1. Принцип работы ультразвукового доплеровского извещателя
Структурная схема извещателя приведена на рис.24.1
Рис. 24.1
Передатчик генерирует колебания на частоте fг. Типовая диаграмма обнаружения приведена на рис.24.2.
Рис. 24.2
Излучаемые волны встречают препятствия и отражаются как от неподвижных так и подвижных предметов [1]. Интенсивность принятых приемником сигналов определяются мощностью излучения, расстоянием до предметов (объектов), их отражающей способностью и т.д. В помещении создается диффузное частотное поле, заполняющее весь объем помещения. Вся совокупность сигналов поступает на вход приемника и усиливается в определенной полосе частот.
Сигналы с передатчика и приемника поступают на устройство выделения разностной частоты fd. Если предметы в помещении неподвижны, то отраженный сигнал имеет ту же частоту и сигнал на выходе устройства равен нулю. Отраженный от движущегося объекта сигнал, согласно эффекту Доплера, будет иметь сдвиг частот относительно частоты излучения fг. Приемник будет принимать сигналы на частоте fпр= fпп .
,
где fd – доплеровский сдвиг частоты, т.е. разностная частота передатчика и приемника.
Перемещение человека относительно извещателя показано на рис.24.2
Значение fd определяется по формуле
,
где
- радиальная составляющая скорости
перемещения
человека относительно передатчика,
— угол между направлением движения и
направлением на извещатель (Рис. 24.2), fг
— частота передатчика, V0
≈ 330 м/с — скорость распространения
звуковых колебаний.
В соответствии с приведенной формулой fd пропорциональна радиальной скорости перемещения, т.е. скорости перемещения на извещатель или от него. Положительный знак сдвига говорит о приближении объекта к источнику излучения, а отрицательный – об удалении. При fd ≠ 0 доплеровский детектор (устройство выделение разностной частоты fd ) формирует сигнал, который после последующего преобразования приводит в действие тревожную сигнализацию.
Доплеровские преобразователи бывают радиоволновые и ультразвуковые. Рассмотрим ультразвуковые доплеровские извещатели; их
достоинством является достаточно низкая частота излучения (приблизительно 30 кГц), которая является безвредной для организма человека.
Структурная схема извещателя приведена на рис.24.3. В связи с мелким масштабом принципиальная схема (с целью читаемости) разбита на два основных устройства: аналоговое устройство – рис. 24.4 и выходное устройство – рис. 24.5. Там, где не указаны номиналы элементов, их надо рассчитать.
Рассмотрим схему извещателя (рис. 24.3, рис. 24.4, рис. 24.5)
Рис.24.3
Аналоговое устройство состоит из пьезоизлучателя ПИ, генератора Г (устройство на микросхеме AD2), пьезоприемника ПП, усилителя высокой частоты УВЧ (AD1), доплеровского детектора ДД (VT), усилителя низкой частоты УНЧ1 (AD3).
Сигнал с генератора излучается в пространство через ПИ и в то же время подается на доплеровский детектор ДД (VT). Отраженный сигнал принимается пьезоприемником ПП, усиливается усилителем высокой частотой УВЧ (каскад на микросхеме AD1) и подается на доплеровский преобразователь ДД (каскад на транзисторе VT).
Детектор представляет собой перемножающее устройство, реализующее математическую формулу:
Под значением α понимается ωгt, под значением β ωгt±ωdt.
В результате умножения на выходе смесителя получаются сигналы с доплеровской частотой ωd и сигналы с двойной частотой 2ωгt. Последние сигналы с частотой 2ωг отфильтровываются фильтрами. Затем сигнал усиливается усилителем низкой частоты УНЧ1. После УНЧ1 сигнал подается на выходное устройство рис.24.5.
Выходное устройство состоит из второго каскада УНЧ2 (каскад на микросхеме AD4), компараторов накопителей КН (каскад на микросхемах AD5.1 и AD5.2). С выхода КН сигнал поступает на исполнительный элемент AD5.3, AD5.4. Нагрузкой AD5.3 является реле, которое при «ТРЕВОГЕ» размыкает контакты шлейфа ШС3-ШС4; нагрузкой AD5.4 является светодиод VD, который загорается при «ТРЕВОГЕ».
В рассмотренной схеме извещателя осуществлена обработка сигнала:
по частоте (применяется УВЧ с полосой пропускания вблизи частоты fг);
по амплитуде (за счет применения компаратора);
повышена помехозащищенность за счет накопления сигнала (от единичной помехи извещатель не срабатывает).