Схема датчика вибрации своими руками. Виброметр – простой прибор для измерения вибрации. Мы выпускаем виброметры

в качестве датчиков вибрации радиолюбители часто используют пьезокерами- ческие излучатели серии ЗП, больше известные как звуковые «пищалки». Ошибки здесь нет. Пьезоизлучатели являются обратимыми приборами, т.е. они могут генерировать звук (основная функция) или улавливать внешние звуковые колебания (дополнительная функция).

Если корпус «пьезопищалки» жёстко закрепить на шасси исследуемого объекта, то любые щелчки, удары, вибрация будут преобразовываться в переменное или импульсное электрическое напряжение. Полезный сигнал обычно имеет малую амплитуду, поэтому между МК и пьезодатчиком ставят предварительный усилитель. Кроме усиления он играет роль буферной защиты, поскольку резкий и сильный удар по пьезопластине может вызвать короткий импульс очень большой амплитуды, способный повредить МК.

Вместо «пищалок» также используют высокочувствительные промышленные пьезодатчики, применяемые в охранных сигнализациях. Кроме того, в чулане или на чердаке может залежаться старый проигрыватель грампластинок. Его пьезоголовка тоже подходит для экспериментов как хороший высокоомный датчик.

На Рис. 3.31, а…к показаны схемы подключения датчиков вибрации к МК.

Рис. 3.31. Схемы подключения датчиков вибрации к МК {начало):

а) датчик вибрации НА! w МК соединяются между собой через двухкаскадный усилитель на транзисторах VT1, VT2. Резисторами R1, /? J устанавливают максимальную чувствительность датчика при отсутствии самовозбуждения усилителя;

б) транзисторный усилитель с диодным детектором, удваивающим амплитуду сигнала. Резистором /?/регулируют симметричность ограничения сигнала на коллекторе транзистора VT1\

в) аналогичнРис. 3.31, б, но с дополнительным транзисторным усилителем, с регулятором чувствительности /?2и с другими номиналами радиоэлементов;

г) резистором R1 подбирается рабочая точка транзистора VT1 по максимальной досто1юрно- сти срабатывания датчика вибрации НА 1 (например, если он слишком чувствительный);

Рис. 3.31. Схемы подключения датчико!^ вибрации к МК {окончание):

д) необычное применение телевизионной микросхемы DA 1 в качестве входного усилителя;

е) диоды VD1, KZ)2 защищают транзистор КГ/от всплесков напряжения пьезодатчика НА1, а также от электростатических разрядов. Резистором R1 задают оптимальный режим для АЦП;

ж) датчик для автомобильного стетоскопа. Диоды VDJ, К/)2ограничивают входной сигнал на уровне ±(0.7…0.9) В. Резистором /?2 выставляется рабочая точка АЦП МК примерно в середине передаточной характеристики. Доработка датчика НА 1 заключается в его утяжелении;

з) подключение пьезодатчика к быстродействующему компаратору DA1, имеющему «цифровой» выход с открытым коллектором. Напряжение входного сигнала должно быть не более 5 В;

и) Я/4/ -это вибродатчик музыкальной ударной установки. Питание микросхемы DAlw МК осуществляется от разных напряжений. Вместо пьезодатчика может без изменения схемотехники использоваться оптодатчик с перекрывающимся световым каналом;

к) резистором R! регулируют порог срабатывания сигнала отдатчика вибрации НА1.

Сегодня мы с вами поговорим о такой интересной штуке, как датчик вибрации, область ее применения зависит от вашей фантазии. Я, например, использовал его как датчик, для приклеив его к рамке, на которой установлена дверь. Теперь поговорим о самом устройстве. Схема датчика была разработана лично мной, и ее нет нигде в интернете - только на нашем сайте. Характеристики ее следующие: устройство начинает работать сразу после правильной сборки – то есть, не нуждается ни в каких настройках, которые мы с вами так не любим, чувствительность просто потрясающая - с десяти метров от него, исполняя какой нибудь танец, микроамперметр или светодиод начнет подтанцовывать вместе с вами. Вот сама схема датчика вибрации:

Микросхему LM358 использовал, так как она, на мой взгляд, является самым распространенным операционным усилителем, есть она в любом радиомагазине, и стоит копейки. В крайнем случае, ее можно выдрать из краба – универсального зарядного для аккумуляторов мобильных телефонов или из автомобильной сигнализации – там они часто встречаются в приемной части, еще можно заменить на LM324 – у нее плюс питания на четвертую ногу, а минус на одиннадцатую при этом конечно уже не соединяем восьмую и четвертую. Пьезодинамик покупаем или достаем из убитых калькуляторов, наручных часов, велосипедных пищалок и прочих пиликающих игрушек. Микроамперметр бывает в советских магнитофонах, усилителях или авометрах (древних тестерах). Пьезик можно заменить на светодиод или небольшой динамик с малым током потребления (около 20-ти миллиампер, тогда убираем R6). Резисторы R3, R5 – могут быть в пределах 1к до 3к3, главное чтоб они были одинакового номинала. Резистор R4 - влияет на чувствительность, меньше сопротивление - выше чувствительность (минимальное что я ставил 0, 33 ом – это подкрадываясь почувствует на расстоянии 5-6 метров). R1, R2 в пределах 47к … 220к тоже оба с одинаковыми номиналами. R6 как ограничение тока, подходит для микроамперметра и светодиода. Конденсаторы C1 и C2 от 1мк до 47мк. Питание датчика вибрации
возможно даже от литиевого аккумулятора 3,7 вольта, тогда для светодиода можно будет убрать R6. В принципе всё, если собрали все необходимые детали - можно начинать сборку. Собираем сначала схему датчика на ОУ и не трогаем пьезодинамик. Вариант изготовления платы смотрим здесь:

Теперь разбираемся с пьезо динамиком. У него есть середина из пьезоэлемента с напылением сверху для пайки, и пластина (обычно бронзовая или никелированное железо) на которой с одной стороны та самая середина из пьезоэлемента. Припаиваем к середине пьезоэлемента провод, другой его конец провода припаиваем к выводу 3 микросхемы, потом припаиваем пластину прямо на плату, а на противоположной от платы стороне к пьезодинамику прикрепляем пружину (для большей чувствительности) смотрим рисунок. Итак, датчик вибрации собран, можно проверять. Подключаем питание и ждем, пока пружина не успокоится. Когда на выходе будет "0” (не светится светодиод или микроамперметр показывает "0”), щелкаем пальцами или хлопаем, датчик должен отреагировать. Если все работает – отлично, если нет, проверьте, нет ли замыканий, правильно ли все соединили. Микросхема вообще должна быть рабочей, даже если вы ее выпаяли из какого нибудь устройства (на ней нет никакой нагрузки). Если интересно как этот датчик работает, читаем тут. У операционного усилителя есть два входа (один из них называют "+” другой "-”) и один выход. Если подаем на вход "+” напряжение больше чем на вход "-", на выходе имеем "+” если же наоборот на выходе будет "-". По схеме напряжение входе "+” меньше чем на входе "–" на пару милливольт и поэтому на выходе имеем "-". Теперь пьезо динамик - такая крутая вещь, что преобразует звук или вибрацию в напряжение (у меня от пьезодинамика даже светодиод светился, просто ударяя по нему карандашом), и он при вибрации увеличивает напряжение на входе "+”и, следовательно, имеем на выходе тоже "+”. Заранее благодарю за повторение моих конструкции. Автор статьи - Леша "левша", устройство испытал: АКА.

Основой датчика служит пьезоэлемент от звукоизлучателя ЗП-2, ЗП-4 или ЗП-5. Общий вид датчика (сбоку) показан на рис.1,а. Пьезоэлемент 2 одной из обкладок припаян к фолымрованной площадке печатной платы 1. К верхней по рисунку обкладке пьезоэлемента 2 припаивают стойку 4, согнутую в виде буквы Л из упругой стальной проволоки диаметром 0,5 мм. Вид на стойку 4 по стрелке А показан на рис. 1,6. Лапы и седловину стойки нужно заранее облудить.

Консоль 3 выгибают из такой же проволоки и надежно укрепляют на одном из ее концов груз 5 массой 10...15 г из свинца или припоя. После этого консоль припаивают одним концом к плате, а примерно серединой - к седловине стойки 4.

Во избежание отрыва верхней обкладки от пьезоэлемента перед припайкой консоли ее слегка изгибают так, чтобы после установки на место она создавала на пьезоэлементе избыточное прижимающее упругое усилие. Размеры деталей датчика непринципиальны, поэтому на рис.1 не даны. Паять необходимо легкоплавким припоем.

Выводами датчика служат фольговая площадка, к которой припаян пьезоэлемент, и впаянное в плату основание консоли. Плату укрепляют на поверхности,

вибрацию которой надлежит контролировать. При механическом колебании этой поверхности на выводах датчика возникает несколько слабых импульсов длительностью З...15 мс.

Для того чтобы усилить эти импульсы и придать им форму, необходимую для дальнейшей обработки, сигнал с датчика подают на вход усилителя-формирователя (см. схему на рис.2). Операционный уси

литель DA1 работает в режиме максимального усиления, а транзистор VT1 - в режиме переключения. Диод VD1 увеличивает своим напряжением отсечки зону нечувствительности транзистора.

ОУ вместе с диодом и транзистором образуют компаратор напряжения, отличающийся малым энергопотреблением. Порог срабатывания компаратора устанавливают подстроечным резистором R2. Если амплитуда отрицательной полуволны сигнала датчика менее напряжения на резисторе R2, транзистор VT1 остается закрытым, а выходное напряжениеравным нулю.

Механическое возбуждение датчика приводит к появлению на выходе формирователя нескольких прямоугольных импульсов длительностью 3...15 мс, по амплитуде пригодных для прямого введения их в цифровой анализатор, выполненный на микросхемах КМОП. Простейшее подобное устройство, способное выделить полезный сигнал на фоне ложных срабатываний, представляет собой счетчик(001 на рис.2), периодически обнуляемый по входу R импульсами электронных часов или специального генератора. Сигнал тревоги - напряжение высокого уровня - появится на выходе лишь тогда, когда число импульсов на входе счетчика в интервале между двумя соседними обнуляющими импульсами достигнет некоторого числа, устанавливаемого переключателем SA1 (на рис.2 оно установлено равным восьми).

Если не задаваться решением задачи исключения ложных сигналов, то сигнал с коллектора транзистора VT1 можно подавать непосредственно на вход узла формирования сигнала тревоги.

Как показывает опыт, датчик практически не реагирует на акустические сигналы, распространяющиеся в воздушной среде. Чувствительный прежде всего к нормальной составляющей вибраций, он довольно хорошо воспринимает и возмущения, лежащие в плоскости пьезоэле-мента,-очевидно вследствие возникновения реакции в точках крепления стойки. Таким образом, датчик реагирует на вибрации произвольной ориентации. Ток, потребляемый усилителем-формирователем в режиме ожидания при напряжении питания 9 В, не превышает -18 мкА, при 5 В - 10 мкА.

Источник: РАДИО 12/94

На основе простого керамического пьезоэлектрического детектора можно собрать интересный и полезный модуль датчика физического воздействия, который может применяться на дверях, витринах и окнах для обнаружения вибраций и ударов.

Сам датчик удара (керамический пьезоэлектрический детектор) имеет «униморфную» диафрагму, которая состоит из пьезоэлектрического керамического диска, спаренного с металлическим диском. Датчик подает напряжение, пропорциональное ускорению удара или вибрации. Например, при 40 мВ/G получим около 2 В, если удар будет с ускорением 60 G.

В данном случае представлен низковольтный, низкотоковый модуль датчика физического воздействия на основе стандартного керамического пьезоэлектрического детектора, который заставляет цепь одновибратора (IC1) активировать кремниевый npn-транзистор. Выход с открытым коллектором этого транзисторного ключа можно подключить к внешней цепи сигнализации для дальнейшей работы с полученным сигналом. Поскольку потребление тока здесь очень мало (от 5 до 6 мА), саму схему можно питать от батарейки 3 В. При обнаружении физического воздействия одновибратор включит транзистор на время, определяемое RC-цепочкой, состоящей из R3 и C2.

Микросхема M74HC123 (IC1) является высокоскоростным двойным перезапускаемым КМОП-одновибратором с входами, защищенными от статического разряда и переходных скачков напряжения. Здесь имеются два входа пусковых импульсов, отрицательный фронт и положительный фронт. В данном случае используется только часть с положительным фронтом запуска (вывод 2). После запуска, выход на период времени, определяемым внешним резистором R3 и конденсатором С2, поддерживает моностабильного состояние.

Перевод сайт

Схема простого, но чувствительного датчика вибрации на ОУ LM358. Устройство наладки не требует и начинает работать сразу. Реагирует на шаги с расстояния в несколько метров.

Схема вибродатчика показана на рисунке ниже:

В качестве датчика используется плоский пьезоизлучатель от наручных часов либо похожий. Провод от центральной пластины пьезоэлемента подключается ко входу ОУ. Сам пьезоэлемент закрепляется на контролируемой поверхности. Для усиления чувствительности к основанию пьезоэлемента можно прикрепить небольшую пружинку с грузиком таким образом, чтобы пьезоэлемент работал на изгиб. В спокойном состоянии напряжение на неинвертирующем входе U1 на несколько милливольт ниже, чем на инвертирующем. Поэтому на выходе U1 (выв.1) присутсвует напряжение, близкое к 0 (лог.0). При появлении вибрации на выводе 3 ОУ появляется дополнительное напряжение, которое в сумме с постоянным напряжением от делителя R3-R1-R2 оказывается выше, чем на выводе 2. ОУ переключается, и на его выходе появляется напряжение, близкое к напряжению питания (лог. 1). Таким образом, на выходе датчика формируются прямоугольные импульсы в такт с вибрацией. Выходной сигнал подается на 2 контакт разъема J1.

Резистором R1 подбирается чувствительность датчика. Его номинал может колебаться от 0.33 Ом до 10 Ом. Чем меньше сопротивление - тем выше чувствительность. Кондерсатор С1 выполняет роль фильтра, исключая ложное срабатывание от одиночных импульсов. Резисторы R2 и R3 должны быть одинакового сопротивления от 1 до 3 кОм. Резисторы R4 и R5 тоже должны быть одинакового сопротивления от 47 до 200 кОм.

Датчик может питаться напряженим от 4 до 12 вольт. Резистор R6 ограничивает выходной ток в случае напряжения питания больше 5 вольт и чувствительной нагрузке на выходе. Выход датчика модет быть подключен к микроконтроллеру или транзистору, управляющему, например, реле. Также к выходу датчика может быть подключен светодиод или вольтметр.

Датчик может быть собран на печатной плате, чертеж которой представлен на рисунке:

Пьезолемент подключется через разъем слева. Провода к нему должны быть скручены между собой.