Jäljempänä selitetty yksinkertainen ultraäänipalohälytyspiiri havaitsee palovaaran poimimalla ympäröivien aaltojen vaihtelut tai ilman turbulenssin. Piirin suuri herkkyys varmistaa, että jopa pienin lämpötilaeron tai tulipalon aiheuttama ilman turbulenssi havaitaan nopeasti ja kiinnitetty hälytyslaite kuuluu.

Yleiskatsaus

Tavanomaisissa paloantureissa käytetään erilaisia järjestelmiä tulipalon tunnistamiseksi, ja niillä on kaikenlaisia monimutkaisuuksia.

Tavallinen palohälytysjärjestelmä käyttää a lämpösensori aistia tulipalon aiheuttama epätavallisen korkean lämpötilan vaihtelu.

“kolmivaiheisesta yksivaiheiseen ”

Ei ole perustavaa, että vain elektroninen osa, kuten a termistori tai käytetään puolijohdelämpötilalaitetta, mutta yksinkertaista materiaalia, kuten matalan lämpötilan sulake tai bimetallilämpötilakytkin.

Vaikka tällaisten hälytystyyppien yksinkertaisuus on edullinen, niiden luotettavuus on kyseenalaista, koska havaitseminen tapahtuu vasta, kun tulipalo on jo kypsynyt.

Monimutkaisempia palohälytysjärjestelmiä on olemassa, esimerkiksi savunilmaisimet, jotka on varustettu erillisellä puolijohdeosalla, joka tunnistaa savuhiukkasten, palavan kaasun ja höyryn olemassaolon.

Muuta kuin sitä on optoelektroninen palohälytysjärjestelmät, jotka laukaistaan, kun minkä tahansa muodon savu estää niiden valonsäteet. Tällainen palonhavaitsemisjärjestelmä julkaistiin Hobby Electronics -sivustolla.

Lämmön tunnistus Doppler Shift -toiminnolla

Uusi menetelmä palon havaitsemiseksi ultraääniääni kuvataan tässä artikkelissa. Samat toimintaperiaatteet kuin kuuluisalla Doppler Shift ultraääni tunkeilijahälytykset , tämä palonilmaisujärjestelmä on erittäin herkkä ilman turbulenssille kiinteän esineen liikkeen lisäksi.

Sähköpalon lämpö tuottaa valtavaa turbulenssia ja laukaisee hälytyksen. Usein väärät hälytykset laukaistaan turbulenssin takia. Tämän seurauksena tämän tyyppinen palohälytys sopii täydellisesti kotiin, vaikka siinä asuvat ihmiset eivät usein arvostaisi sitä.

Kuinka järkevää syrjintää tapahtuu

Yksi haittapuoli Doppler Shift -varashälytyksen käytöstä palohälytyksenä on tämän laitteen tuottama valtava tunnistusalue. Jotenkin tässä tämä osoittautuu siunaukseksi, koska nopea havaitseminen on mahdollista, vaikka tulipalo alkaa pienestä havaintoalueen kulmasta.

Tavanomaisten palohälytysten perusperiaate on palojen havaitseminen sivuuttamatta huoneessa kierteleviä ihmisiä. Tämä on ratkaisevan tärkeää, koska hälytysjärjestelmä on asetettu toimimaan, kunnes se aktivoidaan.

Tyypillinen ultraääni Doppler Shift -hälytys ei erota ihmisiä ja turbulenssia. Siksi on järkevämpää käyttää palohälytysjärjestelmää piirejä, jotka ohjaavat pientä toiminta-aluetta.

Hälytysyksikkö voidaan sijoittaa huoneeseen paikkaan, jossa ihmisen liike on vähäistä, mutta pystyä silti tunnistamaan nopeasti tulipalon aiheuttama turbulenssi.

Järjestelmä toimii

Ultraäänihälytys on varustettu kahdella erillisellä piirillä, jotka on kytketty samaan virtalähteeseen.

Yksinkertaisempi elektroninen piiri toimii lähettimenä, joka lähettää yhtenäisiä äänitaajuuksia vastaanottimelle, mikä on monimutkaisempi piiri.

Palohälytyksen lohkokaavio on esitetty kuvassa 1.

Kuten on kuvattu, lähetinpiiri tuottaa ultraääniääniä oskillaattorin avulla ja syöttää signaalin kaiuttimen kautta.

Kaiutin muuntaa sähköisen signaalin ääniaalloksi, mutta ihminen ei kuule niitä, koska se on asetettu kuuloalueen yläpuolelle.

Yleiset äänenvahvistimet eivät toimi hyvin ultraäänitaajuuksilla pietsosähköisen lähettimen tyypin takia.

Yleensä mukana on lähtötason valvoja, jotta piirin herkkyys voidaan virittää oikealle tasolle.

Vastaanotin

Vastaanottimen mikrofoni havaitsee lähettimen ääniaallot ja muuntaa ne takaisin sähköisiksi signaaleiksi.

Jälleen kerran a erikoistunut pietsosähköinen anturi käytetään hyväksi vastaanottavassa mikrofonissa, koska normaalit eivät sovi toimimaan korkeilla, etenkin ultraäänitaajuuksilla.

Äärimmäisen ohjattava ultraäänen tila aiheuttaa havaitsemisongelmia mikrofonin ja kaiuttimen välillä, jos molemmat laitteet asennetaan melkein vierekkäin.

Käytännössä siepatut signaalit ovat heijastuksia huoneen seinistä tai huonekaluista.

Lisäksi mikrofonin lähtö on suhteellisen matala ja tyypillisesti noin 1 mV RMS. Joten vahvistin on integroitu parantamaan signaalia työtasolle.

Normaalisti ultraäänimurtohälytyksessä käytetään vähintään kahta suuren vahvistuksen vaihetta. Koska kuitenkin käsitelty palohälytysjärjestelmä vaatii vähemmän herkkyyttä, niin yksi vahvistusvaihe on sopivampi.

Ilmaisin

Piirin seuraava osa on amplitudimodulaatioilmaisin. Käytännössä havaittu signaali on suora 40 kHz: n lähtöaalto lähettimeltä.

Tämä signaali kerätään käyttämällä erilaisia polkuja ja vaiheitetaan mielivaltaisesti. Mutta sekä signaalin amplitudit että sen vaihesuhteet säilyvät ilman muutoksia. Siten amplitudigeneraattorista ei synny lähtöä valmiustilanteissa.

Aina kun ilmaisimen edessä on liikettä tai ilma on myrskyistä, koko skenaario muuttuu.

Kuuluisa Doppler-vaihto ottaa vastuun ja tuottaa taajuusvaihdon signaaleille, jotka heijastuvat liikkuvasta esineestä tai ilmassa olevasta häiriöstä.

Osa viestitystä signaalista kerätään joko suoraan tai käyttämällä liikkumattomia esineitä turbulenssille vastustuskykyisen ilman kautta.

Sen jälkeen kaksi tai useampia taajuuksia kanavoidaan amplitudidemodulaattoriin. Tässä vaiheessa vaihesuhde on säätelyn ulkopuolella, koska signaaleilla on vaihtelevat taajuudet.

Ultraääniaaltomuodot

Kun tarkastellaan alla olevan kuvan 2 aaltomuotokaaviota, kuvittele, että ylempi aaltomuoto on tavallinen 40 kHz: n signaali ja alempi aaltomuoto on taajuudella muutettu signaali. Alussa signaalit ovat vaiheessa tai ne kasvavat ja pienenevät homogeenisesti mittakaavassa säilyttäen samalla polaarisuuden.

Vaiheessa olevat signaalit summataan demodulaattorin sisällä valtavan lähtösignaalin muodostamiseksi. Myöhemmin, aaltomuodon jakson aikana, ne siirtyvät antifaasivyöhykkeelle.

Tämä tarkoittaa, että signaalit kasvavat ja laskevat edelleen amplitudiaan tasaisesti, mutta niillä on nyt vastakkaiset polariteetit.

Tämän seurauksena demodulaattori tuottaa heikon lähtösignaalin, kun kaksi muuta signaalia peruuttavat toisensa. Mutta lopulta signaalit hyppäävät takaisin vaiheisiksi ja vapauttavat tukevan ulostulon demodulaattorista.

Kun piiri aktivoituu, mitataan demodulaattorin muuttuva lähtötaso.

Lähtösignaalin taajuus on sama kuin kaksinkertaisten tulosignaalien varianssi.

Tämä nähdään yleensä matalalla äänellä tai aliäänitaajuudella. Epäilemättä lähtösignaali siepataan vaivattomasti sen jälkeen, kun suurivahvistettu vahvistin parantaa sitä.

Hälytysgeneraattori

Kun signaali on vahvistettu, sitä käytetään ohjaamaan vakiolukituspiiriä, joka aktivoitumisen jälkeen hälytys jatkuu, kunnes järjestelmä nollataan. Salpatoimintaa ohjaa kytkentätransistori, joka kytkee ohjausjännitteen hälytyksen havaintapiiriin.

Hälytysgeneraattori on rakennettu jännitekontrolloidulla oskillaattorilla (VCO), jota ohjaa matalataajuinen oskillaattori.

Matalataajuinen oskillaattori tuottaa rampin aaltomuodon, ja VCO: n lähtö kasvaa taajuudessa asteittain huipunsa korkeuteen saakka.

Sitten signaali palaa minimikorkeuteen ja taajuus kasvaa asteittain uudelleen. Tämä syklinen prosessi jatkuu ja antaa tehokkaan hälytyssignaalin.

Kuinka piiri toimii

Ultraäänipalohavaintojärjestelmän tai vastaanottimen täydellinen piirustus on esitetty alla olevassa kuvassa.

VASTAANOTTIMEN VIRTA : Katkoviivat liittyvät alla olevan lähetinpiirin syöttökiskoihin

LÄHETTIMEN VIRTA

Lähetin on rakennettu 7555-ajastinlaitteella IC1. Tämä CMOS-komponentti on 555-ajastimen virransäästötyyppi.

Tämän tyyppiselle hälytysgeneraattorille 7555 on ihanteellinen verrattuna 555: een, koska piirin kokonaisenergiankulutus pidetään vain noin 1mA: ssa tai vähemmän, mikä osaltaan edistää akkuvirran tehokasta käyttöä.

Lisäksi 7555 IC: tä käytetään tyypillisessä värähtelymenetelmässä, jossa ajoitusosat R13, RV1 ja C7 valitaan erityisesti 40 kHz: n taajuuden muodostamiseksi.

Esiasetusta säädetään tuottamaan lähtötaajuus, joka tarjoaa ihanteellisen hyötysuhteen vastaanottavista ja lähettävistä piireistä. Esiasetus on tunnistettu RV2: ksi piirikaaviossa.

Vastaanotin

X1 on signaalinsieppausanturi vastaanottopiirissä, ja sen lähtö on kytketty Q1: n ympärille suunnitellun yhteisen emitterivahvistimen tuloon.

Tässä vaiheessa ylläpidetään matalaa, noin 0,1 A: n kollektorivirtaa, jotta koko osan virrankulutus on pieni.

Tyypillisesti luulisi, että tämä aiheuttaa vähemmän vahvistusta tällaisesta vahvistimesta, mutta kaiken kaikkiaan se on enemmän kuin tarpeeksi olemassa olevalle toiminnalle.

Kondensaattori C2 yhdistää parannetun ulostulon Q1: stä tavalliseen AM-demodulaattoriin käyttämällä D1, D2, R3 ja C3.

Myöhemmin seurauksena oleva matalataajuinen signaali ramppitaan käyttämällä toista yhteistä emitterivahvistinta, joka sijaitsee Q2: ssa.

Salpana käytetään toista IC1-ajastinta. Toisin kuin normaalisti, ajastinta IC1 käytetään monostabiilissa lähestymistavassa, joka antaa positiivisen lähtöpulssin, jos nasta 2 pienenee 33% syöttöjännitteestä.

Yleensä lähtöimpulssin leveyttä säätelisi ajoitusvastuksen ja kondensaattorin pari, mutta tämä piiri on ilman näitä komponentteja.

Sen sijaan IC1: n nastat 6 ja 7 on kytketty miinus syöttökiskoon. Aktivoituna IC1: n lähtö kytketään päälle ja jatkuu siinä tilassa sallien salpauksen.

Transistorin Q2 kollektorista IC1: n nasta 2 on kytketty ja säädetty yhtä suureksi puoleksi syöttöjännitteestä.

Siten IC1 ei ole valmiustilassa valmiustilassa. Heti kun yksikkö käynnistetään, kollektorijännite Q2: ssä värähtelee.

Lisäksi negatiivisten puolijaksojen aikana siitä tulee alhaisempi kuin liipaisukynnysjännite. Käyttämällä kytkintä SW1 ja IC1: n palautustuloa 0 V: n syöttöjännitteelle koko piiri voidaan nollata.

Komponentti, jota käytetään virran ohjaamiseen hälytyspiiriin, kun IC1 aktivoidaan, on transistori Q3. Turvallisuussyistä R8 toimii virtaa rajoittavana vastuksena.

Hälytyssignaali

IC2 on viimeinen siru, joka on CMOS 4046BE -vaihelukittu silmukka. Tässä suunnittelussa vain VCO-osa on kuitenkin ratkaiseva. Vaihevertailijaa käytetään tarkoituksenmukaisesti, mutta vain invertterinä hälytyspiiriin.

VCO: n lähdön inversio johtaa kaksivaiheiseen lähtöön, joka sallii keraamisen resonaattorin LS1 vastaanottaa huipusta huippuun -jännitteen kaksi kertaa syöttöjännite.

Seurauksena on huutava hälytyssignaali. Tarvittaessa IC2: n nastan 4 lähtöä voidaan parantaa ja hyödyntää tavallisen kaiuttimen virran saamiseksi. Kondensaattori C6 ja vastus R12 toimivat VCO: n ajoitusosina. Elektroniset komponentit tarjoavat vakaan lähtötaajuuden noin 2 kHz: n alueella, joka on alue, jolla keraaminen resonaattori saavuttaa huipputehokkuuden.

Modulaatiosignaali tuotetaan tyypillisellä yksirunkoisella rentoutumisoskillaattorilla transistorista Q4. Tämä tuottaa poikkeavan rampin aaltomuodon 4 kHz: llä.

Kuinka perustaa

Aloita RV1 puolivälissä ja RV2 määritetään suurimmalle teholle, joka on käännetty kokonaan vastapäivään.

Aseta yleismittarilla (jos saatavilla) RV2 minimiarvojännitteelleen ja liitä se R3: n poikki, kun negatiivinen anturi on kiinnitetty negatiiviseen syöttöjohtoon.

Kytke laitteen virta päälle ja aseta anturit seinää tai mitä tahansa sileää pintaa vasten noin 10 tai 20 cm: n päähän.

Kun RV1-toiminto aktivoidaan, lukeminen tai liikkuminen yleismittarissa tapahtuu, ja sitten RV1 viritetään mahdollisimman suuren lukeman saavuttamiseksi.

On erittäin suositeltavaa kiinnittää johdin SW1: n poikki, kun säätö on tehty, koska hälytysgeneraattori on hiljainen, eikä sen lähtö voi vaikuttaa mittauksiin.

Jos yleismittaria ei ole saatavana, RV1 voidaan virittää käyttämällä kokeiluversiomenetelmää koko osalle toimivan arvon löytämiseksi.

Vaikka RV2 on hyvin suojattu, hälytysyksikkö on silti herkkä. Asennuspaikan on oltava hyvin suunniteltu yksikköä varten. Hyvä paikka olisi hiukan käyttäjän työpöydän yläpuolella, missä sähkötyökalujen ja juotemateriaalien takia palovaara on suurin.

Toinen etu yksikön sijoittamisesta korkeammalle on, koska kuuma ilma nousee ja helpottaa hälytyksen laukeamista ilman, että huoneen ympärillä kulkevat ihmiset tuottavat väärät signaalit.

Muutamilla kokeilla palohälytysgeneraattorille voidaan saavuttaa sopiva asento ilman inhimillisten tekijöiden seurauksia ja vakaa herkkyys.

Yksikön asennon tehokkuuden testaamiseksi komponentin alle ja eteen sijoitetaan toimiva juotin.

Kun riittävää turbulenttia ilmaa syntyy, sen on aktivoitava hälytys. Käynnistyksen yhteydessä piiri ei ole jännitteellinen, mutta tämä voidaan välittömästi mitätöidä asettamalla SW1 nollausasetukselle.

Ultraäänipalohälytyspiiriä ei ole suunniteltu viivekytkimellä, mutta läsnäolo yksikön takana on varmistettava SW1: n käytön aikana. Ei ole vaaraa, jos irrotat kätesi kytkimen kytkemisen jälkeen.