Níže popsaný jednoduchý obvod ultrazvukového požárního poplachu detekuje situaci požárního nebezpečí zachycením variací okolních vzduchových vln nebo turbulencí vzduchu. Vysoká citlivost obvodu zajišťuje, že jsou rychle detekovány i ty nejmenší turbulence vzduchu způsobené teplotním rozdílem nebo požárem a zazní výstražné zařízení.

Přehled

Konvenční požární senzory využívají k identifikaci požáru různé systémy a přicházejí se všemi druhy složitostí.

Běžný požární poplachový systém používá a teplotní senzor vnímat neobvykle vysokou teplotní odchylku způsobenou požárem.

“multiplikátor napětí DC na DC ”

Není zásadní, že pouze elektronická část jako a termistor nebo je použito polovodičové teplotní zařízení, ale jednoduchý materiál, jako je nízkoteplotní tavný článek nebo bimetalový teplotní spínač.

I když je preferována jednoduchost takových typů výstrah, jejich spolehlivost je sporná, protože detekce nastává pouze tehdy, když oheň již zrál.

Složitější systémy požárního poplachu existují, například detektory kouře, které jsou vybaveny samostatnou polovodičovou částí, která snímá existenci kouřových částic, hořlavého plynu a par.

Kromě toho existují optoelektronický požární poplachové systémy, které se spustí, když kouř jakékoli formy blokuje jejich světelné paprsky. Tento typ systému detekce požáru byl publikován na Hobby Electronics.

Detekce tepla pomocí Dopplerova posunu

Nová metoda detekce požáru pomocí ultrazvukový zvuk je popsán v tomto článku. Nesoucí stejné provozní principy jako slavný Ultrazvukové alarmy vetřelce Dopplerovým posunem , tento systém detekce požáru je mimořádně citlivý na turbulence ve vzduchu, kromě pohybu pevných předmětů.

Teplo z elektrického ohně vytváří obrovské turbulence a spouští poplach. Falešné poplachy jsou často spouštěny kvůli turbulencím. Výsledkem je, že tento typ požárního poplachu je ideální pro domov, i když by jej lidé, kteří v něm žijí, často neocenili.

Jak se děje zvuková diskriminace

Jednou z nevýhod použití poplašného zařízení Doppler Shift jako požárního poplachu je rozsáhlá detekční oblast, kterou tato jednotka poskytuje. Nějak se to ukázalo jako požehnání, protože rychlá detekce je možná, i když v malém rohu oblasti detekce začíná oheň.

Standardním principem konvenčních požárních hlásičů je detekce požárů a ignorování lidí, kteří se pohybují po místnosti. To je zásadní, protože výstražný systém je nastaven tak, aby fungoval, dokud nebude aktivován.

Typický ultrazvukový alarm Dopplerova posunu nedokáže rozlišit mezi lidmi a turbulencemi. Proto má větší smysl, aby požární poplachový systém používal obvod, který řídí malou oblast činnosti.

Poplachovou jednotku lze umístit na místo v místnosti, kde je lidský pohyb minimální, ale přesto dokáže rychle identifikovat turbulence způsobené požárem.

Systém funguje

Základní ultrazvukový alarm je vybaven dvěma nezávislými obvody, které jsou připojeny přes stejný zdroj napájení.

Jednodušší elektronický obvod působí na vysílač, který vysílá jednotné zvukové frekvence do přijímače, což je složitější obvod.

Blokové schéma požárního poplachu je znázorněno na obrázku 1.

Jak je popsáno, obvod vysílače pracuje na produkci ultrazvukového zvuku pomocí oscilátoru a přivádí signál přes reproduktor.

Elektrický signál je reproduktorem přeměněn na zvukové vlny, ale lidé je neslyší, protože jsou posazeny nad rozsah sluchu.

Běžné zvukové zesilovače nepracují dobře na ultrazvukových frekvencích kvůli piezoelektrickému typu vysílacího měniče.

Obvykle je zahrnut moderátor výstupní úrovně, aby bylo možné naladit citlivost obvodu na správnou úroveň.

Přijímač

Mikrofon na přijímači detekuje zvukové vlny z vysílače a převádí je zpět na elektrické signály.

Ještě jednou, a specializovaný piezoelektrický měnič se používá na přijímacím mikrofonu, protože normální jsou nevhodné pro provoz při vysokých, zejména ultrazvukových frekvencích.

Extrémně manévrující stav ultrazvukového zvuku způsobuje detekční potíže mezi mikrofonem a reproduktorem v případě, že jsou obě zařízení instalována téměř vedle sebe.

V praktických situacích jsou zachycenými signály odrazy od stěn nebo nábytku v místnosti.

Kromě toho je výstup z mikrofonu relativně nízký a obvykle kolem 1 mV RMS. Je tedy zabudován zesilovač, který zvyšuje signál na pracovní úroveň.

Normálně se v ultrazvukovém poplachu proti vloupání používají minimálně dva stupně zesílení s vysokým ziskem. Jelikož však diskutovaný požární poplachový systém vyžaduje menší citlivost, je vhodnější jeden stupeň zesílení.

Detektor

Další částí obvodu je detektor amplitudové modulace. V praktické situaci je detekovaným signálem přímá výstupní vlna 40kHz z vysílače.

Tento signál je shromažďován pomocí různých cest a libovolně fázován. Ale jak amplitudy signálu, tak jeho fázové vztahy jsou zachovány beze změny. Z připraveného amplitudového generátoru tedy není generován žádný výstup.

Kdykoli je před detektorem pohyb nebo je vzduch turbulentní, celý scénář se změní.

Slavný Dopplerův posun přebírá odpovědnost a vytváří kmitočet kmitočtu signálů, které se odrážejí od objektu v pohybu nebo poruchy ve vzduchu.

Část komunikovaného signálu je sbírána buď přímo, nebo pomocí nehybných předmětů vzduchem, který je odolný vůči turbulencím.

Poté jsou do demodulátoru amplitudy směrovány dvě nebo více frekvencí. V této fázi je fázový vztah mimo regulaci, protože signály mají různé frekvence.

Ultrazvukové křivky

Při pohledu na diagram křivky na obrázku 2 níže si představte, že horní křivka je standardní signál 40 kHz a dolní křivka je signál se změnou frekvence. Na začátku jsou signály fázové nebo se zvyšují a snižují homogenně v měřítku při zachování stejné polarity.

Signály ve fázi jsou shrnuty uvnitř demodulátoru a generují obrovský výstupní signál. Poté během sekvence křivky vstoupí do antifázové zóny.

To znamená, že signály stále rovnoměrně zvyšují a snižují svou amplitudu, ale nyní mají opačnou polaritu.

Výsledkem je, že demodulátor produkuje slabý výstupní signál, protože dva další signály se navzájem ruší. Nakonec však signály naskočí zpět do fáze a uvolní robustní výstup z demodulátoru.

V okamžiku aktivace obvodu se měří měnící se výstupní úroveň z demodulátoru.

Frekvence výstupního signálu je stejná jako odchylka mezi dvojitými vstupními signály.

To je obvykle vidět na nízké zvukové frekvenci nebo podzvukové frekvenci. Bezpochyby je signál z výstupu bez námahy zachycen poté, co jej zesilovač s vysokým ziskem zvýší.

Generátor alarmu

Jakmile je signál zesílen, slouží k ovládání standardního obvodu západky, který se po aktivaci alarmu nadále ozývá, dokud není systém resetován. Blokovací operace je řízena spínacím tranzistorem, který spojuje řídicí napětí s obvodem detekce alarmu.

Generátor výstrah je sestaven pomocí napěťově řízeného oscilátoru (VCO) moderovaného nízkofrekvenčním oscilátorem.

Rampový průběh je vytvářen nízkofrekvenčním oscilátorem a výstup z VCO se bude postupně zvyšovat na frekvenci, dokud nedosáhne svého špičkového rozteče.

Poté se signál vrátí na minimální výšku a postupně opět zvýší frekvenci. Tento cyklický proces pokračuje a poskytuje účinný výstražný signál.

Jak obvod funguje

Kompletní schéma obvodu ultrazvukového systému detekce požáru nebo přijímače je znázorněno na obrázku níže.

OKRUH PŘIJÍMAČE : Tečkované čáry se spojují s přívodními kolejnicemi obvodu vysílače níže

OBVOD VYSÍLAČE

Vysílač je konstruován pomocí časovače 7555, IC1. Tato součást CMOS je typ s nízkou spotřebou časovače 555.

Pro tento typ generátoru výstrah je 7555 ideální ve srovnání s 555, protože celková spotřeba energie obvodu je udržována pouze na hodnotě kolem 1 mA nebo méně, což přispívá k efektivnímu využití energie baterie.

Navíc se 7555 IC používá v typické oscilační metodě, kdy jsou časovací části R13, RV1 a C7 vybrány speciálně pro generování frekvence 40 kHz.

Předvolba je regulována tak, aby generovala výstupní frekvenci, která poskytuje ideální účinnost z přijímacích a vysílacích obvodů. Předvolba je ve schématu zapojení označena jako RV2.

Přijímač

X1 je snímač zachycující signál v obvodu přijímače a jeho výstup je připojen ke vstupu společného emitorového zesilovače, který je navržen kolem Q1.

V tomto okamžiku se udržuje nízký kolektorový proud kolem 0,1 A, aby se zajistila nízká spotřeba energie celé části.

Typicky by si člověk myslel, že to způsobí menší zisk ze zesilovače tohoto druhu, ale celkově je to pro stávající operaci více než dost.

Kondenzátor C2 kombinuje vylepšený výstup z Q1 na obvyklý AM demodulátor pomocí D1, D2, R3 a C3.

Později je následný nízkofrekvenční signál rampován pomocí druhého společného emitorového zesilovače umístěného na Q2.

Jako západka se používá další časovač IC1. Na rozdíl od běžné praxe se časovač IC1 používá v monostabilním přístupu, který poskytuje pozitivní výstupní impuls, pokud je pin 2 snížen o 33% od napájecího napětí.

Obvykle by šířka výstupního impulsu byla regulována dvojicí časovacího odporu a kondenzátoru, ale tento obvod je bez těchto komponent.

Místo toho jsou kolíky 6 a 7 IC1 spojeny se zápornou zásobovací lištou. Když je aktivován, výstup IC1 se zapne a bude v tomto stavu i nadále, což umožní aretaci.

Z kolektoru tranzistoru Q2 je pin 2 IC1 připojen a regulován na stejnou polovinu napájecího napětí.

V pohotovostním stavu tedy není aktivován IC1. V okamžiku spuštění jednotky osciluje napětí kolektoru na Q2.

Kromě toho se během záporných polovičních cyklů stává nižší než prahové napětí spouště. Pomocí provozního spínače SW1 a resetovacího vstupu napájecího napětí IC1 na 0V lze resetovat celý obvod.

Součástí, která se používá k směrování napájení do výstražného obvodu, když je aktivován IC1, je tranzistor Q3. Z bezpečnostních důvodů funguje R8 jako odpor omezující proud.

Signál alarmu

IC2 je poslední čip, kterým je smyčka fázového závěsu CMOS 4046BE. V tomto designu je však zásadní pouze část VCO. Fázový komparátor se vhodně používá, ale pouze jako invertor do poplachového obvodu.

Inverze výstupu VCO má za následek dvoufázový výstup, který umožňuje keramickému rezonátoru LS1 přijímat špičkové napětí ve výši dvojnásobku napájecího napětí.

Ve výsledku je vydáván ječící poplachový signál. V případě potřeby lze výstup z pinu 4 IC2 vylepšit a využít k napájení standardního reproduktoru. Kondenzátor C6 a rezistor R12 fungují jako časovací součásti pro VCO. Elektronické součástky poskytují stabilní výstupní frekvenci kolem 2kHz, což je zóna, kde keramický rezonátor dosahuje špičkové účinnosti.

Modulační signál je produkován typickým unijunkčním relaxačním oscilátorem z tranzistoru Q4. To poskytuje odlišný průběh rampy při 4 kHz.

Jak nastavit

Začněte s RV1 v polovině a RV2 určeným pro maximální výkon, který je plně otočen proti směru hodinových ručiček.

Pomocí multimetru (je-li k dispozici) nastavte RV2 na minimální stejnosměrné napětí a připojte jej přes R3, protože záporná sonda je připojena k zápornému napájecímu vedení.

Zapněte napájení jednotky a umístěte měniče směrem ke zdi nebo hladkému povrchu ve vzdálenosti asi 10 nebo 20 cm.

Když je aktivován RV1, na multimetru bude čtení nebo pohyb, a poté je RV1 naladěn, aby dosáhl maximálního možného odečtu.

Po dokončení regulace se důrazně doporučuje zafixovat vodič napříč SW1, protože generátor alarmu je umlčen a jeho výstup nemůže ovlivnit měření.

V případě, že multimetr není k dispozici, lze RV1 vyladit použitím metody pokusu a omylu, aby se zjistila hodnota, která funguje pro celou část.

Přestože je RV2 dobře chráněn, výstražná jednotka je stále citlivá. Místo montáže musí být pro jednotku dobře naplánováno. Dobré místo by bylo mírně nad pracovním stolem obsluhy, kde je nejvyšší riziko požáru v důsledku elektrického nářadí a pájecích materiálů.

Další výhodou umístění jednotky výše je to, že horký vzduch stoupá a usnadňuje spuštění alarmu bez rizika falešných signálů vytvářených lidmi pobíhajícími po místnosti.

Pomocí několika pokusů lze pro generátor požárního poplachu dosáhnout vhodné polohy bez následků lidských faktorů a stabilní citlivosti.

Aby se otestovala účinnost polohy jednotky, pod a před součást se umístí funkční páječka.

Když se vytvoří odpovídající turbulentní vzduch, měl by aktivovat alarm. Po zapnutí může být obvod pod napětím, ale to lze okamžitě vyvrátit uvedením SW1 do resetu.

Ultrazvukový obvod požárního poplachu není navržen s přepínačem zpoždění, ale při provozu SW1 musí být zajištěna vaše přítomnost za jednotkou. Pokud sejmete ruku po zapnutí spínače, nehrozí žádné riziko.