Акустический датчик работы механизма: как он помогает держать оборудование в безопасности

С помощью предлагаемой конструкции можно определить, функционирует ли механизм, размещённый в соседнем помещении или в другом здании. Информацию о работе даёт сама вибрация объекта. Конструкция проста и содержит минимальное число деталей.

— В системах автоматизации часто требуется определить состояние устройства на уровне «включено – выключено» или «работает – не работает».
— наглядный пример: насос в миникотельной.
— сам котёл с устройством управления может быть локализован в одном помещении, а насос, создающий давление в системе отопления, — в другом, вплоть до соседних зданий.

Как сообщить контроллеру о том, что насос включён и работает? В более простых системах можно применить не контрольатор, а элементарный сигнализатор для привлечения внимания оператора.

Существуют различные подходы. Например, через дополнительный контакт пускателя, который замыкается, когда насос работает. Однако по причинам реализации контакт может оказаться неактивным, а у пускателя не всегда имеется незадействованный контакт — это один из недостатков такой схемы.

Ещё один способ — токовый датчик. Такой сигнал отражает работу устройства объективнее, чем контакт, но требует внесения изменений в цепь электропривода.

Как же контролировать работу установки без вмешательства в её схему? Оказывается, достаточно вспомнить, что насос при работе создаёт шум и вибрацию. Подобные свойства присущи многим устройствам: электромагнитам, мощным трансформаторам, механическим частям электропривода. Именно на этих «вредных» свойствах основана работа описываемого ниже датчика работы механизмов. Аналогичными датчиками можно контролировать состояние двигателя внутреннего сгорания или дизеля.

В работе датчика в большей степени задействована вибрация, поэтому при монтаже следует выбрать место с достаточной вибрацией, но без избыточной температуры. Принципиальная схема датчика приведена на рисунке 1.

Схема проста и содержит всего три транзистора. Принцип её действия напоминает принцип автостопа в магнитофонах: пока идут импульсы от датчика движения магнитной ленты, сигнал тревоги не формируется; лента сместилась или закончилась — механизм останавливается.

В качестве датчика вибраций выступает электретный микрофон М1. Сигнал через конденсатор С2 подаётся на усилитель на VT1. Через конденсатор С3 переменная составляющая усиленного сигнала поступает на выпрямитель по схеме удвоителя напряжения. Выпрямленное напряжение заряжает конденсатор С4, поэтому транзистор VT2 открыт (на коллекторе низкий уровень). Этот низкий уровень удерживает VT3 в закрытом состоянии, поэтому реле Р1 отключено и тревожный сигнал контроллеру или сигнализатору не подаётся. В эмиттере VT3 расположен диод VD4 — фиксатор уровня, который обеспечивает надёжное закрытие транзистора.

Если механизм выйдет из строя и вибрации прекратятся, микрофон перестанет улавливать сигнал. Импульсы на коллекторе VT1 исчезают, конденсатор С4 разряжается, VT2 закрывается, а VT3 открывается и активирует реле Р1, контакты которого оповещают контроллер об аварийной ситуации.

Налаживание устройства

— Первый этап: через резистор R2 на коллекторе VT1 установить напряжение примерно на половину питания. При этом VT1 работает в линейном режиме как усилитель сигнала.
— Второй этап: настройка чувствительности всего датчика на уровне R4. Перемещать движок резистора в нижнее положение — минимальная чувствительность, реле будет включено. Затем, разместив микрофон в нужном месте, вращением резистора R4 добиваются выключения реле; при повторном включении механизма реле должно снова срабатывать.

Детали и конструкция

— Для серийного изготовления нескольких датчиков целесообразно собрать схему на печатной плате с использованием лазерно-утюжной технологии. При необходимости одного экземпляра можно выполнить навесной монтаж. Готовую плату размещают в пластмассовом корпусе с элементами крепления.
— VT1, VT2 можно заменить на КТ3102 любых буквенных индексов; КТ503 — на КТ815 или КТ972. Диоды можно заменить любыми высокочастотными маломощными, например КД521, КД503.
— Все резисторы — типа МЛТ-0,25 или импортные. Электролитические конденсаторы — импортные то же на рабочее напряжение не менее 25 В.
— В качестве реле Р1 подойдёт любое малогабаритное реле, возможно импортное, с напряжением срабатывания 12 В. Питание устройства — от маломощного источника, например китайского сетевого адаптера.
— При самостоятельном изготовлении блока питания нужен трансформатор мощностью не более 5 Вт с вторичной обмоткой около 15 В. Проще всего реализовать такую схему на базе интегрального стабилизатора 7812.

Борис Аладышкин

Популярные публикации:
— Устройство отключения нагрузки
— Точечная сварка в домашней мастерской
— Терморегулятор для электрического котла