Электрическая схема датчика вибрации цифровой. Схема датчика вибрации. Самодельный датчик вибрации

Датчик вибрации своими руками — дополненный простой системой крепления и несколькими спаянными «на весу» компонентами, пьезоэлемент может детектировать механические удары. Собственно датчик состоит из керамического пьезоэлемента и тонкого латунного диска. Такого рода сборка раньше использовалась во многих телефонных аппаратах в качестве источника вызывного сигнала или в наручных часах с будильником.

В зависимости от способа монтажа, датчик может воспринимать удары в направлении одной оси (Рисунок 16) или трех (Рисунок 16). Для одно осевого измерения припаяйте один край датчика к завернутому в монтажное основание винту. На противоположный край припаяйте груз, чтобы увеличить чувствительность датчика. Пара небольших крючков, прикрепленных к основанию, ограничивает движение датчика, не допуская поломки пьезоэлемента.

Если вы хотите, чтобы система была чувствительна к ударам в трех измерениях, один край датчика припаяйте к винту точно так же, как в первом случае. На другой край припаяйте винт с плоской потайной головкой, направленный в сторону, противоположную монтажному основанию. Используйте пару контр-гаек, чтобы увеличить полярный момент инерции конструкции. Положение контр-гаек определяет чувствительность пьезоэлемента. В обоих случаях, для того чтобы не нарушить соединение пьезоэлемента с латунным диском, время пайки должно быть минимально возможным.

На Рисунке 2 изображена простая схема сигнализации. При хорошем щелчке по пьезозлементу на 10-мегаомном резисторе R1 возникнет напряжение в несколько вольт. После этого микросхема сдвоенного таймера 1с1 в течение одной минуты будет включать питание звукового излучателя с периодичностью 1 с. Излучатель звука имеет собственную встроенную схему управления, генерирующую пронзительный сигнал со звуковым давлением 90 дБ.

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.

Поискал тут в темах про балансировки, многие просят помощи что-нибудь отбалансировать, поэтому, думаю, эта тема будет полезна, чтобы собрать очень простое устройство как раз для этих целей.

У китайских братьев есть 3-х координатные датчики положения, которые очень неплохо реагируют на вибрацию, тем более, что именно они применяются в промышленных приборах. Для экспериментов заказал 5 штук Через 3 недели получил и решил сразу посмотреть как они работают. Собрал стенд из точила, которое использую для испытания зажиганий мопедных двигателей Д6,Д8. Между валом и магнитом есть небольшой зазор, который обычно выбирается витком изоленты, но тут как раз изоленту убрал, чтобы нарушить центровку магнита на валу. Магнит сместил специально по направлению метки, чтобы более тяжелый сектор уже изначально был помечен. Вибрация получилась, конечно, незначительная, но этого оказалось вполне достаточно, чтобы увидеть результат.

Вот что из себя представляет стенд:

Питание подал от 3-х АА батареек 1,5*3=4,5 вольта.

Ниже сигнал с датчика на осциллографе. Снимать сигнал можно с 3-х координат, но я взял координату Z , т.к. датчик прилепил к точилу на двухсторонний скотч и вибрация происходит как раз по этой координате.

Сигнал сначала смотрел однолучевым осциллографом, но потом подсоединил датчик холла и подал сигнал на двухлучевой, чтобы видеть как работает датчик в угловом положении. Как видим, вибрация видна очень хорошо в виде синусоиды. Также на синусоиде можно заметить помехи от коллекторного двигателя. Забегая вперед, в последствии, помехи мешать не будут, т.к. плата усилителя будет собрана прямо рядом с датчиком, а тут у меня даже не экранированный провод около 1,5 метров(чувствительность осциллографа на этом канале 0,2 вольта на деление и развертка 2 мс/дел) .

Быстренько накидал схемку в Протеусе(На схему на Протеусе сильно внимание обращать не стоит - она не окончательная. Правильная и окончательная опубликована ниже) .

Как работает схема: Сигнал с "датчика"(желтый) усиливается операционным усилителем U1(синий сигнал на его выходе) и дальше сравнивается компаратором U2. Уровень для сравнения подбирается переменным резистором, чтобы поймать самый верх синусоиды, тем самым сужается сектор подсветки светодиодом и, таким образом, будет найден самый "тяжелый сектор". Найдя "тяжелый сектор", для балансировки необходимо либо облегчать этот сектор, либо с противоположной стороны подвешивать груз.

А это уже отлаженная схема устройства:

Схема очень простая и работает по принципу стробоскопа, при этом кроме неё не надо ни каких приборов.

Так выглядит стенд:

Датчик вибрации пришлось перевернуть, иначе метка светилась с противоположной стороны. :)

А это видео работы датчика вибрации на стенде:

Как видно на видео, чувствительность получилась очень высокой, что даже легкое постукивание по стенду вызывает вспыхивание светодиода. Кроме этого, регулятором уровня можно очень четко "выловить" самый пик сигнала с датчика, причем любого уровня и можно настроить такой порог, что датчик начинает срабатывать даже на разговор или шаги около стенда. :)

На видео есть момент, где мне немного трудно было поймать нужное положение регулятора уровня, т.к. оно оказалось близким к середине регулировки переменного резистора, а он, как назло, попался с фиксацией середины и норовил как раз установиться на ней.

Итог: Идея работает и еще как, т.е. с помощью такого простого устройства можно балансировать хоть вентиляторы, хоть точило. На профессиональное применение устройство не претендует , но несомненно окажет помощь при любой балансировке, если нет других приборов.

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