Ultrazvučni krug vatrogasnog alarma pomoću detekcije zračne turbulencije

Ultrazvučni krug vatrogasnog alarma pomoću detekcije zračne turbulencije

Jednostavni ultrazvučni sklop alarma za požar koji je objašnjen u nastavku otkriva situaciju opasnosti od požara uzimajući u obzir promjene u okolnim zračnim valovima ili zračnu turbulenciju. Visoka osjetljivost kruga osigurava da se i najmanja turbulencija zraka stvorena temperaturnom razlikom ili požarom brzo otkrije i oglasi se priključeni alarmni uređaj.



Pregled

Uobičajeni vatrogasni senzori koriste se različitim sustavima za prepoznavanje požara, a dolaze sa svim vrstama složenosti.





Obični sustav vatrodojave koristi a senzor temperature osjetiti neobično odstupanje od visoke temperature izazvano požarom.

Nije bitno da samo elektronički dio poput termistor ili se koristi poluvodički temperaturni uređaj, ali jednostavan materijal poput niskotemperaturne topljive veze ili bimetalnog prekidača temperature.



Iako je jednostavnost takvih vrsta alarma poželjna, njihova pouzdanost je upitna jer se otkrivanje događa tek kad je požar već sazrio.

Postoje složeniji vatrodojavni sustavi, na primjer, detektori dima koji su opremljeni zasebnim poluvodičkim dijelom koji prepoznaje postojanje čestica dima, zapaljivih plinova i pare.

Osim toga, postoje optoelektronski vatrodojavni sustavi koji se aktiviraju kada dim bilo kojeg oblika blokira njihove svjetlosne zrake. Takav sustav otkrivanja požara objavljen je na Hobby Electronics.

Otkrivanje topline pomoću doplerskog pomaka

Nova metoda otkrivanja požara ultrazvučni zvuk opisano je u ovom članku. Noseći iste principe rada kao i poznati Doppler Shift ultrazvučni alarmi uljeza , ovaj sustav za detekciju požara izuzetno je osjetljiv na turbulencije u zraku, uz kretanje čvrstog predmeta.

Toplina od električne vatre stvara ogromnu turbulenciju i aktivira alarm. Lažni alarmi često se uključuju zbog turbulencije. Kao rezultat toga, ova vrsta vatrogasnog alarma savršena je za dom iako ga ljudi koji u njemu često ne cijene.

Kako se događa zvučna diskriminacija

Jedan nedostatak upotrebe protuprovalnog alarma Doppler Shift kao vatrogasnog alarma je masivno područje otkrivanja koje pruža ova jedinica. Ovdje se nekako pokazalo kao blagodat jer brzo otkrivanje postaje moguće iako vatra započinje u malom kutu područja otkrivanja.

Standardno načelo konvencionalnih požarnih alarma je otkrivanje požara uz zanemarivanje ljudi koji se švrljaju po sobi. To je presudno jer je alarmni sustav postavljen da radi dok se ne aktivira.

Tipični ultrazvučni doppler-mjenjački alarm ne razlikuje ljude i turbulenciju. Stoga je za vatrogasni sustav logičnije koristiti sklop koji upravlja malim područjem rada.

Alarmna jedinica može se postaviti na mjesto u sobi gdje je ljudsko kretanje minimalno, ali svejedno, moći ćete brzo prepoznati turbulenciju koja je posljedica požara.

Sustav radi

Osnovni ultrazvučni alarm opremljen je s dva neovisna kruga koja su povezana istim napajanjem.

Jednostavniji elektronički sklop djeluje na odašiljač koji emitira ujednačene frekvencije zvuka na prijemnik, što je složeniji sklop.

Blok dijagram požarnog alarma prikazan je na slici 1.

Kao što je opisano, sklop odašiljača djeluje kako bi stvorio ultrazvučni zvuk pomoću oscilatora i napaja signal preko zvučnika.

Zvučnik električni signal pretvara u zvučne valove, ali ljudi ih ne mogu čuti jer su postavljeni iznad raspona sluha.

Uobičajena pojačala za zvuk ne rade dobro na ultrazvučnim frekvencijama zbog piezoelektričnog tipa odašiljača.

Obično je uključen moderator izlazne razine kako bi se osjetljivost sklopa mogla prilagoditi pravoj razini.

Prijamnik

Mikrofon na prijamniku detektira zvučne valove s predajnika i pretvara ih natrag u električne signale.

Još jednom, a specijalizirani piezoelektrični pretvarač koristi se na prihvatnom mikrofonu jer su normalni neprikladni za rad na visokim, posebno ultrazvučnim frekvencijama.

Izuzetno manevrirajuće stanje ultrazvučnog zvuka uzrokuje probleme s otkrivanjem između mikrofona i zvučnika u slučaju da su oba uređaja instalirana gotovo jedan pored drugog.

U praktičnim situacijama, zarobljeni signali su odraz zidova ili namještaja u sobi.

Štoviše, izlaz iz mikrofona relativno je nizak i obično je oko 1 mV RMS. Dakle, ugrađeno je pojačalo za pojačavanje signala na radnu razinu.

Obično se u ultrazvučnom alarmu za provalu koriste najmanje dvije faze pojačanja s velikim pojačanjem. Međutim, budući da raspravljani požarni alarmni sustav zahtijeva manju osjetljivost, pa je jedan stupanj pojačanja prikladniji.

Detektor

Sljedeći odjeljak sklopa je detektor amplitudne modulacije. U praktičnoj je situaciji otkriveni signal izravni izlazni val od 40 kHz iz predajnika.

Ovaj se signal prikuplja različitim putovima i proizvoljno fazira. Ali, i amplitude signala i njegovi fazni odnosi su sačuvani bez ikakvih promjena. Dakle, ne generira se izlaz iz generatora amplitude u spremnim situacijama.

Kad god se kreće ispred detektora ili je zrak turbulentan, cijeli se scenarij mijenja.

Slavni Dopplerov pomak preuzima punjenje i proizvodi frekvencijsko ljuljanje signala koji se reflektiraju od objekta u pokretu ili poremećaja u zraku.

Dio priopćenog signala prikuplja se izravno ili pomoću nepomičnih predmeta zrakom otpornim na turbulenciju.

Nakon toga dvije ili više frekvencija usmjeravaju se u amplitudski demodulator. U ovoj je fazi fazni odnos izvan regulacije jer signali imaju različite frekvencije.

Ultrazvučni valovi

Kada gledate dijagram valnog oblika na slici 2, zamislite da je gornji val standardni signal od 40 kHz, a donji val frekvencijski promijenjen signal. U početku su signali u fazi ili se homogeno povećavaju i smanjuju u mjerilu zadržavajući isti polaritet.

Fazni signali zbrajaju se unutar demodulatora kako bi generirali ogroman izlazni signal. Nakon toga, tijekom slijeda valnih oblika, ulaze u zonu antifaze.

To znači da se signali i dalje povećavaju i ravnomjerno smanjuju u amplitudi, ali sada imaju suprotne polaritete.

Kao rezultat toga, demodulator proizvodi slab izlazni signal jer se dva druga signala međusobno poništavaju. Ali na kraju, signali se vraćaju unatrag da bi bili u fazi i oslobađaju snažan izlaz iz demodulatora.

U trenutku kada se krug aktivira, mjeri se promjenjiva razina izlaza iz demodulatora.

Frekvencija izlaznog signala jednaka je varijansi između dvostrukih ulaznih signala.

To se obično vidi na nisko-zvučnoj ili podzvučnoj frekvenciji. Bez sumnje, signal s izlaza se bez napora hvata nakon što ga pojačalo s velikim pojačanjem pojačava.

Generator alarma

Jednom kada se signal pojača, koristi se za upravljanje standardnim krugom zasuna koji se nakon aktiviranja alarm nastavlja paliti sve dok se sustav ne resetira. Zaključavanjem upravlja preklopni tranzistor koji povezuje upravljački napon s krugom za otkrivanje alarma.

Generator alarma izrađen je pomoću oscilatora kontroliranog naponom (VCO) moderiranog niskofrekventnim oscilatorom.

Niskofrekventni oscilator stvara valni oblik rampe i izlaz iz VCO-a postupno će se povećavati u frekvenciji sve dok ne dosegne svoj vrhunac.

Tada će se signal vratiti na najmanji tonski nagib i opet će postupno povećavati frekvenciju. Ovaj se ciklički postupak nastavlja i daje učinkovit signal alarma.

Kako krug radi

Kompletni crtež sklopa ultrazvučnog sustava za otkrivanje požara ili prijamnika prikazan je na donjoj slici.

KROG PRIJEMNIKA : Točkarske crte spajaju se s dovodnim vodilicama donjeg kruga odašiljača

KOLO PREDAJAČA

Odašiljač je izrađen pomoću vremenskog uređaja 7555, IC1. Ova CMOS komponenta tip je male snage 555 timera.

Za ovu vrstu generatora alarma, 7555 je idealan u usporedbi s 555, jer se ukupna potrošnja energije kruga održava na samo oko 1 mA ili manje, što doprinosi učinkovitom korištenju baterije.

Štoviše, 7555 IC koristi se u tipičnoj oscilacijskoj metodi pri čemu se vremenski dijelovi R13, RV1 i C7 odabiru posebno da generiraju frekvenciju od 40 kHz.

Preset je reguliran tako da generira izlaznu frekvenciju koja pruža idealnu učinkovitost iz prijemnih i odašiljačkih krugova. Unaprijed postavljena shema identificirana je kao RV2.

Prijamnik

X1 je senzor za hvatanje signala u krugu prijamnika, a njegov je izlaz povezan na ulaz zajedničkog pojačavača emitora koji je dizajniran oko Q1.

U ovom se spoju održava niska kolektorska struja od oko 0,1 A kako bi se osigurala niska potrošnja energije cijelog dijela.

Uobičajeno bi bilo pomisliti da ovo uzrokuje manje dobitke od pojačala ove vrste, ali sveukupno, to je više nego dovoljno za postojeću operaciju.

Kondenzator C2 kombinira poboljšani izlaz iz Q1 u uobičajeni AM demodulator primjenom D1, D2, R3 i C3.

Kasnije se posljedični niskofrekventni signal pojačava pomoću drugog uobičajenog pojačavača emitora smještenog na Q2.

Kao zasun koristi se još jedan IC1 tajmer. Suprotno uobičajenoj praksi, tajmer IC1 koristi se u monostabilnom pristupu koji daje pozitivan izlazni impuls ako je pin 2 smanjen za 33% od napona napajanja.

Obično bi se širina izlaznog impulsa regulirala parom vremenskog otpornika i kondenzatora, ali ovaj krug nema tih komponenata.

Umjesto toga, iglice 6 i 7 IC1 povezane su s minus opskrbnom tračnicom. Kad se aktivira, izlaz IC1 uključuje se i nastavlja biti u tom stanju, dopuštajući akciju zatvaranja.

Iz kolektora tranzistora Q2 spojen je pin 2 IC1 i reguliran na jednaku polovicu napona napajanja.

Dakle, u stanju čekanja IC1 se ne aktivira. U trenutku kad se jedinica pokrene, napon kolektora na Q2 oscilira.

Štoviše, tijekom negativnih poluciklusa postaje niži od praga napona okidača. Pomoću radne sklopke SW1 i ulaza za resetiranje IC1 na 0V opskrbni napon može se resetirati cijeli krug.

Komponenta koja se koristi za usmjeravanje napajanja u krug alarma kada je IC1 aktiviran je tranzistor Q3. Iz sigurnosnih razloga, R8 djeluje kao strujni ograničavajući otpor.

Signal alarma

IC2 je posljednji čip, koji je CMOS 4046BE fazno zaključana petlja. Međutim, u ovom je dizajnu presudan samo VCO dio. Komparator faza se prikladno koristi, ali samo kao pretvarač kruga alarma.

Inverzija izlaza VCO rezultira dvofaznim izlazom koji omogućava keramičkom rezonatoru LS1 da primi napon od vrha do vrha dvostruko je veći od napona napajanja.

Kao rezultat, proizvodi se vrištajući alarmni signal. Ako je potrebno, izlaz s pina 4 IC2 može se poboljšati i iskoristiti za napajanje standardnog zvučnika. Kondenzator C6 i otpor R12 funkcioniraju kao vremenski dijelovi VCO-a. Elektroničke komponente pružaju stabilnu izlaznu frekvenciju oko 2 kHz, što je zona u kojoj keramički rezonator postiže vrhunsku učinkovitost.

Modulacijski signal proizvodi se tipičnim unijunkcijskim relaksacijskim oscilatorom od tranzistora Q4. To donosi divergentni valni oblik rampe na 4 kHz.

Kako postaviti

Započnite s RV1 na pola puta i RV2 određenim za maksimalni izlaz koji je potpuno okrenut u smjeru suprotnom od kazaljke na satu.

Pomoću multimetra (ako je dostupan) podesite RV2 na najniži istosmjerni napon i spojite ga preko R3 dok je negativna sonda priključena na negativni dovodni vod.

Uključite napajanje jedinice i pretvornike postavite prema zidu ili bilo kojoj glatkoj površini udaljenoj oko 10 ili 20 cm.

Kad se RV1 aktivira, na multimetru će se očitavati ili pomicati, a zatim se RV1 podešava da postigne maksimalno moguće očitanje.

Preporučuje se pričvršćivanje vodiča preko SW1 kada se regulacija vrši, jer je generator alarma utišan, a njegov izlaz ne može utjecati na mjerenja.

U slučaju da multimetar nije dostupan, RV1 se može prilagoditi primjenom pristupa pokušaja i pogrešaka kako bi se otkrila vrijednost koja djeluje za cijeli dio.

Iako je RV2 dobro zaštićen, alarmna jedinica je i dalje osjetljiva. Mjesto ugradnje mora biti dobro isplanirano za jedinicu. Dobro mjesto bilo bi malo iznad radnog stola rukovatelja gdje je najveći rizik od požara prisutan zbog električnih alata i materijala za lemljenje.

Još jedna prednost postavljanja jedinice više je zato što će se vrući zrak dizati i olakšava aktiviranje alarma bez rizika od lažnih signala koje stvaraju ljudi koji trče po sobi.

S nekoliko pokusa može se postići prikladan položaj bez posljedica ljudskih čimbenika i stabilna osjetljivost generatora vatrodojave.

Da bi se ispitala učinkovitost položaja jedinice, radni lemilica postavlja se ispod i ispred komponente.

Kad se stvori odgovarajući turbulentni zrak, on bi trebao aktivirati alarm. Prilikom uključivanja, krug mora biti pod naponom, ali to se može odmah poništiti stavljanjem SW1 na reset.

Krug ultrazvučnog alarma za požar nije dizajniran s prekidačem za odgodu uključivanja, ali vaša prisutnost iza jedinice mora biti osigurana prilikom rada SW1. Nema rizika ako uklonite ruku nakon uključivanja prekidača.

Popis dijelova

Dizajn PCB-a i izgled trasa

Slika prototipa




Prethodno: Serija 2S, 5S Li-Ion punjač ćelija pomoću BQ7718 Dalje: Alarmni krug senzora za hum. Tijelo