Bezkontaktowy czujnik pojemnościowy z rezonatorem kwarcowym. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Technologia pomiarowa

 Komentarze do artykułu

W przypadku bezdotykowych czujników pojemnościowych stosowanych w sygnalizatorach antywłamaniowych do kontroli zbliżania się obiektu do chronionego obszaru często stosuje się prostokątne generatory impulsów na wzmacniaczach operacyjnych, montowane według klasycznego schematu [1]. Wśród niedociągnięć takich generatorów należy przede wszystkim zauważyć niską stabilność częstotliwości samoscylatora ustawionego przez obwód RC, co prowadzi do zawodności urządzenia.

Próby zwiększenia czułości urządzenia, jak zauważono w tym artykule, powodują zakłócenia („miganie”) lub fałszywe alarmy z zakłóceń sieciowych, co powoduje okresowe fałszywe alarmy bez zbliżania się do czujnika obiektu lub, odwrotnie, nie działa, gdy obiekt się zbliża czujnik .

Wady te można wyeliminować szeregowo, łącząc rezonator kwarcowy z czujnikiem pojemnościowym, który wzbudzając się z częstotliwością rezonansu szeregowego, kompensuje składową bierną rezystancji zespolonej czujnika pojemnościowego, ułatwiając przetwarzanie zmian pojemność elektryczna czujnika na rezystancję czynną [2].Takie urządzenie nazywa się dielkometrem kwarcowym.

Rys.. 1

W czujniku zbliżeniowym opisanym poniżej, zmontowanym zgodnie ze schematem na ryc. 1, dostępny w handlu próżniowy rezonator kwarcowy ZQ1 o rezonansie szeregowym przy częstotliwości fpe3 = 300 kHz jest połączony szeregowo z czujnikiem pojemnościowym Sd. Rezonator ma następujące równoważne parametry elektryczne: indukcyjność - 21,7 H; pojemność - 0,013 pF; rezystancja - 90 Ohm; pojemność międzyelektrodowa - 6,5 pF; współczynnik jakości - około 455000.

Należy zauważyć, że większość samooscylatorów działa z częstotliwością, która nie pokrywa się z częstotliwością rezonansu szeregowego rezonatora kwarcowego. Na przykład dobrze znany pojemnościowy trzypunkt jest wzbudzany z większą częstotliwością. Prowadzi to do tego, że współczynnik jakości rezonatora zmniejsza się, zmniejszając stabilność częstotliwości oscylatora.Najbliższą częstotliwości rezonansowej rezonansu szeregowego zapewnia oscylator mostkowy, który dzięki temu ma maksymalną stabilność częstotliwości.

W celu zwiększenia czułości i stabilności bezdotykowego pojemnościowego miernika zbliżeniowego, szczegółowo opisanego w [1], wskazane jest zastosowanie dielkometru kwarcowego.

Do eksperymentów czuły element (czujnik) o średnicy 60 mm, podobny do zastosowanego w urządzeniu wspomnianym w [1], został wykonany z pokrytego folią getinaxu. Pojemność czujnika w wolnej przestrzeni (bez blisko rozmieszczonych obiektów), mierzona za pomocą urządzenia o wysokiej częstotliwości E7-9, wyniosła 2,51 pF. Z takim czujnikiem i powyższym rezonatorem kwarcowym równoważna rezystancja elektryczna obwodu szeregowego rezonator-czujnik wynosi 1160 omów.

Zbliżając się do czujnika dowolnego obiektu - na przykład dłoni, zwiększa się pojemność czujnika, a równoważna rezystancja czynna obwodu maleje. Jeśli pojemność zostanie zwiększona o 1 pF, równoważna rezystancja elektryczna wyniesie 732 omów, tj. zmniejszy się o 428 omów.

Zatem czułość dielkometru na zmianę pojemności czujnika wynosi 428 Ohm/pF.

Jako przekształtnik wtórny w mierniku zastosowano oscylator mostkowy oparty na jednym tranzystorze, zasilany z ogniwa galwanicznego o napięciu 1,5 V.

Urządzenie składa się z mostka pomiarowego, wzmacniacza napięcia na tranzystorze VT1, detektora na diodach VD1, VD2 oraz wskaźnika zbliżeniowego, którym jest mikroamperomierz RA1. Dwa ramiona mostka pomiarowego reprezentowane są przez połówki uzwojenia L1 transformatora w.cz.. Trzecie ramię - pomiarowe - składa się z rezonatora kwarcowego ZQ1 i czujnika pojemnościowego SD1, a czwarte - przykładowe - rezystorów R1 i R2. .

Napięcie wyjściowe mostka pomiarowego jest podłączone przez kondensator C1 do podstawy tranzystora wzmacniającego VT1. Uzwojenie L2 wraz z kondensatorem C3 tworzą równoległy obwód oscylacyjny, który należy dostroić do częstotliwości rezonansowej szeregowego rezonatora kwarcowego 300 kHz, wybierając kondensator C3. Przy tej częstotliwości obwód ma maksymalną rezystancję, zapewniając maksymalne wzmocnienie tranzystora VT1 i sprzyjające wzbudzaniu oscylacji przy częstotliwości podstawowej rezonatora kwarcowego.

Wzmocnione napięcie wyjściowe podawane jest na wejście mostka pomiarowego jako sygnał OS, stwarzając warunki do wzbudzenia samo-oscylacji o częstotliwości rezonansu szeregowego oraz na wejście detektora wykonanego na diodach VD1 i VD2 wg. schemat podwojenia.Wykryte napięcie powoduje odchylenie strzałki mikroamperomierza PA1.

W stanie początkowym (gdy nie ma obiektów w strefie czułości czujnika) nie występują samooscylacje i nie ma napięcia na wyjściu czujnika, gdyż rezystancja ramienia pomiarowego mostka jest większa od rezystancji przykładowego, który jest ustawiany przez opornik strojenia R2. Jeżeli rezystancja czynna ramienia pomiarowego i przykładowego mostka jest jednakowa, to również nie występują samooscylacje.

Zbliżenie obiektu do czujnika pojemnościowego powoduje wzrost jego pojemności, a co za tym idzie spadek rezystancji zastępczej. Gdy rezystancja ramienia pomiarowego mostka spadnie poniżej wzorcowej, wystąpią samooscylacje, co zostanie odnotowane przez mikroamperomierz. Rezystor dostrajający R2 reguluje czułość urządzenia, czyli innymi słowy, ustawia odległość do zbliżającego się obiektu, który powoduje samo-oscylacje.

Urządzenie może niezawodnie ustalić podejście do czujnika ręcznego w odległości 10 cm (igła mikroamperomierza odchyla się o 10 działek). Czułość urządzenia można zwiększyć, zwiększając wielkość czujnika, napięcie zasilania, przekładnię transformatora wysokiej częstotliwości, a także zmniejszając rezystancję rezystorów R3 i R4.

Jako wskaźnik zastosowano mikroamperomierz M283K o maksymalnym prądzie odchylania igły 100 μA (100 działek) W doświadczeniach czułość była ustawiona tak, że przy zmianie pojemności czujnika o 1 pF igła mikroamperomierza odchylała się do pełnej skali, co odpowiada zmianie równoważnej rezystancji czynnej obwodu rezonator-czujnik z 1160 do 732 omów, tj. 428 omów (skala liniowa).W związku z tym jeden dział skali mikroamperomierza M283K odpowiadał zmianie rezystancji o 4,3 oma i pojemność o 0,01 pF.

Czułość urządzenia można zwiększyć do 0,001 pF na działkę mikroamperomierza. Wyklucza to zakłócenia sieciowe.

Rys.. 2

Przy napięciu zasilania 1 5 V pobór prądu wynosi 0,5 mA. Tranzystor KT315B można zastąpić KT368B lub KT342B.Transformator wysokiej częstotliwości jest nawinięty na pierścieniu K 10x6x2 wykonanym z ferrytu M3000NM. Aby zwiększyć współczynnik jakości obwodu oscylacyjnego L2C3, w pierścieniu wycina się szczelinę o szerokości 0,9 ... 1,1 mm, jak pokazano na ryc. 2 za pomocą krążka ściernego stosowanego w praktyce stomatologicznej. Szczelina znacznie ułatwia uzwojenie cewek transformatora Uzwojenie L1 zawiera 50 zwojów z odczepem od środka, a L2 - 75 zwojów. Oba wykonane są luzem z drutu PELSHO o średnicy 0,15 mm

Kondensatory - ceramiczne seria KM. Kondensator C3 jest wybrany w zakresie 750...900 pF, aby zapewnić częstotliwość rezonansową 300 kHz.

literatura:

1. Moskvin A. Bezdotykowe czujniki pojemnościowe. - Radio, 2002, nr 10. s. 38, 39.
2. Savchenko V., Gribova L. Rezonator kwarcowy przekształca wielkości nieelektryczne w elektryczne. - Radio, 2004, nr 2, s. 34-36.

Autor: V. Savchenko, L. Gribova, Iwanowo; Publikacja: radioradar.net

Zobacz inne artykuły Sekcja Technologia pomiarowa.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Sztuczna skóra do emulacji dotyku 15.04.2024

W świecie nowoczesnych technologii, w którym dystans staje się coraz bardziej powszechny, ważne jest utrzymywanie kontaktu i poczucia bliskości. Niedawne odkrycia w dziedzinie sztucznej skóry dokonane przez niemieckich naukowców z Uniwersytetu Saary wyznaczają nową erę wirtualnych interakcji. Niemieccy naukowcy z Uniwersytetu Saary opracowali ultracienkie folie, które mogą przenosić wrażenie dotyku na odległość. Ta najnowocześniejsza technologia zapewnia nowe możliwości wirtualnej komunikacji, szczególnie tym, którzy znajdują się daleko od swoich bliskich. Ultracienkie folie opracowane przez naukowców, o grubości zaledwie 50 mikrometrów, można wkomponować w tekstylia i nosić jak drugą skórę. Folie te działają jak czujniki rozpoznające sygnały dotykowe od mamy lub taty oraz jako elementy uruchamiające, które przekazują te ruchy dziecku. Dotyk rodziców do tkaniny aktywuje czujniki, które reagują na nacisk i odkształcają ultracienką warstwę. Ten ... >>

Żwirek dla kota Petgugu Global 15.04.2024

Opieka nad zwierzętami często może być wyzwaniem, szczególnie jeśli chodzi o utrzymanie domu w czystości. Zaprezentowano nowe, ciekawe rozwiązanie od startupu Petgugu Global, które ułatwi życie właścicielom kotów i pomoże im utrzymać w domu idealną czystość i porządek. Startup Petgugu Global zaprezentował wyjątkową toaletę dla kotów, która automatycznie spłukuje odchody, utrzymując Twój dom w czystości i świeżości. To innowacyjne urządzenie jest wyposażone w różne inteligentne czujniki, które monitorują aktywność Twojego zwierzaka w toalecie i aktywują automatyczne czyszczenie po użyciu. Urządzenie podłącza się do sieci kanalizacyjnej i zapewnia sprawne usuwanie nieczystości bez konieczności ingerencji właściciela. Dodatkowo toaleta ma dużą pojemność do spłukiwania, co czyni ją idealną dla gospodarstw domowych, w których mieszka więcej kotów. Miska na kuwetę Petgugu jest przeznaczona do stosowania z żwirkami rozpuszczalnymi w wodzie i oferuje szereg dodatkowych funkcji ... >>

Atrakcyjność troskliwych mężczyzn 14.04.2024

Od dawna panuje stereotyp, że kobiety wolą „złych chłopców”. Jednak najnowsze badania przeprowadzone przez brytyjskich naukowców z Monash University oferują nowe spojrzenie na tę kwestię. Przyjrzeli się, jak kobiety reagowały na emocjonalną odpowiedzialność mężczyzn i chęć pomagania innym. Wyniki badania mogą zmienić nasze rozumienie tego, co sprawia, że ​​mężczyźni są atrakcyjni dla kobiet. Badanie przeprowadzone przez naukowców z Monash University prowadzi do nowych odkryć na temat atrakcyjności mężczyzn w oczach kobiet. W eksperymencie kobietom pokazywano zdjęcia mężczyzn z krótkimi historiami dotyczącymi ich zachowania w różnych sytuacjach, w tym reakcji na spotkanie z bezdomnym. Część mężczyzn ignorowała bezdomnego, inni natomiast pomagali mu, kupując mu jedzenie. Badanie wykazało, że mężczyźni, którzy okazali empatię i życzliwość, byli bardziej atrakcyjni dla kobiet w porównaniu z mężczyznami, którzy okazali empatię i życzliwość. ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum Jak znaleziono Lunokhod-1 25.04.2010 "Lunokhod-1" zagubiony wiele lat temu na powierzchni Księżyca w końcu został odnaleziony! Lunokhod 1 zniknął z ekranów radarów 14 września 1971 roku, prawie rok po dostarczeniu go na Księżyc. I to bardzo zdenerwowało naukowców: zainstalowano na nim francuski reflektor, za pomocą którego fizycy, odbijając wiązkę laserową, mają nadzieję zmierzyć odległość do Księżyca z dokładnością do milimetra (taka dokładność jest potrzebna do wyszukiwania odchylenia od teorii względności Einsteina). Od tego czasu do ich dyspozycji pozostały cztery reflektory – trzy przywiozły Apollos -11, 14 i 15, a czwarty znajduje się na Lunokhod-2. Ten ostatni jest źle zorientowany, więc trudno z niego korzystać. Aby osiągnąć wymaganą dokładność, potrzebnych jest pięć reflektorów: trzy do określania współrzędnych, jeden do uwzględniania sił pływowych i jeszcze jeden do sterowania. A w kwietniu 2010 roku amerykański satelita „Lunar Reconnaissance Orbiter” zbadał świecącą plamę na powierzchni Księżyca kilka kilometrów od miejsca, w którym wszyscy szukali „Lunokhod-1”. 22 kwietnia naukowcy z grupy Toma Murphy'ego, profesora Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego, wycelowali laser w plamkę i otrzymali sygnał zwrotny. Powtórzony eksperyment, przeprowadzony 30 minut później, pozwolił obliczyć współrzędne Lunokhod-1 z dokładnością do dziesięciu metrów. Teraz wrócił do akcji.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Sztuczna inteligencja do szybkiego odkrywania leków

▪ Nowa seria rezystorów mocy grubowarstwowej

▪ Pociąg rumiankowy

▪ Ścieżka molekularna znaleziona w krytycznych przypadkach COVID-19

▪ 3-fazowy moduł EconoPIM 150 3A

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ sekcja witryny Komunikacja mobilna. Wybór artykułów

▪ artykuł Strikebreaker. Popularne wyrażenie

▪ artykuł Dlaczego przestajemy się rozwijać? Szczegółowa odpowiedź

▪ artykuł Sposoby przeprowadzania ofiar. Opieka zdrowotna

▪ artykuł Automatyczny miękki start żarówek. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

▪ artykuł Piekarnik łukowy w dwóch doniczkach. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Zostaw swój komentarz do tego artykułu:

Wszystkie języki tej strony

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn

www.diagram.com.ua
2000-2024