ROMB-5 - Емкостное устройство защитной сигнализации - услуги электромонтажа, строительства и ремонта

Краткие технические характеристики:

Содержание

ROMB-5 – Устройство охранной сигнализации емкостного типа

Устройство предназначено для защиты различных путей проникновения на объект (окон и дверей), отдельных объектов (шкафов, сейфов и т.д.), различных поверхностей (стен, полов, потолков и т.д. площадью до 50 м2), в отапливаемых и неотапливаемых помещениях.

– Устройство работает в сочетании с одной или двумя специальными антенными системами, каждая из которых состоит из двух примерно одинаковых антенн, размещенных на откосах или дверных коробках или других отверстиях, на полу или стенах помещения. В качестве антенн можно использовать металлические корпуса сейфов, книжных шкафов и т.д;
– Если злоумышленник приближается к антеннам, устройство подает сигнал в виде:
– замыкание или размыкание контактов реле;
– изменение сопротивления выходной цепи;
– Сигнал, излучаемый устройством, может передаваться на станционный блок, который может ответить на один из вышеперечисленных сигналов;
– Может включиться звуковая сигнализация;
– Устройство работает с антеннами, установленными на расстоянии до 100 м от места установки;
– Устройство может контролироваться дистанционно;
– Устройство может одновременно поставить на охрану: до 400 окон, до 150 дверей, до 100 неметаллических шкафов или до 80 сейфов.

Краткие технические характеристики:

– Напряжение питания устройства от источника постоянного тока, В………..18…35;
– Ток потребления, мА……………………………………. не более 80;
– Диапазон рабочих температур, C…………………………. (-50…+50);
– Относительная влажность при 35C, %. до 98;
– Размеры, мм…………………………………….275x264x121;
– Вес, кг………………………………………………………5,3;
– Гарантия, лет………………………………………………….5;
– Устройство может поставляться с военной приемкой.

Емкость для планарного конденсатора выражается формулой:

Конструкция и принцип действия емкостных датчиков

Конструкция этих устройств относительно проста. Стандартный емкостной датчик представляет собой конденсатор, имеющий плоскую или цилиндрическую форму. Одна из плит постоянно перемещается в пространстве. Во время такого движения расстояние между пластинами изменяется, диэлектрический материал деформируется, изменяет свое положение, проницаемость и т.д.

Емкость планарного конденсатора выражается формулой

где – относительная диэлектрическая проницаемость среды между пластинами, и – площадь поверхности рассматриваемых электродов и расстояние между ними, соответственно.

Емкостные датчики работают следующим образом:

Генератор создает электрическое поле, действующее на объект.
Демодулятор помогает преобразовывать изменения амплитуды высокочастотного генератора, а также изменения напряжения постоянного тока.
Триггер создает желаемый уровень фронта переключения и значение гистерезиса.
Усилитель повысит выходной сигнал до оптимального уровня.
Светодиодный индикатор указывает на положение переключателя и позволяет быстро настроить устройство.
Состав обеспечивает необходимый уровень защиты от твердых веществ и жидкостей.
Прочный корпус исключает возможность повреждения от механического воздействия. Корпус обычно изготавливается из латуни или полиамида.

Активная поверхность емкостных датчиков образована металлическими электродами. Последние являются частью цепи обратной связи высокочастотного генератора. Когда объект приближается к активной поверхности емкостного датчика, он подвергается воздействию электрического поля. В этот момент осциллятор генерирует колебания. Их амплитуда увеличивается в зависимости от того, насколько близко находится объект.

Использование емкостных датчиков обусловлено их высокой надежностью и доступностью. В некоторых отраслях использование другого типа устройств считается неприемлемым. Емкостные датчики имеют следующие преимущества:

Что такое емкостные датчики и где они используются

Емкостные датчики имеют простую конструкцию, которая основывается на использовании электронных компонентов, таких как мультивибраторы, преобразователи частоты или компараторы. Когда требуется точное измерение малых параметров, емкостные датчики могут управляться микроконтроллером.

Эти электронные компоненты наиболее часто используются в различных видах промышленности. Они идеально подходят для контроля заполнения резервуаров большого объема. Емкость не обязательно должна быть заполнена водой, в нее можно положить зерна или любое твердое вещество.

Емкостные датчики незаменимы в автомобильных приложениях. Они используются в больших количествах в системах сигнализации и кузовах автомобилей. Современные автомобили оснащены бортовыми компьютерами, которые выводят на экран множество информации (уровень и расход топлива, температура охлаждающей жидкости, давление масла), считывая необходимые данные с датчиков, большинство из которых являются емкостными.

Сегодня датчики приближения стали очень популярны. Это очень надежная серия датчиков, которые также имеют дополнительные преимущества и доступную цену. Они используются как:

Сигнализаторы заполнения резервуаров, в которых используется высокопрочный пластик или стекло.
Компоненты, контролирующие заполнение небольших емкостей, например, маленьких пакетов.
Сигнальное устройство, уведомляющее пользователя об обрыве провода в электрической цепи.
Ленточный регулятор напряжения на конвейере. Емкостные датчики очень важны в этой отрасли, поскольку если напряжение слишком низкое, конвейер перестает работать.

Угловые энкодеры имеют схожий принцип работы с линейными энкодерами. Однако эти датчики также рекомендуются для малых диапазонов угловых перемещений. Для этого часто используются многосекционные модели с пластинами с переменной поверхностью.

Емкостные датчики делятся на одну серию:

Одиночная емкость.
Двойная емкость.

Одиночный конденсатор Датчик единичной емкости имеет простую структуру и выполнен в виде переменного конденсатора. Его недостатком является то, что на него сильно влияют внешние факторы. К ним относятся температура и влажность. Чтобы компенсировать такие неточности, используются дифференциалы дифференциальный двухтомник модели.

В отличие от датчиков с одной емкостью, недостатком дифференциальных моделей является то, что для устранения паразитных емкостей между измерительным устройством и датчиком требуется минимум три экранированных провода. Однако это компенсирует стабильность, значительное повышение точности и более широкое применение таких датчиков.

Иногда разработка емкостного дифференциального преобразователя затруднена по конструктивным соображениям. Особенно если это датчик с переменным зазором. Однако, разместив эталонный конденсатор вместе с рабочим конденсатором и сделав их конструкцию одинаковой, включая все материалы, будет создана гораздо меньшая чувствительность устройства к внешним воздействиям различных факторов. В этих случаях мы говорим о полудифференциальный модель, относящаяся к устройствам с двумя конденсаторами.

Специфическая характеристика выходного параметра датчиков двойной емкости, представленная в виде безразмерного отношения двух емкостей, позволяет называть такие устройства датчики соотношения .

Линейные датчики

Неэлектрические параметры, которые необходимо измерять на практике, очень разнообразны и многочисленны. Конденсатор, в котором электрическое поле равномерно распределено по рабочему зазору, является основой для следующих типов емкостных тензометров:

С переменной площадью электрода.
С переменным зазором между электродами.

Датчики с переменной площадью больше подходят для контроля больших перемещений, в то время как датчики с переменным зазором больше подходят для контроля малых перемещений.

Угловые энкодеры имеют схожий принцип действия с линейными датчиками. Однако эти датчики также рекомендуются для малых угловых интервалов. Для таких задач часто используются многосекционные модели с пластинами с переменной поверхностью.

Такие датчики имеют один электрод, прикрепленный к валу контролируемого объекта. Угловое смещение вала изменяет площадь поверхности пластин конденсатора, вызывая изменение емкости. Эти изменения обрабатываются электронными схемами.

Инклинометры

Другими словами, такое устройство называется датчиком наклона. Они называются инклинометрами и выполнены в виде дифференциальных емкостных датчиков наклона. Эта конструкция имеет чувствительный элемент в виде капсулы.

Капсула датчика состоит из подложки с планарными электродами (1), которые покрыты диэлектрическим слоем, и корпуса (2), который герметично соединен с подложкой. Часть внутренней поверхности корпуса заполнена проводящей жидкостью (3). Это общий выход чувствительного компонента.

Общий электрод образует с электродами своего рода дифференциальный конденсатор. Выходной сигнал датчика напрямую зависит от величины емкости, которая зависит от положения корпуса.

Конструкция инклинометра предусматривает линейную зависимость выходного сигнала от угла наклона в рабочей плоскости и не изменяет значения в нерабочей плоскости. В этом случае сигнал слабо зависит от изменения температуры. Для определения положения самолета используются два инклинометра, расположенные под прямым углом друг к другу.

Небольшие инклинометры с сигналом, зависящим от угла наклона датчика, появились на рынке совсем недавно. Они очень точны, имеют небольшие размеры и не имеют движущихся частей. Их стоимость также невысока. Все эти преимущества делают их пригодными для использования в качестве датчиков наклона, а также в качестве замены датчиков угла, даже для движущихся объектов.

Датчики уровня непроводящих веществ в жидком состоянии представляет собой схему из двух параллельно соединенных резервуаров. Они стали популярны в различных отраслях промышленности, системах управления, при работе с сыпучими и вязкими материалами и в конденсационных средах.

Датчики давления

Конструкция этих датчиков отличается конструкцией преобразователя. Он имеет форму воздушного конденсатора. Одна из пластин неподвижна, а другая перемещается с помощью упругого преобразователя.

Структура и функция

1 – Корпус датчика позволяет установить переключатель, защищенный от внешних воздействий различных факторов. Материал корпуса обычно полиамид или латунь. Крепежные элементы входят в комплект.
2 – Смоляной компаунд, состоящий из специальной смолы, защищает элементы датчика от влаги и других инородных тел.
3 – Триггер создает необходимую крутизну сигнала переключения и значение гистерезиса.
4 – Регулирующий элемент.
5 – светодиод для быстрой настройки, указывает положение переключателя.
6 – Усилитель усиливает выходной сигнал до необходимого значения.
7 – Демодулятор модифицирует изменение высокочастотного колебания в изменение напряжения.
8 – Генератор создает электрическое поле, которое взаимодействует с объектом.
9 – Электроды.

Рабочая поверхность датчика выполнена в виде двух металлических электродов. Они служат в качестве выводов конденсатора, который подключен к цепи обратной связи высокочастотного автогенератора. Генератор настраивается таким образом, чтобы приблизить объект к активной поверхности.

По мере приближения к объекту тестирования он изменяет свою емкость, заставляя осциллятор работать и производить колебания с возрастающей амплитудой по мере приближения к объекту. Увеличение амплитуды обрабатывается электронной схемой, которая производит выходной сигнал.

Емкостные датчики активируются электропроводящими объектами и диэлектриками. При приближении к проводящим объектам расстояние обнаружения Старший значительно больше, чем для диэлектриков. Расстояние обнаружения уменьшается и зависит от диэлектрической проницаемости диэлектрика Er.

Особенности конструкции

Емкостные датчики обычно выполнены в виде цилиндрических или планарных конденсаторов. Одиночная катушка подвергается контролю движения. Таким образом, он генерирует изменение емкости, которое выражается

где ε диэлектрическая проницаемость материала, d – очистка, S – площадь пластин.

Емкостные датчики способны измерять различные параметры тремя способами, в зависимости от связи между контролируемой величиной и параметрами:

Переменное расстояние между пластинами.
Область перекрытия пластин.
Переменная диэлектрическая проницаемость материала.

В случае диэлектрической проницаемости входным параметром будет состав, заполняющий объем между оболочками. Такие емкостные датчики стали популярны для контроля размеров небольших объектов, влажности тел.

Преимущества

Емкостные датчики имеют много преимуществ перед другими типами. К ним относятся:

Форма датчика может быть легко адаптирована к различным конструкциям и задачам.
Для перемещения чувствительного элемента не требуется большое усилие.
Длительный срок службы.
Отсутствие подвижных контактов.
Повышенная чувствительность.
Низкое энергопотребление.
Уменьшенные габаритные размеры и вес.
Высокая технология производства, использование недорогих материалов и веществ.

Емкостные датчики славятся своей простой конструкцией, что позволяет создавать надежные и долговечные устройства. Свойства конденсатора зависят только от геометрических параметров и не имеют зависимости от свойств используемых материалов, при условии, что они выбраны правильно. Поэтому влиянием температуры на площадь поверхности и размер между пластинами пренебрегают при проектировании, при правильном выборе изоляции и металла.

Недостатки

Работа на высокой частоте.
Повышенные требования к экранирующим элементам.
Низкая эффективность преобразования.

При использовании емкостных датчиков необходимо предусмотреть защиту от ложных срабатываний. Они могут быть вызваны случайным контактом с людьми, осадками, различными жидкостями.

Приложение

Емкостные датчики используются в различных сферах производства и деятельности человека. Они используются в системах контроля и регулирования технологических процессов на всех промышленных предприятиях. В настоящее время наиболее популярными датчиками стали датчики присутствия, которые представляют собой надежные конструкции. Их отличают низкие цены и широкий спектр применения.

Основными характеристиками рассматриваемых устройств считаются:

Проблемы с измерениями

Для объектов со сложной конфигурацией можно достичь требуемой точности при соблюдении ряда условий. Например, при многоканальном детектировании напряжение возбуждения для каждого зонда должно быть синхронизировано, иначе зонды будут мешать друг другу: один зонд будет пытаться увеличить электрическое поле, а другой – уменьшить, что приведет к ложным показаниям. Поэтому важным ограничивающим условием является требование, чтобы измерения проводились в тех же условиях, в которых датчик был откалиброван на заводе. Если сигнал оценивается путем изменения расстояния между зондом и мишенью, все остальные параметры должны иметь постоянные значения.

Эти трудности преодолеваются с помощью следующих приемов:

Оптимизируйте размер измеряемой цели: чем меньше цель, тем больше вероятность того, что чувствительность поля будет расходиться вбок, что приведет к большей ошибке измерения.
Выполняйте калибровку только на плоской мишени.
Уменьшите скорость сканирования мишени, чтобы изменения поверхности не влияли на окончательные показания.
Во время калибровки датчик должен быть расположен на одинаковом расстоянии от целевой поверхности (параллельно для плоских поверхностей); это важно для высокочувствительных датчиков.
Условия окружающей среды: большинство емкостных сенсорных датчиков стабильно работают в диапазоне температур 22…35 °C: в этом случае отклонения наименьшие и не превышают максимально допустимых значений.
В этом случае погрешности минимальны и не превышают 0,5 % от полного диапазона измерений.

Однако существуют проблемы, которые невозможно устранить. К ним относятся коэффициенты теплового расширения/сжатия как датчика, так и объекта измерения. Второй фактор – это электрический шум датчика, который вызван дрейфом напряжения контроллера устройства.

Емкостной датчик, измерительный преобразователь неэлектрических величин (уровень жидкости, механические силы, давление, влажность и т.д.) в электрические значения емкости. Емкостной датчик – это электрический конденсатор, параллельный или цилиндрический.

Емкостные датчики приближения

При таком большом количестве различных емкостных конструкций выбор наиболее подходящего емкостного датчика приближения для конкретного применения может быть затруднен. Многие публикации по емкости содержат лишь краткое описание диапазона применения и особенностей имеющихся конструкций, и радиолюбитель не всегда может решить, какую емкостную схему ему следует использовать.

В этой статье мы описываем различные типы емкостных датчиков, приводим их сравнительные характеристики и даем рекомендации по наиболее рациональному практическому использованию каждого конкретного типа емкостной конструкции.

Как известно, емкостные датчики способны реагировать на любой объект, и дальность их обнаружения не зависит от таких свойств поверхности приближающегося объекта, как теплая или холодная (в отличие от инфракрасных датчиков), а также твердая или мягкая (в отличие от ультразвуковых датчиков движения). Кроме того, емкостные датчики могут обнаруживать объекты через различные непрозрачные препятствия, такие как стены зданий, сплошные заборы, двери и т.д. Такие датчики могут использоваться как в охранных, так и в бытовых целях, например, для включения света при входе в помещение, для автоматического открытия дверей, в датчиках уровня жидкости и т.д.
Существует несколько типов емкостных датчиков.

1. датчики на основе конденсаторов.
Датчики этого типа используют конденсаторные цепи для формирования зондирующего сигнала и могут быть разделены на несколько групп.
Простейшими из них являются схемы на основе конденсаторных делителей.

В таких устройствах, например, антенна-датчик подключается к выходу рабочего генератора через изолирующий конденсатор малой емкости, и в точке соединения антенны и конденсатора возникает рабочий потенциал, уровень которого зависит от емкости антенны, поэтому антенна-датчик и изолирующий конденсатор образуют емкостной делитель, и когда объект приближается к антенне, потенциал на его контакте с изолирующим конденсатором – уменьшается, что является сигналом для работы устройства.

Существуют также системы на основе RC-осцилляторов. В этих конструкциях для генерирования сигнала запуска используется, например. RC-генератор, частотоприемным элементом которого является антенна-датчик, емкость которой изменяется (увеличивается) при приближении к ней объекта. Затем сигнал, определяемый емкостью антенны-датчика, сравнивается с опорным сигналом, поступающим с выхода второго (опорного) генератора.

Датчики на расширенных конденсаторах. В таких устройствах, например, в качестве антенн датчиков используются две плоские металлические пластины, расположенные в одной плоскости. Эти пластины являются обкладками перекидного конденсатора, и по мере приближения объектов диэлектрическая проницаемость среды между обкладками изменяется, а значит, увеличивается емкость конденсатора, что и является сигналом для активации датчика.
Известны также устройства, например, в которых емкость антенны сравнивается с емкостью эталонного конденсатора ().

При этом характерной особенностью конденсаторных датчиков на конденсаторах является их низкая помехоустойчивость – входы таких устройств не содержат элементов, способных эффективно подавлять внешние воздействия. Шум и помехи, принимаемые антенной, создают много шума и помех на входе, что делает эти конструкции нечувствительными к слабым сигналам. По этой причине дальность обнаружения конденсаторных датчиков невелика, например, человек может быть обнаружен с расстояния не более 10 – 15 см.
В то же время такие устройства могут быть очень простыми по конструкции (например) и в них нет необходимости использовать намоточные детали – катушки, контуры и т.д., поэтому такие конструкции достаточно удобны и технологичны в изготовлении.

Область применения емкостных датчиков на конденсаторах.
Их можно использовать в приложениях, где не требуется высокая чувствительность и помехоустойчивость, например, в сенсорных датчиках, датчиках уровня жидкости и т.д., а также для радиолюбителей, только начинающих знакомство с емкостной технологией.

2. емкостные датчики на LC цепи.
Устройства такого типа менее восприимчивы к помехам и наводкам, чем датчики на основе конденсаторов.
Антенна датчика (обычно металлическая пластина) подключается (напрямую или через конденсатор с емкостью в десятки пФ) к LC-контуру радиочастотного генератора. По мере приближения объекта емкость антенны изменяется (увеличивается), как и емкость контура LS. В результате частота генератора изменяется (уменьшается) и происходит срабатывание.

Характеристики этого типа емкостного датчика.
1) петля ЛС с закрепленной на ней антенной датчика является частью генератора, поэтому помехи и наводки, действующие на антенну, влияют на его работу: через элементы положительной обратной связи мешающие сигналы (особенно импульсные) проникают на вход активного элемента генератора и усиливаются в нем, создавая на выходе прибора внешние помехи, что снижает чувствительность конструкции к слабым сигналам и создает опасность ложных срабатываний.
2) Контур LS, работающий в качестве частотопринимающего элемента генератора, сильно нагружен и имеет пониженный коэффициент добротности, что приводит к снижению избирательности контура и его способности изменять настройку при изменении емкости антенны, что еще больше снижает чувствительность конструкции.
Вышеуказанные характеристики датчиков на микросхемах LS ограничивают их устойчивость к помехам и дальность обнаружения объектов, например, дальность обнаружения человека в датчиках этого типа обычно составляет 20-30 см.

Существует несколько разновидностей и модификаций емкостных датчиков с частотно-сохраняющей схемой LS.

1) Кварцевые резонаторные датчики.
В таких устройствах, например, для повышения чувствительности и стабильности частоты генератора, вводят кристаллический генератор и дифференциальный высокочастотный трансформатор, первичная обмотка которого является элементом частотосохраняющей цепи генератора, а две его вторичные обмотки (одинаковые) – элементами измерительного моста, к которому подключают последовательно с кристаллическим генератором антенну датчика, и при приближении объекта к антенне вырабатывают сигнал срабатывания.
Чувствительность таких структур выше, чем у обычных датчиков на основе LS-контуров, но они требуют дифференциального высокочастотного трансформатора (в приведенной выше конструкции его обмотка размещена на кольце К10 × 6 × 2 из феррита М3000НМ, с зазором 0,9 … 1,1 мм разрез в кольце для увеличения коэффициента Q.

2) Датчики с всасывающим контуром LС.
Такими конструкциями являются, например, емкостные устройства, в которых для повышения чувствительности вводится дополнительный (так называемый всасывающий) контур LS, индуктивно связанный с приемным контуром частоты генератора и настроенный в резонанс с этим контуром.
Антенна-датчик в этом случае подключается не к схеме генерации частоты, а к вышеупомянутому всасывающему контуру LS, который содержит конденсатор малой емкости и индуктор, индуктивность которого соответственно увеличена. Емкость конденсатора контура в этом случае должна быть небольшой, на уровне между M33 и M75.
Благодаря малой емкости этого контура емкость антенны-датчика становится сравнимой с ним, так что изменение емкости антенны оказывает существенное влияние на настройку указанного контура отсоса LS, а значит, от настройки этого контура в значительной степени зависит амплитуда колебаний на частотогенерирующем контуре и, соответственно, уровень ВЧ сигнала на его выходе.

Также можно отметить, что в таких конструкциях связь между антенной и цепью поддержания частоты генератора не прямая, а индуктивная, поэтому погодные и климатические воздействия на антенну не могут напрямую влиять на работу активного элемента генератора (транзистора или ОУ), что является положительной особенностью таких конструкций.
Как и в датчиках на основе кварцевого резонатора, увеличение чувствительности в емкостных устройствах с всасывающей LS-петлей достигается ценой некоторой сложности конструкции – в данном случае требуется дополнительная LS-петля, включающая катушку индуктивности с вдвое большим числом витков (w – 100 витков), чем катушка LS-петли с сохранением частоты.

3) Некоторые емкостные датчики используют такие методы, как увеличение размера антенны датчика для увеличения дальности обнаружения. В то же время возрастает восприимчивость к электромагнитным и радиопомехам; по этой причине, а также из-за громоздкости таких устройств (например. Использование этих структур (например, металлической сетки 0,5 × 0,5 М) целесообразно за пределами городов – в местах со слабым электромагнитным фоном и желательно за пределами жилых домов – во избежание помех от силовых кабелей.
Устройства с большим размером сенсора лучше всего подходят для сельской местности для охраны садовых участков и полей.
Область применения детекторов частотных петель LS.
Устройства этого типа могут использоваться для различных бытовых целей (включение света и т.д.), а также для обнаружения объектов в местах со спокойной электромагнитной обстановкой, например, в подвалах (ниже уровня земли), а также на природе (при отсутствии радиопомех датчики этого типа могут обнаружить, например, приближение человека на расстоянии до нескольких десятков сантиметров).
В городских условиях целесообразно использовать эти конструкции либо как детекторы прикосновения к металлическим предметам, либо как часть устройств сигнализации, которые в случае ложного срабатывания не причиняют серьезных неудобств находящимся поблизости людям, например, в устройствах, включающих отпугивающий световой луч и тихий акустический сигнал.

3. дифференциальные емкостные датчики (устройства на дифференциальных трансформаторах).
Такие датчики, например, отличаются от описанных выше конструкций тем, что имеют не одну, а две сенсорные антенны, что позволяет подавлять (взаимно компенсировать) погодно-климатические воздействия (температура, влажность, снег, мороз, дождь и т.д.).
В этом случае для обнаружения приближения объектов к любой из антенн емкостного устройства используется симметричный измерительный мост LC, реагирующий на изменение емкости между общим проводом и антенной.

Эти устройства работают следующим образом.
Чувствительные элементы датчика – антенны – подключаются к измерительным входам LC-моста, а ВЧ напряжение, необходимое для питания моста, формируется в дифференциальном трансформаторе, на первичную обмотку которого подается ВЧ сигнал с выхода ВЧ генератора. (w – для простоты катушка частотоприемного контура генератора является одновременно первичной обмоткой дифференциального трансформатора).
Трансформатор в дифференциальном исполнении содержит две одинаковые вторичные обмотки, на противоположных концах которых генерируется ВЧ противофазное напряжение для питания LC-моста.
В то же время на выходе моста нет ВЧ напряжения, так как ВЧ сигналы на его выходе будут иметь равные амплитуды и противоположные знаки, поэтому они компенсируют и ослабляют друг друга (в измерительном LS мосте рабочие токи направлены друг к другу и взаимно компенсируются на выходе).
В исходном состоянии сигнал на выходе измерительного моста LS отсутствует, но при приближении объекта к любой из антенн емкость одного или другого плеча измерительного моста увеличивается, вызывая дисбаланс, в результате чего взаимная компенсация ВЧ сигналов генератора становится неполной и на выходе моста LS появляется сигнал срабатывания.

Если емкость увеличивается (или уменьшается) в обеих антеннах одновременно, срабатывания не произойдет, поскольку в этом случае балансировка LS-моста не нарушается, и радиочастотные сигналы, проходящие в цепи LS-моста, сохраняют одинаковую амплитуду и противоположные знаки.

Благодаря указанному свойству устройства на дифференциальных трансформаторах, а также описанные выше дифференциальные конденсаторные датчики невосприимчивы к погодным и климатическим изменениям, поскольку они одинаково воздействуют на обе антенны и затем взаимно компенсируются и ослабляются. Радиопомехи и наводки не подавляются, устраняются только атмосферные и погодные влияния, поэтому дифференциальные датчики, а также датчики в цепи LS периодически показывают ложные срабатывания.
Антенны должны быть расположены так, чтобы при приближении объекта воздействие на одну из них было сильнее, чем на другую.

Свойства дифференциальных детекторов.
Диапазон обнаружения этих устройств немного больше по сравнению с частотными датчиками L-контура, но дифференциальные датчики более сложные и имеют более высокое потребление тока из-за потерь в трансформаторах, которые имеют ограниченный КПД. Эти устройства также имеют уменьшенную зону чувствительности между антеннами.

Приложения.
Дифференциальные датчики на основе трансформаторов предназначены для использования вне помещений. Эти устройства могут использоваться в тех же приложениях, что и датчики с петлей частотной характеристики, за исключением того, что для установки дифференциального датчика требуется вторая антенна.

4 Резонансные емкостные датчики (патент РФ № 2419159; ).
Высокочувствительные емкостные устройства – сигнал запуска в этих конструкциях генерируется во входной цепи LS, которая частично отстроена относительно сигнала от работающего ВЧ-генератора, к которому цепь подключена через конденсатор малой емкости (необходимый резистивный элемент в цепи).
Первый представляет собой соответствующим образом настроенную цепь LS, а второй – резистивный элемент, через который цепь LS соединена с выходом генератора.

В связи с тем, что контур LS находится в состоянии частичного резонанса (по наклону характеристики), его сопротивление в цепи радиочастотного сигнала сильно зависит от емкости – как его собственной, так и емкости присоединенной к нему антенны датчика. В результате, когда объект приближается к антенне, радиочастотное напряжение на цепи LS значительно изменяет свою амплитуду, что является сигналом для срабатывания устройства.

LC-контур в этом случае не теряет своих селективных свойств и эффективно ослабляет (шунтирует на корпус) посторонние воздействия, исходящие от антенны датчика – индукции и радиочастотные помехи, обеспечивая высокий уровень помехоустойчивости конструкции.

В резонансных емкостных датчиках рабочий сигнал с выхода ВЧ генератора должен подаваться на цепь LS через некоторое сопротивление, величина которого должна быть сравнима с сопротивлением цепи LS на рабочей частоте, иначе при приближении объектов к антенне датчика рабочее напряжение на цепи LS будет очень слабо реагировать на изменение сопротивления цепи LS (цепь ВЧ напряжения будет просто повторять выходное напряжение генератора).

Может показаться, что LS-цепь в частичном резонансе будет неустойчивой и чрезмерно чувствительной к изменениям температуры. В действительности – при условии использования конденсатора с малым значением к.у.ф. (M33 – M75) – схема достаточно стабильна, в том числе при работе емкостного устройства во внешних условиях. Например, если температура меняется от +25 до -12 град. ВЧ напряжение в цепи LS изменяется не более чем на 6 %.

Более того, в резонансно-емкостных конструкциях антенна подключается к контуру LS через конденсатор малой емкости (использование сильной связи в таких устройствах не обязательно), поэтому погодные воздействия на антенну-датчик не мешают работе контура LS, и его ВЧ рабочее напряжение остается практически неизменным даже во время дождя.
Диапазон действия резонансно-емкостных датчиков намного (иногда в несколько раз) больше, чем у устройств НЧ-контуров и дифференциальных трансформаторов, обнаруживая близость человека на расстояниях, значительно превышающих 1 метр.

Однако высокочувствительные конструкции, использующие резонансный принцип действия, появились лишь недавно – первой публикацией на эту тему является статья “Емкостное реле” (журнал “Радио” 2010/5, стр. 38, 39); больше информации о резонансно-емкостных устройствах и их модификациях можно также найти на сайте автора упомянутой статьи: http://sv6502.narod.ru/index.html .

Свойства резонансных емкостных датчиков.
1) При изготовлении резонансного датчика, предназначенного для работы на открытом воздухе, необходимо проверить термостабильность входного узла путем измерения потенциала на выходе детектора при различных температурах (для этого можно использовать морозильную камеру холодильника), детектор должен быть термостабильным (на полевом транзисторе).
2) В резонансно-емкостных детекторах связь между антенной и ВЧ-генератором слабая, поэтому излучение радиопомех в атмосферу в таких конструкциях очень низкое – в несколько раз ниже по сравнению с другими типами емкостных устройств.

Приложения.
Резонансно-емкостные датчики могут эффективно использоваться не только в сельских и полевых условиях, но и в городах, однако необходимо избегать размещения датчиков вблизи сильных источников радиосигналов (радиостанций, телецентров и т.д.), иначе резонансно-емкостные устройства будут давать ложные положительные результаты.
Резонансные датчики также могут быть установлены в непосредственной близости от других электронных устройств – благодаря низкому излучению радиосигналов и высокой устойчивости к помехам резонансно-емкостные структуры обладают повышенной электромагнитной совместимостью с другими устройствами.

Нечаев И. “Емкостное реле”, журнал Радио 1988 /1, стр.33.
Ершов М. “Емкостной датчик”, Журнал Радио 2004 / 3, с. 41, 42.
Москвин, А. “Бесконтактные емкостные датчики”, журнал Радио 2002 / 10,
стр. 38, 39.
Галков А., Хомутов О., Якунин А. “Емкостная адаптивная система безопасности” Патент РФ № 2297671 (С2), с приоритетом 23. 06. 2005 – Бюллетень “Изобретения. Полезные модели”, 2007, № 11.
Савченко В., Грибова Л. “Бесконтактный емкостной датчик с кварцем.
Резонатор”, Журнал Радио 2010 / 11, стр. 27, 28.
“Емкостное реле”. – Радиожурнал 1967 / 9, с. 61 (иностранный раздел
проекты).
Рубцов В. “Сигнализатор безопасности”, журнал “Радиолюбитель” 1992/8, с. 26.
Глузман И. “Эстафета присутствия”, журнал “Моделист-конструктор” 1981 / 1,
стр. 41, 42).

Читайте далее: