0

Нетипичные механические датчики

Простые механические датчики представляют универсальные возможности для использования в электрических схемах, в электронных устрой­ствах для быта. В статье описаны варианты при­менения простых механических датчиков на за­мыкание.

Датчики являются частью электронного устройства. По принципу изготовления разли­чают датчики промышленные (изготовленные на производстве и профессиональном оборудова­нии) и самодельные датчики. Радиолюбитель­ские датчики применяются повсеместно в не­профессиональной аппаратуре, изготовленной самими радиолюбителями. По своей простоте и универсальности представляют интерес простые механические датчики, применяемые в устрой­ствах сигнализации, индикации, дистанционного контроля параметров. Эти датчики формируют и посылают однократные импульсы или пачки им­пульсов (дребезг контактов при множественном воздействии) на электронное устройство сравне­ния состояний и управления нагрузкой.

На рис.1 изображен внешний вид механиче­ского датчика, который можно как встретить в различных электронных устройствах, в том чис­ле в устройствах автомобильной сигнализации, в детских игрушках, так и изготовить его самостоя­тельно, используя подручные детали и инстру­менты.

Рис. 1

Компактный механический датчик состоит из скрученной виток к витку медной проволоки (без лака) диаметром 0.2-0.4 мм (12-15 витков до­статочно). Проволоку накручивают на основании сердечнике того же диаметра, чтобы придать бу­дущему датчику форму, затем сердечник вынима­ют. Датчик на замыкание имеет два контакта: пер­вый от намотки (используется один из контактов намотки), другой штырь из медной нелакирован­ной проволоки диаметром 1-1.5 мм вставляемый

в середину намотки вместо сердечника, но так, чтобы не бы­ло замыкания между штырем и обмоткой (см. рис.1). Дополни­тельно, как на рис.1, обмотку датчика за­крывают изолирую­щей трубкой, но это обстоятельство за­висит от назначения устройства. В данном случае изоляционная трубка служит гарантией того, что при сотрясении устройства не бу­дет произвольного замыкания элементов схемы.

Оба контакта датчика закрепляются на печат­ной плате методом пайки, а сама плата крепится к корпусу электронного устройства, поэтому та­кой механический датчик считается относитель­но неподвижным. Простая электрическая схема, иллюстрирующая подключение тако­го механического датчика показана на рис.2.

Рис. 2

При сотрясении корпуса устрой­ства, происходит замыкание контактов механического датчика и включается звуко­вая сигнализация. Такое применение простых механических датчиков можно нередко встретить в детских игрушках со световым и звуковым эф­фектом.

Один из вариантов подключения такого датчи­ка для устройства звукового сопровождения со встроенной микросхемой представлен на рис.3.

Рис. 3

В данном случае датчик подключается к кон­тактам Х2. Если в схеме управления используются помехоустойчивые элементы (МОП-транзисторы или микросхемы), то длина соединительных про­водов от датчика до элементов электрической схемы может составлять несколько десятков см. Если требуется большее удаление, то приме­няются шинные усилители и преобразователи уровня на микросхемах (к примеру, на элементах К561ПУЗ, К561ПУ4, К561ЛП1, К561ЛН2 и других).

Существуют и более простые логические схемы для включения такого датчика. На рис.4 представлен вариант электрической схемы, ког­да такой же датчик включен в транзисторный усилитель, выход которого можно использовать в схемах с операционными усилителями. С поло­жительной обкладки конденсатора С2 снимается переменное напряжение, генерируемое много­кратным замыканием (дребезгом контактов) механического датчика SF1. Чувствительность устройства регулируется резистором R1, задаю­щим смещение на составной транзистор. Чем больше сопротивление переменного резистора — тем чувствительнее схема. Для оптимального ре­жима усиления (т.к. напряжение питания схемы может быть в широких пределах под задачи, свя­занные с основной схемой) номинал резистора В2 подбирается так, чтобы ток, потребляемый этим узлом от источника питания, был в пределах 2 мА. Длина проводов от датчика SF1 до входно­го каскада схемы для исключения помех должна быть минимальной.

Рис. 4

Подобный датчик может быть изготовлен из стальной проволоки, причем и первый и второй контакт могут быть размещены не один внутри другого, а один рядом с другим (рис.5).

Рис. 5

Как видно из рис.5 здесь оба контакта датчи­ка, расстояние между которыми 1-3 мм, закре­плены методом пайки к плате. Чувствительность такого механического датчика зависит от гибко­сти и «пружинности» контактов, а она, в свою оче­редь, зависит от близости размещения контактов на плате устройства и диаметра контактной про­волоки.

Этот вариант хорош тогда, когда предполага­ется работа всей электронной конструкции в раз­ных плоскостях, к примеру, вращение вокруг оси или разносторонние отклонения от условно нор­мального начального положения корпуса устрой­ства. Этот вариант практически реализован в одной детской игрушке, называемой «светящий­ся пропеллер» (рис.6), однако сама идея может и должна быть рассматриваема в широком спектре практических возможностей.

Рис. 6

На рис.6 видно, как большой палец руки да­вит на кнопку включения пропеллера, кнопку без фиксации. Главное, повторюсь, в простоте изго­товления подобных датчиков и их универсальном применении в радиолюбительских электронных конструкциях.

На рис.7 показано, как работает такое устрой­ство. При механическом замыкании контактов датчика, подается питание на линейку из трех разноцветных SMD-светодиодов, установленных в лопасти пропеллера, и они зажигаются в посто­янном режиме.

Рис. 7

Популярны конструкции устройств на «вра­щающихся светодиодах», которые могут ото­бражать даже виртуальный текст или рисунок в пространстве — они работают по тому же принци­пу, что и мониторы с растровой разверткой. По­стоянное быстрое повторение создают иллюзию последовательного, стабильного изображения из-за инертности зрительного восприятия чело­века. Проблема заключается в затрудненности передачи электропитания к вращающейся части, а вторая проблема — формирование сигнала син­хронизации.

Рис. 8

Однако есть и более простой способ визуаль­но эффектив­ного светового эффекта — он описан выше в настоящей ста­тье. Работает простой свето­вой индикатор во вращающем­ся пропеллере именно благо­даря описанной конструкции механического датчика. Во время быстрого враще­ния пропеллера, что осуществляется с помощью электродвигателя с отдельным низковольтным питанием от двух батарей типа АА, происходит множественные (частые) замыкания контактов механического датчика в плоскости вращения. При этом питание от двух батарей типа AG13, «спрятанных» в корпусе самого пропеллера (см. рис.8), поступает на линейку из трех SMD — светодиодов, и они зажигаются без воздействия на какую-либо дополнительную кнопку управле­ния. Пропеллер вращается — светодиоды горят.

Рис. 9

Получается интересный световой эффект. Как только пропеллер замедляется, воздействие на механический датчик в плоскости вращения кор­пуса пропеллера становится минимальным, кон­такты датчика не замыкаются или замыкаются хаотично, реже, и свечение светодиодов закан­чивается. Соответственно, поскольку в данной конкретной электрической схеме такой датчик включен в разрыв питания от батарей АА к све­тодиодам (см. рис.2), при отсутствии вращения пропеллера устройства тока не потребляет и ба­тареи типа AG13 (каждая с напряжением 1.5 В) не разряжаются.

На рис.9 представлена иллюстрация такого же светового эффекта с таким же датчиком, реа­лизованным как часть электронной конструкции игрушечного квадрокоптера.

Здесь также, как в описанном выше случае питание к светодиодам не пе­редается от обще­го аккумулятора, а непосредственно в вращающейся го­ловке пропеллера установлено собственное низковольтное «питание», состоящее из дисковых плоских батареек и механический датчик, приведенный на рис.5.

И, наконец, приведу электрическую схему для варианта применения описанного простого ме­ханического датчика для сигнализации или, ины­ми словами, для блокировки токового реле с низ­ковольтным питанием (рис. 10).

Рис. 10

Катушка L1 и геркон напротив нее справа (на рис. 10) являются частью одного токового реле, оформленного в едином корпусе. Последова­тельно в цепи геркона токового реле включен ме­ханический датчик SF1. На основе этого датчика можно самостоятельно изготовить «токовое ре­ле», соединив один из контактов геркона с концом обмотки, как показано на рис. 10. Включатель S1 (кнопка на замыкание без фиксации) установлен

в схеме для возможности приведения токового ре­ле в исходное состояние и блокировки во включенном состоянии.

Когда кратковременно S1 замкнут, и к токово­му реле подключена нагрузка, имеется механи­ческое воздействие на датчик SF1, по обмотке L1 протекает электрический ток, геркон под воздей­ствием магнитной индукции коммутирует контак­ты, нагрузку во включенном состоянии. Ток через обмотку герконового реле и нагрузку создает па­дение напряжения на обмотке L1. Падение напря­жения на обмотке прямо пропорционально силе тока в этой электрической цепи. Наведенное на­пряжение создаст небольшое электромагнитное поле, которое достаточно для воздействия на кон­такты геркона, которые (согласно схеме, рис. 10) заблокируют электрическую цепь, при условии, что механическое воздействие на датчик SF1 не прекратилось. То есть токовое реле блокируется во включенном состоянии, пока имеется воздей­ствие на датчик S1. Нагрузка обесточится (если ток в ее цепи уменьшится, что может произойти в силу разных причин), когда падение напряжения на L1 уменьшится, уменьшится магнитное поле, или когда прекратится воздействие на датчик SF1.

Автор: Андрей Кашкаров, г. Санкт-Петербург
Источник: Радиоаматор №3-4/20

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.