два резистора, один из которых имеет функцию регулировки;
  • реле или контактор в качестве исполнительного блока;
  • светодиод или лазерная указка для источника освещения;

Рис. 5. Светодиод в качестве источника освещения

  • соединительные провода и плата.

Из инструментов вам пригодятся кусачки, паяльник и припой, если в ход пойдет монтажная плата, то возьмите любое приспособление для распила или отделения по точкам. Заметьте, что все соединения электрических деталей в соответствии с п.2.1.21 ПУЭ должны производиться пайкой, болтовым соединением, обжимом или опрессовкой, поэтому ни в коем разе не делайте скруток. Последний вариант актуален на этапе проектирования и подборки элементов, когда все узлы датчика движения находятся под вашим непосредственным контролем.

Процесс изготовления датчика движения пошагово

Качество и полученный результат при сборке датчика движения своими руками напрямую зависит от вашей осведомленности в радиомоделировании и наличия определенных навыков. Поэтому чтобы исключить элементарные неточности и ошибки мы приведем пошаговую инструкцию по изготовлению датчика движения:

Общее время: 1 час

Проверьте целостность деталей

Предварительно подготовьте радиодетали для датчика движения из предыдущего списка и проверьте их целостность визуальным осмотром.

Нанесите разметку на плату

Приложите детали к монтажной плате, рассчитайте их количество и способ расположения, исходя из принципа и схемы соединения датчика движения. Когда нужное число отверстий или размеры будут у вас, отметьте их на плате.

Отпилите по линии разметки часть платы

При помощи слесарного инструмента отпилите выделенный участок по нанесенной разметке. Во время распила платы весь массив желательно закрепить в тисках или прижмите к столу, так процесс будет легче, а линия отделения получится ровной.

Обработайте края напильником

Если у вас получились серьезные огрехи по краю платы или вам принципиально нужны ровные края для датчика движения, то их следует обработать наждачкой или напильником.

Вставьте детали в отверстия на плате

Установите все элементы в отверстия на плате. Монтаж производится таким образом, чтобы детали входили плотно, не болтались и не мешали поместить конструкцию в корпус.

Припаяйте элементы на плату

С помощью паяльника и олова припаяйте все элементы сенсора движения на плату.

Подключите к прибору освещения

Теперь вы получили готовое устройство для фиксации движения, который можно подключить через реле к прибору освещения. Рекомендую обязательно опробовать работу перед установкой.

Заметьте, что в случае наружной установки совместно с прибором освещения важно обеспечивать достаточный уровень защиты от проникновения пыли и влаги. Поэтому собранная плата помещается в герметичный корпус, а все отверстия прорабатываются герметиком.

Датчики линейного перемещения – основные нюансы

Классификация приборов

Датчики линейного перемещения имеют несколько классификационных уровней, но основным является принцип действия, который определяет функциональное назначение и область использования приборов.

  • Область применения датчиков ↓
  • Емкостные датчики ↓
  • Индукционные датчики ↓
  • Оптические и оптоэлектронные приборы контроля перемещений ↓
  • Производители различного типа приборов ↓
  • Прибор контроля перемещения своими руками ↓

По принципу действия приборы контроля и измерения перемещений можно разделить на:

  1. Емкостные.
  2. Оптические (оптоэлектронные).
  3. Индукционные.
  4. Датчики магнитострикционного типа.
  5. Ультразвуковые.
  6. Резистивные, магниторезистивные и потенциометрические.
  7. Приборы, использующие в своей работе эффект Холла в быту, практически не используются.

Область применения датчиков

Любой датчик движения, вне зависимости принципа действия, предназначен для преобразования линейного перемещения в цифровой или аналоговый сигнал, который затем поступает к электронному блоку измерения или срабатывания. От принципа действия зависит точность измерения.

Часто нет необходимости в замере конкретной величины перемещения. Например, в охранных системах достаточно просто определить наличие перемещения в зоне контроля. Эти приборы получили название датчиков движения. От них не требуется высокая точность замера величины. Поэтому дешевые емкостные, оптические или индукционные устройства здесь наиболее распространены.

В промышленно-производственных системах автоматического управления требуется измерения величины перемещения. Причем измерение (например, в станках с числовым программным управлением) должно быть проведено с высокой точность и осуществляется или непрерывно, или дискретно – через определенные промежутки времени. В этом случае наибольшее распространение получили магнитострикционные приборы.

Емкостные датчики

Простейший емкостный датчик по своей конструкции напоминает конденсатор. При движении контролируемого объекта его емкость может изменяться путем:

  1. Изменения величины зазора между пластинами.
  2. Изменения взаимного положения пластин и как следствие этого увеличения (уменьшения) зоны взаимного перекрытия.
  3. Изменения диэлектрической проницаемости изолирующего слоя.

При изменении емкости устройства эта величина может сама по себе служить сигналом, передаваемый к электронным блокам управления, а может включать генератор импульсов, которые более просто поддаются дальнейшей обработке.

Наибольшее распространения емкостные устройства контроля перемещения нашли:

  1. В качестве источника сигнала в системах контроля заполнения резервуаров жидким или порошкообразным продуктом.
  2. Как прибор, контролирующий начало – окончание рабочего хода исполнительного органа робототехнических систем и автоматических станков и линий.
  3. Для позиционирования различных объектов.
  4. Как обычный конечный бесконтактный выключатель.
  5. В системах контроля и охранной сигнализации как «датчик присутствия».

Благодаря своей невысокой стоимости и надежности, емкостные устройства нашли самое широкое распространения в отдельных системах комплекса жизнеобеспечения «умный дом».

К их достоинствам, по сравнению с устройствами, использующими другой принцип действия, можно отнести:

  1. Упрощенную технологию массового производства, с использованием недорогих, широко распространенных материалов.
  2. Высокую чувствительность при малом энергопотреблении.
  3. Компактные размеры и незначительный вес.
  4. Долговечность, простоту и надёжность эксплуатации.
  5. Простоту адаптирования устройства к решению различных задач и возможность встраивания в любую конструкцию.

Основными факторами, сдерживающими широкое применение в высокоточных системах управления, являются:

  1. Относительно низкий коэффициент преобразования.
  2. Необходимость тщательной экранировки элементов датчика.
  3. Повышение точности работы прибора на более высоких частотах по сравнению с промышленной частотой в 50,0 герц.
  4. Высокая вероятность ложных срабатываний при изменении атмосферных условий (снег, дождь) что требует повышенной защиты источника сигнала.

Индукционные датчики

Сигнал в индукционных датчиках формируется за счет изменения индуктивности катушки. Приборы этого типа отличаются высокой точностью, при незначительных габаритах. Индукционные приборы контроля способны проводить измерения дистанционно, а по типу их подразделяют на простые и дифференциальные.

Одно из конструктивных исполнений этих устройств представляет собой трансформатор, сердечник которого имеет возможность передвигаться. При перемещении сердечника индуктивность катушки меняется и это изменение является сигналом. Значение индуктивности изменяется пропорционально уровня перемещения сердечника.

Если контроль перемещения осуществляется в отношении ферримагнитных объектов, то сердечник не требуется. Деталь, попадая в поле электромагнитного излучения катушки, меняет ее индуктивность и формирует управляющий сигнал.

Контролирующие датчики индукционного типа нашли широкое применение в станках с программным управлением, бесконтактных системах охраны и для фактического измерения перемещения, с отчетом его значения по цифровой шкале или с выводом информации на экран жидкокристаллического дисплея.

Оптические и оптоэлектронные приборы контроля перемещений

Набольшее распространение для контроля движения и измерения расстояния получили оптические триангуляторы, являющиеся по своей сути обычным оптическим (лазерным) дальномером. Для контроля малых изменений линейных величин применяются приборы с поляризационной решеткой. Кроме того, оптические датчики широко используются в системах охраны в качестве «лучевого барьера».

К достоинствам этой категории приборов можно отнести:

  1. Реализацию бесконтактного контроля.
  2. Высокую точность.
  3. Практически мгновенно формирование управляющего сигнала (отсутствие времени задержки срабатывания).

Недостатками высокоточных оптических датчиков считаются:

  1. Значительная стоимость.
  2. Критичность к условиям окружающей среды.

Производители различного типа приборов

Крупнейшим российским производителем приборов для контроля перемещений является компания «ЭЛТЕХ» (Санкт-Петербург), специализирующая на устройства для контроля и измерения величины линейного перемещения индуктивного, резистивного и емкостного типа.

Линейные потенциометры модельных линий «Longfellow-2» и «DuraStar» обеспечивает измерение величины перемещения в пределах до 610,0 миллиметров с точностью 0,5%. Стоимость приборов зависит от измеряемого диапазона (модели) и объема поставки и оговаривается при заказе.

В последнее время большой популярностью пользуется недорогие, но достаточно точные приборы китайского производства.

Наиболее распространены следующие модели:

  1. «DEPP EP15-series» – приборы индукционного типа, применяемые в станках и системах автоматического контроля;
  2. Оптическое устройство «HENGXIA K100-series» позволяет контролировать размеры в диапазоне 50,0…7200,0 миллиметров;
  3. Линейный энкодер «Roundss Rlc50d» по сути является электронной рулеткой, позволяющей с высокой точностью замерять размеры и контролировать пройденный путь.

Стоимость китайской продукции зависит от курсовой стоимости рубля и уточняется при заказе.

Прибор контроля перемещения своими руками

Прибор для измерения величины перемещения изготовить самостоятельно практически невозможно. Однако радиолюбители достаточно часто собирают из вышедшей из строя радио и электронной аппаратуры датчики движения, которые с успехом используются в системах безопасности и жизнеобеспечения.

Например, датчик можно использовать для включения света в туалете, когда в помещение санузла заходит человек. Не менее популярны подобные устройства для включения-отключения освещения в жилых помещениях.

И конечно эти приборы незаменимы при формировании собственной системы безопасности, где они фиксируют любую попытку (неважно человек это или животное) несанкционированного проникновения на территорию защищаемого объекта (садового участка, балкона, гаража). Изготовление самодельного датчика движения рассмотрим на примере сборки оптоэлектронного устройства, контролирующего пересечение охраняемого периметра.

Из деталей для изготовления самого прибора потребуются:

  1. Блок питания от мобильного телефона с напряжением на входе 5,0 вольт.
  2. Фотоэлемент – лучше фоторезистор.
  3. Биполярный транзистор с «p-n-p» – переходом.
  4. Построечный потенциометр (сопротивление) с диапазоном регулировки 0…10,0 килоом.
  5. Электромагнитное реле, срабатывавшее при напряжении 5,0 вольт.
  6. В качестве источника излучения идеально подойдет лазерная указка, дающая тонкий, узконаправленный луч.

Порядок соединения схемы следующий:

  1. Катод фотоэлемента припаивается к плюсовому проводнику блока питания – эта точка будет является общим (массовым) проводником.
  2. К аноду фотоэлемента присоединяется просторечный потенциометр, при выведении его движка в среднее положение.
  3. Свободный контакт потенциометра припаивается к отрицательному проводнику блока питания, а контакт от его движка к базе транзистора.
  4. Эмиттер транзистора включается подсоединяется к общему «плюсу» схемы, а коллектор соединяется с одним из контактов реле.
  5. Второй контакт реле припаивается к отрицательному проводу блока питания.

При освещении окошка фотоэлемента лазерной указкой, поворотом движка потенциометра добиваются надежного срабатывания реле. К коммутационным контактам реле можно подключить любой источник сигнала – ревун, лампу накаливания, светодиодный индикатор. Недостатком данного устройства является то, что оно срабатывает только при пересечении луча света.

То есть в режиме ожидания все его элементы функционируют. При различных способах коммутации контактов реле можно добиться включения света при первом пересечении луча и его отключении при повторном.

Датчик линейного перемещения

Тема раздела Общие вопросы в категории Станки ЧПУ, Hobby CNC, инструмент; к сожалению вопрос не совсем про CNC, но возможно кто то использует в станках и сможет дать грамотный ответ.. нужно .

Опции темы
  • Версия для печати
  • Отправить по электронной почте…
  • Подписаться на эту тему…

Датчик линейного перемещения

к сожалению вопрос не совсем про CNC, но возможно кто то использует в станках и сможет дать грамотный ответ..

нужно подобрать датчик линейного перемещения, штоковый для измерения перемещения в диапазоне 0..300 мм
работать он должен в уличных жестких условиях (мороз -40, жара +50, грязь, пыль, вода, снег, обледенение)

точности достаточно на уровне 1%

есть такие ?
цена нужна минимальная 🙁 на ebay нашел по 200 баксов за штуку но это раза в 4 дороже желаемой цены 🙁

А такой как на штангельциркуле не подойдет ? Диапазон в два раза меньше — но можно подумать и переделать, тем более что требуемая точность в 100раз ниже. Извините, а зачем такие неприятные условия.

нужен универсальный механизм измерения угла поворота рулевого колеса..

универсальное пока только решение по замеру движения рулевой тяги.
вот это линейное перемещение и хочу измерять

Что значит универсальный? Много рулевых колес будешь мерить? Как вариант, обычный потенциометр поворотного типа, с рычагом побольше или системой рычагов. Есть многооборотные, надо только придумать систему передачи.

А энкодер не проще поставить и считать импульсы с него? В качестве энкодера можно любой шаговик использовать. будет вообще просто

энкодер-крутилка не подойдет? Универсальный вполне себе.

универсальный — это для того чтобы иметь возможность установить этот датчик на разные марки автомобилей

вот с системой передачи и проблема.. датчик должен калиброваться 1 раз, и этой калибровки должно хватать навсегда..
поэтому отпадают варианты со всякими резиновыми роликами прижимаемыми к валу рулевого колеса.
самым простым видится датчик линейного перемещения: повесить его на рулевой механизм (точка один) и вторую точку зацепить за рулевую тягу.. — какие там условия работы каждый может убедиться сам (грязь, вода, пыль, мороз, жара и т.д.)
поэтому нежные варианты вроде оптических датчиков нужно очень и очень и очень сильно продумывать. да и мне нужна информация об абсолютном положении а не относительном перемещении. 🙁 поэтому считать оптикой риски на линейке не вариант (что будет если на несколько рисок сдвинули датчик когда устройство было выключено.

подошел бы, но как определить абсолютное положение руля, и как его к рулевому валу надежно и просто закрепить чтобы не приходилось каждый год калибровать.

Как сделать датчик движения своими руками?

Если есть желание обеспечить своё жилище от незаконного проникновения или просто сделать, чтобы свет в подъезде дома включался только тогда, когда кто-то в нём есть, можно сделать датчик движения. Несмотря на то что это кажется сложным, в рамках статьи вы сможете лично убедиться: это не так. У вас может быть желание сделать датчик движения для освещения. Можно также реализовать охранную сигнализацию – всё упирается в вашу фантазию.

О датчиках замолвим слово

Сначала будут идти самые легкие и примитивные схемы, а под конец вы увидите значительно усложнённые и более интересные решения. Но сначала небольшое предисловие. Если у вас есть желание ознакомиться с тем, как работают инфракрасные датчики, или вы думаете увидеть здесь схемы, которые будет сложно собрать в домашних условиях – разочаруем. Данная статья полностью и целиком нацелена исключительно на тех, кто расширяет свой кругозор, желает понять принцип работы и собрать несколько простейших схем, чтобы набить руку в создании подобных устройств и понять, как сделать датчик движения своими руками.

Самый простой и… нерабочий вариант

Самый простой рабочий вариант

  1. GB1 – так обозначен источник питания;
  2. V – сюда подключается вольтметр;
  3. R1 – это проволочный резистор, который является самым важным подобным устройством в схеме;
  4. R2 – резистор, который необходим для шунтирования верхнего плеча потенциометра.
  5. R3 – сопротивление нагрузки. Можно подключить любой тип индикации, от обычных лампочек до схем, воспроизводящих звук.

Теперь посмотрите на график и вспомните резистор из пункта №4. Линии обозначают преобразование движения объекта в напряжение. Красная — в случаях, когда нет R2, а зелёная – если он есть. Про достоинства можно сказать, что его легко собрать, и он достаточно точен. Недостаток один – требуется небольшая отладка, прежде чем использовать устройство.

Датчик движения своими руками

С помощью специальных устройств можно контролировать несанкционированное проникновение в охраняемую зону. Кроме систем безопасности, соответствующие средства применяют для автоматизации отдельных рабочих процессов. Создать датчик движения своими руками можно с помощью инструкций, приведенных в этой публикации.

Принцип работы устройства

Любая сигнализация действует на принципе контроля определенного периметра. Специальными датчиками регистрируют перемещения. Тревожный сигнал передается на пульт охраны. Дублирующее сообщение отправляется владельцу квартиры, иного объекта недвижимости. С помощью блока GSM обеспечивают защищенный канал связи. Подключением аккумуляторной батареи поддерживают работоспособность при авариях (намеренном отсоединении) штатного электропитания.

К сведению. Специализированные системы дополняют пожарной сигнализацией. В этом варианте дополнительное оповещение получает дежурный сотрудник МЧС.

Аналогичное конструкторское решение, но без сообщения пользователю и дежурным службам используют для автоматизации регулярных операций. Типичный пример – освещение темного тамбура. Установленная самоделка будет включать свет только при необходимости. Стоимость деталей намного меньше затрат на сэкономленное электричество. Не следует забывать о дополнительных удобствах. Подобный датчик можно применить для автоматического открывания ворот при выезде на автомобиле с территории личного земельного участка.

Виды датчиков

Рассматривать представленные ниже конструкции следует с учетом определенного технического задания. В закрытом отапливаемом помещении электронный модуль способен простоять длительное время без повреждений. На открытом воздухе понадобится защита от неблагоприятных природных воздействий. В некоторых ситуациях нужно предусмотреть эффективные антивандальные мероприятия. При значительных размерах охраняемого периметра существенное значение приобретает дальность.

К сведению. На земельном участке нужно исключить ложные срабатывания от перемещения домашних животных, птиц.

Читать еще:  7 советов, как утеплить пластиковые окна своими руками

Контактный или магнитный

Без подробных пояснений понятен принцип действия простейшего устройства с механическими контактами. Кнопку (без фиксатора) устанавливают на раме дверного блока. При открывании замыкается подключенная цепь, сигнал поступает на контрольную лампу или специальный блок дистанционного оповещения. Кроме минимальных затрат, подобное устройство привлекает быстротой реализации планов. Для объективности нужно перечислить имеющиеся недостатки:

  • при монтаже повреждается дверная коробка;
  • функциональность охранной системы блокируется прижиманием кнопки (лезвием ножа, банковской карточкой);
  • механический переключатель при частом использовании быстро выйдет из строя.

Вместо простейшего варианта можно применить усовершенствованную схему с герконом. Эта деталь замыкает цепь при удалении магнита. Кроме лучших эстетических параметров, обеспечивается возможность скрытого монтажа. Следует обратить внимание на автономность устройства и отсутствие потребления электроэнергии в режиме ожидания.

ИК-датчик

Рассмотренные варианты обеспечивают контроль дверного блока. Однако они бесполезны на открытом пространстве. Для фиксации перемещений в определенном объеме применяют другие решения.

Интуитивно понятный принцип – регистрация теплового излучения тела человека. Для усиления сигнала используют группу из нескольких линз. Этим же устройством обеспечивают широкую диаграмму направленности. Выбирают датчик, соответствующий определенному диапазону волн. Чувствительность и спектр корректируют фильтрами, дополнительными усилителями.

Такие устройства хорошо выполняют свои функции при отсутствии лишних помех. ИК датчики устанавливают в помещениях, не направляют при монтаже на осветительные и обогревательные приборы. Базовое условие – температура фона должна быть меньше, чем измеряемые параметры.

Лазерный или фотодатчик

Устройства этой категории создают лучи, формирующие защитный контур. Для создания достаточно плотной «сетки» применяют мощный источник света и комплект отражателей. Оптимальный вариант – лазерный датчик движения. Такой луч не рассеивается на большом расстоянии. Прерывание сигнала фиксируется чувствительным датчиком. Такими системами оснащают крупные объекты, открытые площадки.

Микроволновый

Главное преимущество этой конструкции – качественный контроль перемещений в определенном объеме. Дополнительный плюс – отсутствие ложных срабатываний на включение светильников или обогревателей. Для реализации плана нужно создать излучатель и совместимый детектор, фиксирующий изменение отраженного сигнала. При работе с высокой частотой обнаруживаются движения за стеклом или другой преградой, «прозрачной» для волн в соответствующем диапазоне.

Важно! При выборе такого устройства настройка мощности выполняется с учетом безопасного для человека уровня электромагнитного излучения.

Ультразвуковой

Как и в примере со светом, данная схема функционирует на принципе регистрации отраженного излучения. Звуковой диапазон обеспечивает «невидимость». Ультразвуковой генератор потребляет немного электроэнергии. Датчик не реагирует на свет и тепло.

К сведению. Некоторые домашние животные реагируют на высокочастотные звуковые колебания. Этот диапазон применяют в специализированных устройствах для отпугивания собак.

Самоделка на Arduino

Для создания работоспособных конструкций удобно применять универсальный контроллер Arduino. Подключение периферийных устройств к этому функциональному блоку не вызывает затруднений.

Схемы для самодельных датчиков движения

Представленные варианты нужно рассматривать с учетом личного опыта. Травление печатных плат и другие сложные технологии следует освоить заранее. Слишком высокая температура и другие ошибки при монтаже способны повредить микросхемы и радиодетали.

Емкостной

В этой схеме представлен генератор (100 Гц), собранный на полевом транзисторе VT1. Соответствующим образом (на резонансную частоту) настраивают контур из катушки индукции (L2) и конденсатора (C2). Детектор – диод VD1.

Резистором R3 в этой схеме устанавливают опорное напряжение. Если приблизиться к датчику (А), изменятся емкость и начальная настройка генератора. Уменьшение частоты нарушит работу резонансного контура, уменьшит амплитуду сигнала на входе транзистора. Для подключения периферийных устройств можно использовать переключатель нужной мощности (тиристор VS1).

Тепловой датчик на Arduino

Для сборки этой схемы нужно подготовить следующие функциональные компоненты:

  • датчик ИК диапазона;
  • серийный контроллер Arduino;
  • блок питания 5±1V.

Пошаговое руководство выполнения

На стадии подготовки нужно уточнить целевое назначение проекта. Следует выбрать датчик, подходящий для помещений или размещения на открытом воздухе. Кроме дальности действия, проверяют возможное негативное воздействие на домашних животных, другие значимые факторы.

Самодельный датчик с применением серийных изделий собрать несложно. Подробная инструкция поможет выполнить регулировку и другие рабочие операции без ошибок.

Необходимые инструменты и материалы

Для сборки схемы можно применить HC-SR501 или аналог. Этот датчик в типовом исполнении поставляется вместе с фокусирующей линзой. Если использовать универсальную монтажную плату, пайка не понадобится. Достаточно подготовить:

  • отвертку;
  • нож или специализированное съемное устройство для удаления изоляции;
  • соединительные провода.

Этапы сборки прибора

Для проверки работоспособности датчик можно подключить непосредственно к плате с микроконтроллером. Изменение уровней выходного сигнала определяется с помощью мультиметра.

Управление портом выхода выполняется следующей программой, которую загружают в Arduino:

const int movPin = 2

int val = digitalRead(movPin);

На следующем этапе в схему добавляют реле и нагрузку. Корректируют программное обеспечение. После завершения монтажа проверяют работоспособность, выполняют точную настройку

Как сделать лазерный датчик движения

Эту схему можно создать на основе недорогой лазерной «указки». Фоточувствительный датчик подключают к управляющему выводу тиристора. Через реле в цепи можно подключить мощную нагрузку. В данном примере показана возможность передачи тревожного сигнала пользователю с применением линий мобильной связи GSM.

Изготовление микроволнового датчика

В этой схеме движение определяется по изменению длины волны, отраженной от объекта. Дальность устройства составляет 4-5 м.

Подключение прибора и настройка чувствительности

Для примера можно использовать алгоритм действий при выборе типового пироэлектрического модуля HC-SR501. Первым переменным резистором настраивают чувствительность. Кроме дистанции (до 7 м), этим параметром можно ограничить размер детектируемых объектов. Вторым регулятором устанавливают необходимое время для задержки управляющего выходного импульса. Положением перемычки устанавливают режим:

  • H (по умолчанию) – отсчет времени начинается от момента обнаружения движения;
  • L – определение движения обнуляет таймер.

Разные советы

Для повышения надежности применяют совместно ИК и микроволновые датчики, детекторы звуков и другие дополнительные устройства. Обеспечивают надежную защиту от естественных (природных) и намеренных внешних воздействий. Если включить в состав оборудования автономный источник питания, техника будет выполнять свои функции бесперебойно.

Видео

Самодельные датчики движения для включения освещения

Датчик движения можно приобрести в магазине. Но если есть немного свободного времени, небольшие навыки и знания, такой сенсор можно изготовить самостоятельно. Это сбережет немного финансов и обеспечит приятное времяпровождение за техническим творчеством.

Какой датчик можно изготовить самостоятельно

Существует несколько видов датчиков движения, и каждый тип, в принципе, можно изготовить самостоятельно. Но ультразвуковые и радиочастотные сенсоры сложны в изготовлении, требуют специальных навыков и приборов для наладки. Поэтому проще изготовить сенсоры емкостного и инфракрасного типа.

Приборы и материалы

Для изготовления детектора движения потребуются:

  • паяльник и расходники;
  • соединительные провода;
  • мелкий слесарный инструмент;
  • мультиметр.

Также для изготовления сенсора понадобится макетная плата. И еще неплохо иметь осциллограф для контроля работоспособности устройства на базе ВЧ-генератора.

Датчик емкостного типа

Эти сенсоры реагируют на изменение электрической емкости. В интернете, в быту и даже в технической документации часто применяется ошибочный термин «объемный датчик». Это понятие возникло из-за неверной ассоциации между геометрической емкостью и объемом. На самом деле сенсор реагирует на электрическую емкость пространства. Объем, как геометрический параметр, здесь не играет никакой роли.

Датчик движения реально сделать своими руками. Простое емкостное реле можно собрать всего на одной микросхеме. Для построения датчика применен триггер Шмитта К561ТЛ1. Антенной служит провод или штырь длиной несколько десятков сантиметров, или другая проводящая конструкция схожих размеров (металлическая сетка и т.п.). При приближении человека увеличивается емкость между штырем и полом, напряжение на выводах 1,2 микросхемы увеличивается. При достижении порога триггер «опрокидывается», транзистор через буферный элемент D1/2 открывается и запитывает нагрузку. Ей может быть низковольтное реле.

Недостатком таких простейших датчиков является недостаточная чувствительность. Для его срабатывания требуется, чтобы человек находился на расстоянии нескольких десятков, а то и единиц сантиметров от антенны. Более чувствительны схемы с ВЧ-генератором, но они сложнее. Также проблемой могут стать намоточные детали. В большинстве случаев их придется изготовить самостоятельно.

Достоинство этой схемы – возможность применения готового трансформатора от транзисторного приемника СТ1-А. Он входит в схему генератора (индуктивной «трехточки») на транзисторе VT1. Резистором R1 регулируют глубину обратной связи, добиваясь появления колебаний. Колебания в генераторе трансформируются в обмотку III, выпрямляются диодом VD1. Выпрямленное напряжение открывает транзистор VT2, он подает положительный потенциал на управляющий электрод тиристора. Тиристор, открываясь, запитывает реле K1, контакты которого можно использовать для подключения сигнализации.

Антенной служит кусок провода длиной около 0,5 метра. При приближении человека (на расстояние 1,5-2 метра) емкость, вносимая его телом в контур генератора, срывает колебания. Напряжение на обмотке III исчезает, транзистор закрывается, выключается тиристор, реле обесточивается.

Сборка детектора

Для сборки самодельного датчика можно сделать печатную плату. Например, методом ЛУТ. Технология несложна, освоить ее легко. Но если изготовление сенсора носит разовый характер, не имеет смысла тратить время на эксперименты. Лучшим выходом станет применение макетной монтажной платы.

Она представляет собой плату с металлизированными отверстиями со стандартным шагом, в которые можно впаивать электронные компоненты. Соединение в схему производится подпайкой проводников к соответствующим точкам.

Можно применить и беспаечную макетную плату (breadboard), но надежность соединений на ней гораздо ниже. Этот вариант лучше оставить для экспериментов и оттачивания искусства схемотехники.

Проверка исправности электронных компонентов

В первую очередь надо выполнить осмотр подобранных деталей. Если они не были в употреблении, следы пайки отсутствуют, и нет механических повреждений, то дальнейшая проверка особого смысла не имеет. Вероятность того, что компоненты исправны – 99 процентов. В противном случае детали неплохо проверить:

  • резисторы прозванивают мультиметром — он должен показать номинальное сопротивление (с учетом класс точности резистора);
  • намоточные детали прозванивают на отсутствие обрыва;
  • конденсаторы малой емкости тестером можно проверить только на отсутствие короткого замыкания;
  • конденсаторы большой емкости можно проверить стрелочным мультиметром в режиме проверки сопротивления – стрелка должна дернуться вправо, а потом медленно вернуться к нулю (влево);
  • диоды проверяют тестером в режиме проверки диодов – в одном положении сопротивление должно быть бесконечным, в другом мультиметр покажет какое-то значение (зависит от типа диода);
  • биполярные транзисторы проверяют в том же режиме как два диода – между базой и коллектором и между базой и эмиттером.

Важно! Полевые транзисторы с p-n переходом (КП305 и т.п.) проверяют таким же образом (затвор-исток, затвор-сток), но между стоком и истоком мультиметр покажет какое-то сопротивление (у биполярного – бесконечность).

Микросхемы с помощью мультиметра проверить не удастся.

Разметка и обрезка платы

Дальше все компоненты надо разместить на плате так, чтобы оптимизировать будущие соединения. Для этого их надо расположить в одном углу или около одной стороны. Потом нанести линии, удалить элементы и отрезать лишнее. Этого можно не делать, но тогда плата займет больше места и потребует большего по размерам корпуса (а он понадобится, если детектор будет установлен на улице).

Края платы надо обработать напильником. На работоспособность не влияет, но смотрится лучше.

Потом детали вставляются обратно, впаиваются в отверстия и соединяются проводниками согласно схеме.

В видео показано, как сделать датчик движения для включения света из модуля для ардуино.

Инфракрасный сенсор и Ардуино

Сделать неплохой датчик движения можно на платформе Arduino. В состав электронного «конструктора» входит модуль PIR-датчика HC-SR501. В него входит инфракрасный детектор, дистанционно реагирующий на изменение температуры, с контроллером.

Модуль полностью совместим с основной платой и подключается к ней тремя проводниками.

Вывод ИК-модуляGNDVCCOUT
Вывод платы Arduino UnoGND+5 V2

Чтобы система заработала, надо загрузить в Ардуино следующий скетч:

Сначала устанавливаются константы, определяющие назначение выводов основной платы:

const int IRPin=2

Константа IRPin означает номер пина для входа от датчика, ему назначается значение 2.

const int OUTpin=3

Константа OUTpin означает номер пина для выхода на исполнительное реле, ей присваивается значение 3.

В разделе void setup() устанавливаются:

  • Serial.begin(9600)— скорость обмена с компьютером;
  • pinMode(IRPin, INPUT)– вывод 2 назначается входом;
  • pinMode(OUTpin, OUTPUT) – вывод 3 назначается выходом.

В разделе void loop константе val присваивается значение входа от датчика (ноль или единица). Дальше, в зависимости от значения константы, на выходе 3 появляется высокий или низкий уровень.

Проверка работоспособности и настройка датчиков

Перед первым включением собранного сенсора надо тщательно проверить монтаж. Если ошибок не найдено, можно подавать напряжение. В течение нескольких секунд после включения питания надо проконтролировать отсутствие локальных перегревов и дыма. Если «смок-тест» пройден, можно проверить работоспособность датчиков. Сенсоры на триггере Шмитта и на Ардуино наладки не требуют. Надо лишь имитировать нахождение объекта рядом с датчиком (поднесение руки) и проконтролировать изменение сигнала на выходе. Детектор на основе ВЧ-генератора требует установки момента начала генерации с помощью потенциометра Р1. Проконтролировать начало возникновения колебаний можно осциллографом или по щелчку реле.

Подключение нагрузки

Если сенсор работоспособен, к нему можно подключить нагрузку. Ей может служить вход другого электронного устройства (звуковой сигнализатор), Но часто от детектора требуется управлять освещением. Проблема в том, что нагрузочная способность выхода самодельного датчика не позволяет подключать даже маломощные светильники напрямую. Поэтому обязательно потребуется промежуточный ключ в виде реле.

Перед подключением пускателя надо убедиться, что контакты выходного реле сенсора позволяют коммутировать напряжение 220 вольт. В противном случае придется ставить дополнительное реле.

Выход Ардуино настолько маломощен, что не сможет управлять реле или пускателем напрямую. Потребуется дополнительное реле с транзисторным ключом.

Если все этапы сборки и настройки прошли удачно, можно устанавливать сенсор стационарно, выполнять окончательное подключение и наслаждаться четко работающей автоматикой.

Обзор датчиков перемещения

Нахождение на охраняемой территории постороннего лица можно зафиксировать различными приборами. Нередко для этой цели используется датчик линейного перемещения, который некоторые называют датчиком движения. Подобные приборы могут иметь различный принцип работы и внешний вид. Однако их объединяет общий результат: когда в зоне их действия начинают перемещаться какие-либо объекты, они отправляют управляющий сигнал на приемное устройство, оповещая об этом пользователя. Каждый вид имеет свои отличительные особенности. Стоит обязательно познакомиться с характеристиками и особенностями каждой из существующих разновидностей, чтобы выбрать наилучший вариант в зависимости от преследуемых целей.

Основные виды

Датчики линейного перемещения могут существенно отличаться по конструктивным особенностям и принципу работы. Производители предлагают различные устройства, каждое из которых ориентировано на эксплуатацию в определенных условиях. Они бывают:

  • емкостные. Самый простой вариант. Отличается продуманным исполнением, надежностью и доступностью. Для определения факта движения используется измерение зазора между пластинами либо изменение пространственного положения последних относительно друг друга. Изменение положение способствует изменению зоны перекрытия. Она может либо увеличиться, либо уменьшиться. Для повышения производительности и более активной передачи данных некоторые модели оснащаются генераторами импульсов. При их наличии данные передаются с большей скоростью. Емкостные модели часто используются в качестве источника сигнала в резервуарах с топливом. Они выполняют роль бесконтактного выключателя, сигнализирующего о начале рабочего хода и сообщающие об его завершении;
  • индукционные. Управляющий сигнал формируется в результате изменения индуктивности обмотки. Привлекают высокой точностью получаемых результатов при относительно небольших габаритных размерах. Не предъявляют особых требований к месту установки прибора. Способны работать в любом пространственном положении. Чаще всего индуктивные датчики перемещения устанавливаются на станках, оснащенных программным обеспечением;
  • оптические. По принципу работы подобные приборы близки к обычному лазерному дальномеру. Позволяют проконтролировать относительно небольшие перемещения. Часто входят в состав охранных систем. Используется как лучевой барьер. Практичен в использовании. Отличается повышенной точностью. Обходится достаточно дорого;
  • ультразвуковые. Это своеобразные радары, в процессе эксплуатации которых формируются ультразвуковые волны. Столкнувшись с движущейся в зоне действия устройства объектом, ультразвуковая волна возвращается в приемник контроллера и фиксируется. Характеристики отраженной волны позволяют понять, в каком месте находится объект, какие у него параметры;
  • вихретоковые. В состав подобных приборов входит специальный регистратор с генератором магнитного поля. В процессе эксплуатации регистратором фиксируется величина индукции магнитного поля. Если в зоне действия вихретоковых датчиков перемещения оказывается посторонний объект, возникает побочное магнитное поле, формируемое под действием вихревых токов. В результате взаимодействия побочных магнитных потоков с исходными величина индукции поля изменяется. Даже незначительное отклонение фиксируется с помощью регистратора. По величине изменения удается определить местоположение объекта;
  • магниторезистивные. Устройство оснащается специальными пластинами, параметры которых меняются под действием магнитного поля. Подобный датчик линейного перемещения подключается по специальной схеме, называемой «мостом». Изменение индукции в окружающем пространстве приводит к изменению сопротивления пластин. Элемент, изготовленный из ферромагнитного материала и связанный с движущимся объектом, постепенно перемещается в пространстве, влияя на величину индукции. По изменившемуся значению определяют местоположение объекта;
  • потенциометрический. Относится к самым простым контроллерам движения. В его состав входит потенциометр, содержащий регулятор, связанный с движущейся целью, и источник сигнала. Изменение положение ручки потенциометрического датчика изменяет на переменном резисторе разность потенциалов. По данному значению определяют расстояние до объекта;
  • магнитострикционный. В основу работы устройства данного вида положен эффект магнитострикции, заключающийся в изменении габаритов и объема тела при изменении величины намагниченности. Для реализации данного эффекта в состав прибора введены регистры, состоящие из трубки (волновода), по которому перемещается кольцеобразный магнит. Внутрь трубки помещен провод, соединенный с регистром импульсов и генератором. В процессе эксплуатации устройства происходит сложение полей: генерируемого проводником и создаваемого самим магнитом. Суммарное поле заставляет трубку вращаться, в результате чего она формирует импульсы вращения, поступающие на вход регистратора. Расстояние до кольца определяется по задержке, образующейся между отправлением электроимпульса и приходом импульса от волновода. О расстоянии до перемещающегося объекта говорит положение магнита;
  • на основе эффекта Холла. По своему принципу функционирования такой датчик линейного перемещения похож на магниторезистивный. Используемый эффект предполагает изменение напряжения проводника в тот момент, когда по нему подается электроток. Их главным преимуществом является стойкость к механическому воздействию и колебанию параметров окружающей среды. Это существенно расширяет возможную область использования.

Преимущества и недостатки

Плюсы и минусы чаще всего оцениваются для конкретной модели. Однако есть общие достоинства и недостатки, характерные для датчиков, независимо от их устройства и принципа действия.

К преимуществам стоит отнести:

  • Высокую чувствительность. Бывает сложно настроить прибор, чтобы он не реагировал на домашних животных. Датчик срабатывает при наличии незначительного перемещения в выбранной зоне. За счет этого повышается точность обработки или увеличивается степень защищенности охраняемого объекта;
  • Незначительное энергопотребление. Не стоит опасаться больших счетов на электроэнергию при установке одного или нескольких приборов в доме. Всегда можно подобрать модель с минимальной мощностью при сопоставимых эксплуатационных характеристиках;
  • Длительный срок службы. Датчики способны прослужить длительное время при условии соблюдения рекомендаций производителя и правильном монтаже;
  • Простота в эксплуатации. Прибор не предъявляет повышенных требований к квалификации и опыту потребителя. После установки он работает автоматически, не требуя вмешательства и периодической регулировки;
  • Как правило, небольшие размеры и минимальный вес. Для его установки не требуется много места. В зависимости от наличия свободного места можно выбрать потенциометрический или сделать выбор в пользу устройства другого типа. Учитывая небольшую массу, для размещения прибора подойдет любое основание. При наличии дополнительного крепежа возможна установка под натяжные потолки;
  • Высокий коэффициент преобразования, благодаря которому повышается корректность выдаваемых сигналов;
  • Бесконтактный контроль за территорией. У пользователя отпадает необходимость постоянного присутствия. Вся актуальная информация может передаваться через ресурсы удаленного доступа;
  • Формирование сигнала в режиме реального времени;
  • Простота монтажа благодаря поставке прибора со всеми необходимыми крепежными элементами.

Из недостатков стоит отметить:

  • Возможность ложного срабатывания. Некоторые приборы чувствительны к изменению погодных условий, наличию и интенсивности атмосферных осадков;
  • Снижение коэффициента преобразования в темное время суток;
  • Высокая стоимость отдельных приборов.

Области применения

Любой датчик линейного перемещения является индикатором с аналогово-цифровым преобразователем. В качестве аналогового сигнала может выступать изменение емкости конденсатора, величины напряжения, параметров вторичной обмотки и других характеристик. Для управления системой, подключаемой к датчику, используется цифровой сигнал.

Величина и количество формируемых сигналов могут отличаться. Для одних систем достаточно двух типов управляющих сигналов: ноли и единица. Подобный принцип действия реализуется в системах:

  • Охранной сигнализации, в частности датчиках, устанавливаемых на двери. При закрытой двери устройство отправляет системе сигнал «ноль», при открытой — единицу;
  • управления светом. При отсутствии в помещении людей или иных движущихся объектов отправляется сигнал «ноль». Свет остается выключенным. Как только в помещении начинается какое-либо движение, отправляется единица: свет включается.
Читать еще:  Какой теплоноситель лучше для отопления частного дома

В некоторых случаях к точности измерения определенного параметрам предъявляются повышенные требования. В этом случае датчик линейных перемещений не просто информируется о наличии какого-то движения, но и позволяет определить точное пространственное положение некоторого объекта. Такой принцип реализован на станках с числовым программным управлением. Получаемая от датчиков информация используется системой управления для корректировки пространственного положения рабочего инструмента. Это существенно повышает точность механической обработки и качество выпускаемой продукции.

Советы по выбору

Большой ассортимент датчиков, предлагаемых различными производителями доставляет определенные трудности при выборе подходящего варианта. Чтобы не ошибиться, стоит обратить внимание на:

  • Рабочий цикл. Может варьироваться в большом диапазоне. Чем больше данный параметр, тем дольше прослужит устройство;
  • Температуру, при которой возможна эксплуатация. Некоторые модели предназначены для эксплуатации исключительно внутри помещений при положительной температуре. Другие можно смело монтировать на улице. Выбирая прибор, надо точно знать его назначение и согласовать диапазон температур, в котором производитель рекомендует эксплуатировать устройство, с температурой в конкретной местности;
  • Материал корпуса. От этого зависит внешний вид изделия, его срок службы, стоимость и место установки;
  • Порядок монтажа. Для размещения прибора на подвесном потолке в комплект поставки должен входить специальный крепеж и вес должен быть подходящим;
  • Порядок подключения к системе электроснабжения, требуемые разъемы. В некоторых случаях при установке могут возникнуть очевидные трудности;
  • Способ подключения и принцип работы отдельных элементов;
  • Стоимость. Некоторые производители используют дорогостоящие материалы, существенно повышающие цену модели и незначительно ее эксплуатационные характеристики.

Порядок настройки

Чтобы датчик линейного перемещения справился с поставленной задачей, его надо правильно настроить. Большинство производителей в инструкции по эксплуатации указывают алгоритм действий пользователя, заинтересованного в точной и безупречной работе устройства.

В самом общем случае проверить необходимость поднастройки можно следующим образом:

  • Готовится электролампа мощностью 200Вт либо прожектор, имеющий достаточную яркость;
  • Прибор монтируется на место и подключается к системе электроснабжения;
  • На передающем модуле закрывается крышка;
  • Лампа подключается к системе электроснабжения;
  • Световой поток, формируемый лампой, направляется внутрь устройства. Следует добиться фокусировки формируемых бликов оптической системой;
  • Смотрят на свет. Если он размывается, а размеры превышают 3 мм, значит, без настройки оптической системы не обойтись;
  • Внимательно изучают инструкцию производителя, выполняя действия в точном соответствии с руководством по эксплуатации, добиваясь рекомендованных параметров. Содержание данного этапа может существенно отличаться для приборов определенного типа;
  • Закрывают крышку. Отключают датчик от системы электроснабжения;
  • Проводят повторную проверку, выждав некоторое время. Контролируют ранее перечисленные параметры.

При правильной настройки оптической системы датчик будет работать безукоризненно при любых условиях эксплуатации.

Видео по теме

Oslash; Датчики перемещения

В отличие от преды­дущих датчики переме­щения контролируют объект не в точке про­странства, а на опреде­ленном участке его тра­ектории. Этот участок именуется диапазоном измерения датчика. В зависимости от того, какого рода движение контролирует датчик, они подразделяются на линейные и поворотные. Все датчики перемеще­ния являются параметриче­скими. Пропорционально изменению положения контролируемого объекта внутри диапазона измерения у них изменяется один из параметров выход­ной электрической цепи. В зависимости от вида изменяемого выходного па­раметра они подраз­деляются на датчики активного, индуктивного и емкост­ного сопротив­ления.

Датчики активного сопротивления подразделяются на датчики, контролирующие линейное перемещение объекта и поворотные. По мате­риалу датчики подразделяются на металлические (проволочные) и уголь­ные. Проволочные линейные датчики получили название реостаты. В элек­тротехнике угольные поворотные датчики получили распространение в не­свойственной им области – для изменения напряжения на объектах, после­довательно или параллельно подключенных им. Отсюда второе название всей группы датчиков активного сопротивления – потенциометрические, т.е. изменяющие напряжение.

Линейные проволочные датчики активного сопротивления (реостаты). Конструкция реостата приведена на рис. 38,а. Ос­новой его является катушка из лакированной проволоки, намотанной на диэлектриче­ский сердечник. По катушке скользит подвижный кон­такт. На беговой до­рожке контакта изоляционный лак удален. У этого и всех остальных типов датчиков активного сопротивления подвиж­ный контакт именуется ламелью.

абв

Рис. 38. Проволочные датчики активного сопротивления: а – проволочный линейный; б – проволочный поворотный; в – обозначения датчика на схемах

Поворотные проволочные датчики активного сопротивления. В отличие от предыдущих у этих датчиков ламель представляет собой пово­ротный рычаг достаточно большой длины (рис. 38,б). Беговая дорожка – дуга большого радиуса, приближенная к прямой. Конструктивно механи­ческая часть этого датчика более проста. Вместе с тем зависимость сопро­тивления от угла поворота есть величина нелинейная, подчиненная сину­соидальному закону, что необходимо учитывать при проектировании при­вода датчика. Пример применения – регистрирующая часть датчиков усилия и угла поворота стрелы ограничителя грузоподъемности ОГП-1 стреловых кранов.

Линейные и поворотные угольные датчики активного сопро­тив­ления. Неподвижным контактом у этих датчиков является не проволочная спираль, а угольная пластина клиновой формы. За счет изме­нения сечения неподвижного контакта при перемещении ламеля сопротив­ление датчика изменяется по более крутой, чем у проволочных датчиков, в зависимости от перемещения, т. е. они обладают большей чувствитель­ностью. Эти датчики применяются в путевых машинах, например, как точные потенциометры положений нивелировочного троса рихтовочных систем машин ВПР02, ВПРС500

Общим достоинством для всех датчиков активного сопротивления является их универсальность – с равным успехом они применяются в цепях как постоянного, так и переменного тока. Недостатком их является трение между ламелью и беговой дорожкой, следовательно, износ контактов и ис­крение.

Индуктивные датчики перемещения. К ним относятся линейные датчики, поворотные трансформаторы и сельсины.

Линейные индуктивные датчики перемещения. Для точного изме­рения малых расстояний (например, в автоматизированных металлорежущих станках) служат датчики с переменным зазором. Одинарный датчик приве­ден на рис. 39,а. Выходной величиной является ток в индуктивной ка­тушке

, (20)

где U – напряжение питания.

Входной величиной является зазор d между подвижным якорем и магнитопроводом. Характеристика датчика, т. е. зависимость I = F(d), формулы (17)–(20), имеет нелинейный характер. В цепях управления более предпочтительны устройства с линейной зависимостью выходной величины.

Для увеличения рабочего диапазона применяется дифференциальный ин­дуктивный датчик (рис. 39,б). Он состоит из двух симметрично расположенных катушек индуктивности и общего якоря. Рабочий диапазон представляет собой две симметрично рас­положенные прямые линии, проходящие через начало координат.

аб

Рис. 39. Линейные индуктивные датчики перемещения: а – одинарный; б – дифференциальный

Для измерения расстояний, бóльших, чем в предыдущем случае, ис­пользуются датчики с подвижным сердечником (рис. 40). Для датчиков такого типа формула (18) преобразуется в вид

, (21)

где l – длина магнитопровода, mS – суммарная магнитная проницаемость среды внутри катушки. Среда состоит из двух компонентов – на участке x – сердечник и воздушный зазор d, на участке (L–x ) – только воздух. Коэффи­циенты магнитной проницаемости: для воздуха – m = 1; для стали – m = 49800.

, (22)

где V – объем пространства внутри ка­тушки.

Из формулы (22) видно, что датчик обла­дает нелинейной характеристикой. Тем не менее из-за достоинств, общих для всех индуктивных датчиков, использо­вание их с подвижной катушкой при не очень высоких требованиях к точности измерений весьма эффективно.

Поворотные (вращающиеся) трансформаторы являются электри­ческими машинами с неявно выражен­ными полюсами и служат индуктивными датчиками угла поворота. Имеют непод­вижный статор и вращающийся ротор, связанный с определяемым объектом. В пазы статора и ротора уложены по две взаимно-перпендикулярные обмотки, в статор – первичные, в ротор – вторичные. При изменении положения ста­тора меняется и напряжение на выходе вторичных обмоток при неизменности напряжения на первичных. Так, для синусно-косинусного трансформатора СКВТ вторичное напряжение

, (23)

где U1 – первичное напряжение; a – угол поворота; kT – коэффициент трансформации при a = 0. Вид формулы (23) показывает, что харак­теристика вращающегося трансформатора нелинейна. Это является единст­венным недостатком данного датчика.

Сельсины представляют собой электрические микромашины с од­нофазной обмоткой возбуждения и трехфазной вторичной обмоткой. Пол­ностью обратимы: в зависимости от условий могут применяться и как элек­тродвигатели и как генераторы. Служат для измерения угловых перемеще­ний. Принцип работы сельсина состоит в следующем. При включении ста­торной обмотки в сеть переменного тока напряжением Uп (рис. 41,а), она создает пульсирующий магнитный поток, который индуцирует в каждой фазе роторной обмотки эдс, зависящей от угла поворота ротора a:

(24)

Величина напряжения в любой фазной обмотке позволяет судить об угле поворота ротора. Сельсины применяются попарно, причем один рабо­тает как электродвигатель, а другой – как генератор. Известны две схемы подключения сельсинов – индикаторная и трансформаторная.

абв

Рис. 41. Схемы сельсинов: а – схема обмоток; б – индикаторная схема; в – трансформаторная схема

Индикаторная схема изображена на рис. 41,б и служит как син­хронная система дистанционной передачи информации об угле поворота, на­пример в приводе самописца, регистрирующего положение контрольной те­лежки путерихтовочной машины. Сельсин-пара состоит из сельсин-датчика (СД) и сельсин-приемника (СП). Все обмотки как возбуждения ОС1 и ОС2, так и вторичные ОР1 – ОР6 – соединены параллельно. При пово­роте ротора СД, работающего как генератор на угол a1, в цепях связи на­водятся уравнительные токи I, стремящиеся повернуть ротор СП (электродвигателя) на угол a2.

Трансформаторная схема приведена на рис. 41,в. Она служит как датчик угла поворота, например, в системе регулирования тягового усилия неполноприводного тягача (система следит за рассогласованием частот вращения буксующих приводных и неприводных колес). В отличие от пре­дыдущей схемы статорные обмотки разделены. Статорная обмотка СД подключена к питанию, статорная обмотка СП является выходной: с нее снимается напряжение Uвых. Для того чтобы схема работала в трансформа­торном режиме, ротор СП должен быть заторможен. Схема представляет собой спаренный поворотный трансформатор. Поворот ро­тора СД вызывает в цепях связи уравнительные токи I. Так как ротор СП за­клинен, уравнительные токи наводят в статорной обмотке СП электродвижущую силу (эдс) Uвых, пропорциональную углу поворота ротора СДК общим достоинствам индуктивных датчиков перемещения стоит отнести их высокую надежность и отсутствие подвижных электрических контактов, поэтому, нет износа и искрения. К недостаткам – ограничение по применимости (только в цепях переменного тока), высокие требования к стабильности частоты питающего напряжения.

Емкостные датчики перемещения.

Емкостное сопротивление конденсатора определяется по формуле

, (25)

где f – частота переменного тока, C – емкость конденсатора,

, (26)

где e – диэлектрическая постоянная материала диэлектрика; S – площадь пла­стин; d – зазор между пластинами. В емкостных датчиках перемещения ис­пользуется изменение всех трех переменных правой части формулы (26).

Емкостные датчики с переменной площадью пластин. На рис. 42,а изображен поворотный датчик (угол измерения – до 180°). Пластины поворотной и неповоротной части чередуются. Площа­дью пластин конденсатора является площадь перекрытия (заштрихована). Принцип действия линейного датчика понятен из рис. 42,б, здесь X – те­кущее значение перемещения, L – диапазон измерения.

аб

Рис. 42. Датчики с переменной площадью пластин: а – поворотные; б – линейные

Емкостные датчики с переменным зазором служат для точного из­мерения малых линейных перемещений. При перемещении подвижной пла­стины (или пакета пластин) изменяется зазор, следовательно, и емкость.

Емкостные датчики с переменной диэлектрической проницаемо­стью среды служат для измерения уровня жидкости и представляют собой бак с центральным стержнем трубчатого сечения (рис. 43).

Стенки бака являются одной из пластин конденсатора, стержень – дру­гой. Так как жид­кость и ее насыщенный пар обладают разными e, при измене­нии уровня жидкости емкость конден­сатора и, следовательно, его емкост­ное сопротив­ление изме­няются.

Главными достоинствами емкост­ных дат­чиков перемещения являются их высокая точность и отсутствие под­вижных элек­трических контактов, т. е. от­сутствие износа и ис­крения. Недостатком является ограни­ченность применимости – они доста­точно эффективны только в вы­сокочастотных цепях переменного тока.

Контрольные вопросы и задания

1. Назовите отличия датчиков положе­ния и перемещения.

2. В чем главный недостаток датчиков положения прямого действия?

3. От чего зависит скорость размыкания контактов в датчике поло­жения мгновенного действия?

4. Назовите достоинства и недостатки герконовых конечных выключателей.

5. В чем принцип действия мультивибратора ?

6. Каково условие открытости p–n–p-транзистора. Опишите режим «Выключено» бесконтактного выключателя.

7. Опишите режим «Включено» бесконтактного выключателя.

8. Назовите достоинства и недостатки датчиков перемещения активного со­противления.

9. Назовите достоинства и недостатки индуктивных датчиков перемещения?

10. Какие ограничения применимости емкостных датчиков перемеще­ния?

Датчики угловых перемещений

Датчики угловых перемещений изменяют механические угловые перемещения в электрические сигналы. Датчики углового перемещения находят широкое применение в измерениях угловых скоростей, углов, линейных перемещений. Датчики углового перемещения делятся на два вида: инкрементальные датчики и датчики абсолютного положения.

Инкрементальные датчики создают информацию относительно положения и угла объекта в виде электрических импульсов, которые соответствуют положению вала. Когда вал неподвижен, передача импульсов прекращается. Инкрементальные датчики перемещения имеют основной рабочий параметр — количество импульсов на вращение.

Инкрементальные датчики вырабатывают сигнал при изменении углового положения вала относительно исходного состояния. Выходной сигнал представляет собой последовательность импульсов прямоугольной (реже синусоидальной) формы. Количество импульсов пропорционально изменению углового положения вала и может достигать 5000 на один оборот. Количество импульсов на оборот называют также числом разбиений на оборот. Сигналы синусоидальной формы позволяют осуществлять их интерполяцию, что позволяет обеспечить высокое разрешение датчика (до 36000 импульсов на оборот). Обычно инкрементальные датчики выполняются двух- или трехканальными. На двух выходах таких датчиков формируются последовательности импульсов A и B, сдвинутых по фазе на 90°, что позволяет внешним устройствам определить направление вращения. На третьем выходе формируется нулевой импульс, который выдается один раз на оборот и служит для привязки к определенному (исходному) состоянию машины.

Датчики абсолютного положения на выходе обеспечивают информацию об абсолютном угловом положении вала. Их преимущество состоит в том, что эти датчики перемещения непосредственно выдают информацию о текущем значении угла и его не требуется вычислять. Датчики угловых перемещений и линейных применяются для: определения размеров, форм и габаритов объекта, определения наличия местоположения и расстояния до объектов, измерения скорости вращения, подсчета количества объектов.

Датчики абсолютного положения обеспечивают на выходе информацию об абсолютном угловом положении вала. Преимущество датчиков абсолютного положения состоит в том, что они непосредственно выдают информацию о текущем значении угла и не требуется вычислять его. При изменении углового положения вала в обесточенном состоянии датчика новое положение может быть считано непосредственно сразу после включении питания. Выходной сигнал представляет собой числовой эквивалент текущего значения угла. Число может быть представлено в двоичном коде или коде Грэя.

Разрядность кода, или разрешение датчика может достигать 14 бит. Существует 2 типа датчиков абсолютных углов: одно — и многооборотные. Многооборотные датчики вырабатывают информацию не только о текущем значении угла, но и о количестве оборотов. Разрешение таких датчиков по углу достигает 13 бит, число оборотов — до 4096 (12 бит).

Энкодеры представляют собой датчики угловых перемещений — они преобразуют механические угловые перемещения в электрические сигналы. Энкодеры находят широкое применение для измерения угловых скоростей, углов, линейных перемещений. Естественно, для измерения линейного перемещения его необходимо преобразовать во вращательное.

Энкодеры выпускаются со сплошным и полым валом. Энкодеры с полым валом позволяют более простую их механическую стыковку с приводом с меньшим количеством деталей. Поэтому, несмотря на несколько более высокую стоимость, применение энкодеров с полым валом позволяет в целом уменьшить затраты.

Первичный преобразователь линейного перемещения

Платон Константинович Денисов, г. Симферополь

Для контроля движения лифтов, эскалаторов, конвееров, транспортеров и других объектов необходим преобразователь параметров движения в электрический сигнал. Построение систем управления движущимися объектами невозможно без устройств, контроля параметров движения. Информация о скорости и направлении перемещения позволяет эффективно функционировать системе автоматического управления. Работа схемы преобразователя основана на смешивании двух цифровых сигналов от датчика Холла: сигнала скорости движения и сигнала направления движения.

Условия эксплуатации преобразователя:

Перемещение воспринимает микросхема, содержащая элементы Холла – SS526DT. В подвижном элементе конструкции установлены магниты. Применение ниодимовых магнитов дает возможность разместить достаточное количество магнитов, обладающих малыми габаритами при достаточной напряженности создаваемого поля. Магниты установлены в подвижную часть конструкции с условием обеспечения чередования полюсов, это необходимо для работы микросхемы SS526DT. Внутренняя схема SS526DT определяет направление движения, благодаря смене полярности магнитного поля. Чем чаще установлены магниты, тем выше разрешающая способность и, следовательно, увеличивается возможность регистрации малых перемещений. Микросхема SS526DT устанавливается на печатной плате закрепленной на неподвижном основании. Перемещение полюсов магнитов происходит вдоль корпуса микросхемы. Электрическая схема преобразователя линейного перемещения преобразует сигналы от датчика Холла в один выходной сигнал. Информацию о скорости несет частота импульсов выходного сигнала преобразователя линейного перемещения, а информация о направлении передается с помощью полярности импульсов выходного сигнала.

Благодаря наличию источника двуполярного напряжения питания в схеме преобразователя линейного перемещения, выходной сигнал может иметь отрицательную или положительную полярность полным размахом пять вольт.

Электрическая схема преобразует сигнал от датчика Холла SS526DT в выходной сигнал преобразователя линейного перемещения, обеспечивая достаточную нагрузочную способность по току. Для уменьшения влияния помех, воздействующих на кабель, сопротивление приемника сигнала не должно быть большим. Необходимо обеспечить потребление достаточного выходного тока сигнала преобразователя линейного перемещения принимающим прибором для уменьшения влияния помех, искажающих передаваемую информацию. Питание преобразователя линейного перемещения передается по двум проводам. Третий провод используется для передачи сигнала, полярность которого изменяется относительно общего провода питания. Датчик Холла SS526DT формирует сигнал, несущий информацию о направлении вращения, который управляет переключателем К1. В зависимости от уровня сигнала от SS526DT переключатель К1 подключает переключатель К2 к источнику положительного или отрицательного напряжения. Сигнал скорости датчика Холла управляет переключателем К2. Частота сигнала Скорость, сформированного переключателем К2, соответствует половине количества магнитов, перемещающихся вдоль датчика Холла SS526DT.

Сигнал Скорость и направление формирует электрическая схема преобразователя линейного перемещения. Сигнал Направление поступает с выхода D микросхемы DA3 содержащая элементы Холла. Высокий логический уровень сигнала с выхода D преобразуется инвертором DD1.2 в низкий. Светодиод оптрона VK1.2 получает возможность работать при появлении высокого логического уровня на выходе инвертора DD1.1. Одновременно с этим запрещается работа светодиода оптрона VK1.1. Благодаря соединению светодиодов оптронов с логическим элементом как изображено на схеме сигнал с выхода D микросхемы DA3 устанавливает, через какой из оптронов будет проходить сигнал Скорость, поступающий с выхода S микросхемы DА3 на вход инвертора DD1.1. Высокий уровень импульсов, поступающих с выхода инвертора DD1.1, заставляет течь ток через резистор R4 и светодиод оптрона VK1.2. Оптрон VK1.1 формирует сигнал положительной полярности на контакте 3 клеммы XT1, а оптрон VK1.2 – отрицательной. В схему преобразователя линейного перемещения входит импульсный источник питания DA1 с высоким КПД, преобразующий напряжение величиной до 32 В в напряжение 5 В. Импульсный источник питания DA2 преобразует однополярное напряжение в двухполярное напряжение питание схемы. Конденсаторы, входящие в схему датчика уменьшают влияние помех на формирование выходного сигнала. Резисторы R1 и R2 задают выходной ток датчика, значение их сопротивления может быть пересмотрено и определено в зависимости от входной цепи принимающего прибора. Схема использует один сдвоенный оптрон, что позволяет сократить площадь печатной платы, размещенной внутри датчика.

Параметры преобразователя линейного перемещения во многом обуславливают выбор примененных компонентов электрической схемы. Диапазон изменения напряжения питания, при котором способен работать преобразователь линейного перемещения, обуславливает DA1. Верхний предел измерения скорости вращения зависит от быстродействия оптореле VK1. При выборе типа оптореле VK1 оценивается его быстродействие и частота импульсов, поступающих на вход оптореле. Правильный выбор VK1 позволит уменьшить стоимость датчика. Микросхема DD1 выполняет функцию простейшего усилителя по току, и может быть заменена другим решением. XT1 – элемент разъемного соединения.

Перечень элементов электрической схемы

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector