1.3. Описание структурной и принципиальной схемы извещателя

Структурная схема извещателя приведена на рис. 1, принципиальная схема- на рис. 2, объемная диаграмма оптической системы- на рис. 3. На структурной схеме для каждого устройства в скобках указаны элементы соответствующих каскадов принципиальной схемы. Извещатель состоит (Рис. 1 и 2) из оптической системы ОС, пиромодуля ПМ, двух полосовых усилителей ПУ1 (AD1.1) и ПУ2 (AD1.2), компараторов Ком1 (AD3.1) и Ком2 (AD3.2), на которые поданы опорные напряжения U_оп2 и U_оп3, накопителя импульсов НИ (R12, R13, C11), выходного каскада ВК1 (AD3.3) с релейной нагрузкой К1 и выходного каскада ВК2 (AD3.4) со светодиодной нагрузкой VD2. Время накопление изменяется джампером J1, светодиод после тестирования может быть отключен джампером J2. Питание 12 В на извещатель подается через разъём Ш1, стабилизируется схемой AD2, далее подается на элементы извещателя и на источник опорных напряжений R8 – R11.

Информация о состоянии извещателя снимается с контактов 3,4 разъема Ш1. Если контакты замкнуты, то это режим “НОРМА”, если контакты разомкнуты, то это режим “ТРЕВОГА”.

Тепловое излучение от помещения и нарушителя поступает на оптическую систему ОС (Рис. 1). Оптическая система состоит из линз Френеля, которые в данном частном случае формируют объемную диаграмму обнаружения, состоящую из 3-х вееров обнаружения: дальнего веера, среднего и ближнего (Рис. 3). При пересечении веера поперек формируется переменный сигнал. Наличие нескольких вееров позволяет обнаружить движение нарушителя на извещатель, так как при пересечении разных вееров формируется переменный сигнал.

Рассмотрим процесс формирования сигнала при перемещении нарушителя в пределах дальнего веера. Дальний веер состоит из n – зон обнаружения (Рис. 4).

168

+9B

+9B

Ком1

(AD3.1)

K1

ПМ

(ПЭ1⁺

ПЭ^- 2

VT1)

ПУ1

(AD1.1)

ПУ2

(AD1.2)

НИ

(R12,

R13,

C11)

ВК1

(AD3.3)

ВК2

(AD3.4)

Ком2

(AD3.2)

Стабилиз,

(AD2)

Источник опорных напряжений r8 – r11

Рис. 1

169

Рис.2

170

Рис. 3

171

Рис. 4

Диаграмма направленности дальнего веера в вертикальной и горизонтальной плоскости приведены на рис 4. Предположим, что зоны следуют непрерывно друг за другом и нарушитель движется на расстоянии R=R_max/2, (R_max – максимальная дальность обнаружения нарушителя) по линии b-c-d. Он при этом последовательно пересекает зоны от 1-ой до n-ой. Каждая зона состоит из 4-х секторов.

С первого сектора тепловое излучение поступает на пироэлемент ПЭ1 пиромодуля ПМ с формированием положительного сигнала (Рис. 2,

Рис. 4); с третьего сектора тепловое излучение поступает на пироэлемент ПЭ2 пиромодуля с формированием отрицательного сигнала (Рис. 2, Рис. 4);

из 2-го и 4-го секторов сигналы на пиромодуль не поступают. ПМ - представляет собой устройство, состоящее из светового фильтра (пропускающего только инфракрасное излучение), двух пироэлементов ПЭ (включенных встречно параллельно) и стокового повторителя VT1

172

(Рис. 1, 2). Пироэлемент представляет собой разновидность пьезоэлектриков, отличающихся тем, что их ячейка имеет одно или несколько взаимно неуравновешенных полярных направлений.

На электродах элемента под воздействием температуры Т появляется заряд, который далее преобразуется на транзисторе VT1 в напряжение. От ПЭ1⁺ и от ПЭ2^- сигналы с учетом знака складываются.

Дифференциальное включение ПЭ позволило значительно снизить выходное напряжение ПМ при воздействии обычно существующего, мешающего постоянного температурного фона. Из-за встречного включения ПЭ выходное напряжение ПМ от постоянной засветки равно нулю. При перемещении нарушителя по линии b-c-d (Рис. 4) вначале возникает сигнал положительной полярности (1 сектор), затем сигнал уменьшается до нуля (2-ой сектор), затем возникает сигнал отрицательной полярности (3-ей сектор, потом сигнал уменьшается до нуля (4 сектор). Частота и форма сигнала зависит от количества секторов, расстояния между секторами, размера и формы тела нарушителя, расстояния до извещателя, скорости движений, направления движения, и т. д. В упрощенном варианте считается, что сигнал имеет форму синусоиды [1]. Расчет частоты и амплитуды сигнала [2], снимаемого с ПМ, приводится в п. 2.1 методических указаний.

В связи с тем, что диапазон скоростей перемещения нарушителя ограничен, то соответственно ограничены сверху и снизу частоты полезного сигнала. Поэтому для выделения сигнала используются полосовые усилители ПУ1 (AD1.1) и ПУ2 (AD1.2). Общий коэффициент усиления ПУ1 – ПУ2 берется таким, чтобы обеспечить надежное срабатывание компараторов при максимальной дальности обнаружения в заданном диапазоне скоростей перемещения нарушителя. Коэффициенты усиления в области средних частот каскада схемы AD1.1 определяется выражением (1+(R4/R3)), а для схемы AD1.2 – (R7/R6). Нижние частоты полосы пропускания каскадов определяются элементами R3C4 и R6C9; верхние частоты полосы пропускания определяются элементами R4C6 и R7C10. В связи с тем, что в усилителях используется однополярное питание, то для обеспечения их работоспособности на их неинвертирующие входы подается положительное напряжение; на вход AD1.1 подается открывающее напряжение с транзистора VT1, на вход AD1.2 подается опорное напряжение U_оп1. Коэффициент преобразования каскадов по постоянному току равен 1. Эпюры сигналов на входе и выходе ПУ приведены на рис 5.

С выхода усилителя AD1.2 сигнал подается на входы компараторов 173

AD3.1 и AD3.2, являющимися компараторами с открытым коллектором; их внешней нагрузкой является сопротивление R12. Выход 2 компаратора AD3.1 и выход 1 компаратора AD3.2 можно представить себе в виде ключей S1 и S2 (Рис. 6), которые то подключают, то отключают точку XN3 (точка соединения резисторов R12 и R13) к корпусу. Если на выходе обоих компараторов “1” (ключи разомкнуты),то ( ) XN3 отсоединена от корпуса; если на выходе хотя бы одного из компараторов ноль (ключ замкнут), то точка XN3 подключается к корпусу. Сигнал на входе компараторов (контрольная точка XN2) и на их выходе (контрольная точка XN3) при отсутствии движения нарушителя и при его движении переведены на рис. 5. В исходном состоянии, когда нет движения, а значит и нет переменного сигнала, на входы компараторов подаются три опорных напряжения U_оп1 (так как коэффициент усиления AD1.2 по постоянному току равен “1”), U_оп2 и U_оп3. Заранее выбрано соотношение

U_оп3<U_оп1<U_оп2

Рассмотрим напряжения в точке XN3 при отключённом конденсаторе С11. На выходе компараторов в контрольной ( ) XN3 будет “1”, так как U_оп2>U_XN2 и U_XN2>U_оп3. При появлении переменного сигнала в интервале времени t₁ – t₂ это соотношение сохраняется и U_XN3=1.

В интервале времени t₂ – t₃ U_оп2>U_XN2, но U_XN2 стало < U_оп3, поэтому U_XN3=0. При изменении переменного сигнала на интервале времени t₃ – t₄ U_оп2>U_XN2 , U_XN2>U_оп3 и, следовательно, U_XN3=”1”. На интервале времени t₄ – t₅ U_оп2<U_XN2 и, соответственно, U_XN3=0. На интервале времени t₅ – t₆ U_оп2>U_XN2 и U_XN2>U_оп3, то есть U_XN3=”1”. В последующие промежутки времени процесс повторяется. В контрольной точке XN3 формируется прямоугольные импульсы с частотой в два раза больше частоты входного сигнала и скважностью, определенной величиной превышения сигналом пороговых уровней.

174

Рис. 5

175

С компараторов прямоугольный сигнал подается на накопитель импульсов НИ, состоящий из элементов R12, R13, C11. Принцип работы НИ поясняется эпюрами рис. 5 (напряжение на обкладках конденсатора С11, напряжение на входе 10AD3.3) и эквивалентной схемой рис. 6. В исходном состоянии (при входном сопротивлении AD3.3 равном бесконечности и при отсутствии утечек ключей S1 и S2 (рис. 6)) напряжение U_C11=0, и напряжение на инвертирующем входе 10 микросхемы AD3.3 будет равно 5В (больше, чем U_оп4)). При поступлении импульсов (периодически замыкающих ключи S1 и S2) конденсатор С11 начинает заряжаться через резистор R13 с постоянной времени _зар=С11R13.

При размыкании обоих ключей С11 начинает разряжаться с постоянной времени _раз =С11(R12+R13) C11R12 при R12>>R13. Постепенно напряжение на конденсаторе растёт, и, соответственно, на входе 10 микросхемы AD3.3 напряжение уменьшается; U_10AD3,3=5 В - U_c. Когда накопится достаточное количество импульсов U_10AD3,3 станет меньше U_оп4. С целью увеличения чувствительности (т. е. обеспечиваются срабатывания извещателя при минимальном количестве импульсов), оператор может уменьшить _зар, установив перемычку J1 (помехозащищенность при этом, соответственно, уменьшается).

Накопленный сигнал с НИ поступает на ВК1 (AD3.3). В исходном состоянии (без входного сигнала) U_10AD3,3>U_11AD3,3 и U_XN4=0. Через реле К1 течёт ток, реле замыкает контакты К1.1 и на выходе разъема Ш1

176

сопротивление между точками 3 и 4 равно 0. При срабатывании НИ

U_10AD3,3 становится меньше U_11AD3,3, тогда U_XN4=”1” реле обесточивается, контакты К1.1 размыкаются и на выходе разъема Ш1 сопротивление между точками 3 и 4 становится равным бесконечности,

т. е. на пульт охраны поступает сигнал “ТРЕВОГА”.

Для проверки работоспособности извещателя в его схему введен светодиод VD2 (Рис.2). При отсутствии перемещений U_8AD3.4<U_9AD3.4, поэтому U_XN5=”1” и светодиод не горит. При перемещении нарушителя срабатывают НИ и ВК1, U_9AD3.4 становиться меньше U_8AD3.4, тогда U_XN5=”0”, светодиод загорается, индицируя о наличие перемещения теплового пятна в помещении. Оператор (хозяин) обычно использует светодиод для определения работоспособности извещателя. Чтобы нарушитель в дневное время не мог протестировать охранный извещатель (т. е. определить зоны его срабатывания) светодиод может быть отключён джампером J2.