ДАТЧИК КОЛЕБАНИЙ

Предлагаемые для рассмотрения материалы заявки относятся к области измерительной техники, а именно к датчикам регистрации колебаний, генерируемых сейсмическими волнами от источников естественного и искусственного происхождения, которые могут быть использованы в технике электроакустических преобразователей.
Датчики колебаний на основе пьезоэлементов имеют широкое распространение в радиотехнических устройствах за счет возможности преобразования энергии колебаний в электрические сигналы. Так они используются в охранных извещателях, сейсмодатчиках и звуковых преобразователях.
Известен датчик, предложенный в патенте RU 71772 «Многолучевой вибропреобразователь», в котором источником колебаний служат пьезоэлектрические сенсоры. Но данная конструкция сложна в изготовлении.
Наиболее близкий по целям применения и схеме к предлагаемому для рассмотрения датчику колебаний является «Датчик вибрации для охранного устройства» - Ю.Виноградов, «Датчик вибрации для охранного устройства», г.Москва, РАДИО №12, 1994, который был взят за прототип.
В прототипе основой датчика служит пьезоэлемент от звукоизлучателя, припаянный одной из обкладок к фольгированной площадке печатной платы. При механическом колебании на выводах датчика возникает несколько слабых импульсов. 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.
Такая схема (датчика вибрации для охранного устройства) имеет следующие недостатки:
1. возможность фиксировать только тот уровень вибрации, который превышает заранее заданный порог;
2. высокое напряжение питания - 9 вольт;
3. необходимость использования внешнего генератора импульсов;
4. низкая помехоустойчивость;
5. невозможность использования устройства для регистрации и дальнейшего анализа вибраций, вызванных звуковыми колебаниями (в качестве пьезоэлектрического звукоснимателя).
Техническими задачами предлагаемого для рассмотрения датчика колебаний являются:
1. расширение частотного диапазона регистрируемых колебаний;
2. уменьшение габаритов;
3. уменьшение энергопотребления;
4. увеличение помехоустойчивости;
5. расширение функциональных возможностей.
Поставленные цели достигаются тем, что в устройство, содержащее пьезодатчик и усилитель, введены следующие изменения: применены двухкаскадный операционный усилитель ОРА2365 (Texas Instruments Incorporated (www.ti.com)), первый каскад которого выполнен по логарифмической схеме, и микроконтроллер PIC16F88 (Microchip Technology Inc. (www.microchip.com)); усилительный тракт соответствует трактам усилителей звуковых частот; в усилитель введены корректирующие цепи.
Предлагаемое для рассмотрения техническое решение поясняется на схеме датчика колебаний (Фиг.1), где
1 - первый каскад;
2 - второй каскад.
Первый каскад усилителя выполнен по логарифмической схеме.
Усилитель НЧ колебаний сконструирован на малошумящем операционном усилителе ОРА2365.
Датчик колебаний работает следующим образом. Вибрация поверхности через металлическое основание передается на пьезоэлемент. Под воздействием вибрации на выходах пьезоэлемента образуется электрический сигнал, который передается на вход микросхемы ОРА2365 для дальнейшего усиления. Усиленный сигнал снимается с выхода операционного усилителя.
Достоинствами нашего датчика колебаний являются малые габариты, малое энергопотребление, высокая помехоустойчивость и возможность его использования в качестве пьезоэлектрического звукоснимателя. Перечисленные достоинства достигаются тем, что в нашей схеме использована элементная база, позволяющая использовать напряжение питания, равное 3,3 вольт. Кроме того, применяя в первом каскаде усилитель, построенный по логарифмической схеме, мы получаем возможность избежать искажений сигнала при слишком сильных уровнях вибраций, тем самым, повышая помехоустойчивость. Так же, за счет того, что аналоговый сигнал с выхода усилителя предполагается подавать на вход АЦП микроконтроллера (для регистрации и дальнейшей обработки), решается проблема фиксированного порога и необходимость использования внешнего генератора импульсов для управления работой логических микросхем. Поскольку усилительный тракт датчика колебаний аналогичен трактам усилителей звуковых частот, то, следовательно, данное устройство можно использовать так же и в качестве пьезоэлектрического звукоснимателя.
Данный датчик колебаний является составляющей частью изделия, регистрирующего колебания определенной частоты. Это изделие было разработано и испытано в ЗАО «Комплексный технический сервис» в г.Санкт-Петербурге. Устройство успешно прошло испытания и ведется подготовка к серийному выпуску изделия. Таким образом, предлагаемое для рассмотрения техническое решение является промышленно применимым.
Заявитель просит рассмотреть представленные материалы заявки «Датчик колебаний» на предмет выдачи патента РФ на полезную модель.