音響検出器。スキーム、説明

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音響探知機。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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室内窓を守るオリジナルの防犯警報センサーを読者の皆様にプレゼントいたします。

近年、無線工学の文献にはセキュリティ装置に関する多くの出版物が掲載されています。もちろん、これは偶然ではなく、財産保護のテーマは非常に重要です。

セキュリティデバイスは数多くあり、その動作はさまざまな物理原理に基づいています [1]。これらはすべて、車、倉庫、オフィス、アパート、その他の物体を保護するように設計されています。このような装置に不可欠な部分は「セキュリティ検出器」です。これは、保護された敷地への不正侵入を知らせ、警報信号を生成する技術装置です。

特定の例を考えてみましょう。窓の開口部から強盗がアパートに侵入する可能性をブロックする必要があるとします。窓の開口部から侵入する方法は 2 つあります。 1 つ目は、カバーガラスを壊さずにフレーム (窓) の可動部分を開けることです。2 つ目は、フレームの可動部分を開けずにカバーガラスを破壊 (壊す、切断する、ガラスを露出させる) ことです。

従来、前者の保護のために、磁気接触検出器 SMK-1、SMK-3、IO 102-4、IO 102-5、IO 102-6 が使用されます。 XNUMX番目のケースでは、電気接触検出器（アルミ箔）、「ウィンドウ」タイプの表面衝撃接触検出器。もちろん、これらの製品はリビングルームのインテリアを「装飾」するものではなく、たとえば窓を掃除するときなど、所有者にさらなる問題を引き起こします。また、セキュリティ装置の機密性の問題も解決されていない。確かに、「ガラス」タイプの表面音波検出器もお勧めしますが、コストが非常に高くなります。

音響検出器は多くの要件を満たすことができます [3]。それらの動作原理は次のとおりです。マイクロフォン VM1 (図 1) は環境から音響信号を受信し、適切な周波数と振幅の交流電圧に変換され、ゲイン k の線形アンプに送られ、その出力からエミッタ BA1 に送られます。サウンドへの逆変換が発生します。エミッタによって再生された信号は、透過係数βで環境中を伝播し、環境の音と混ざりながらマイクVM1の入力に送信され、そこで再び変換、増幅などが行われます。マイクとエミッター間のフィードバック接続。外部環境を通じて閉じられます。

音響検出器

アンプが狭帯域に作られている場合、エミッタは、マイクロフォンに到達する音響信号の全スペクトルのうち、アンプの周波数帯域内にある信号のみを再生します。動作周波数範囲を 10 ～ 15 kHz から選択します。主に 10 kHz 未満の範囲で、多くの音声干渉を取り除くことができます。

フィードバックを備えた増幅デバイスでは、フィードバックが正の場合 (位相平衡)、順方向チャネルの伝達係数 k と逆方向チャネルの β の積が大きくなる場合、非減衰発振 (自励モード) が発生することが理論的に知られています。 1 以上 (振幅バランス)、kβ> XNUMX。位相バランスまたは振幅バランスの条件が満たされていない場合、デバイスは安定状態、つまり線形増幅モードにあります。透過係数βを変更することで、機器の状態を制御することができます。

この原理は音響検出器の動作に使用されます。窓を保護するために、マイクは窓の開口部の枠の間に配置され（少し努力すれば非常にうまくカモフラージュできます）、アンプとエミッターは室内に配置されます。これにより、マイクとエミッターがガラスの隔壁で隔てられ、両者の間の音響フィードバックが弱められます。アンプの出力では、電圧振幅は重要ではありません。

攻撃者が窓からアパートに侵入しようとすると（窓や窓を開ける、ガラスを割るか露出させる）、マイクとエミッターの間に音響接続が発生し、デバイスが励起されます。アンプ出力の電圧振幅は何倍にも増加します。

アンプの出力にしきい値デバイスを接続すると、音響検出器が得られます (図 2)。

（クリックして拡大）

アクティブバンドパスフィルターはオペアンプDA1に組み込まれています。共振周波数 1000 kHz でのゲインは 11、帯域幅は 800 Hz です。出力トランジスタ VT1 および VT2 はクラス B モードで動作するため、スタンバイモードでの消費電力は最小限に抑えられます。デバイスのゲインは抵抗 R4 によって 2 ～ 20 倍の範囲で調整できます。これは、現場に設置した後に検出器の感度を調整するために必要です。アンプの出力から、信号はダイナミックヘッド BA1 と、トランジスタ VT3、VT4、ダイオード VD1、ツェナーダイオード VD2 で構成されるスレッショルドデバイスに送られます。

スタンバイモードでは、トランジスタ VT3 と VT4 が閉じられ、しきい値デバイスの出力にはローレベルが存在します。上述の状況によりデバイスが励起されると、VT3 のベースに正の電圧が現れます。ツェナーダイオード VD2 によって設定されたしきい値電圧を超えると、トランジスタ VT3 と VT4 が開きます。「アラーム」信号は、しきい値デバイスの出力、つまり約 15 V の正の電圧に表示されます。この電圧は、さまざまな端末デバイスの制御電圧として使用できます。

図に示されているものに加えて、K140UD6 オペアンプ、MD-52 マイク、10GDV-2 または 10GDV-4 ダイナミックヘッドを使用できます。マイクを接続するワイヤーはシールドされている必要があります。

検出器は現場で直接設定されます。ウィンドウが閉じると、抵抗 R4 が最大ゲイン (したがって最大感度) を設定します。自励励起が発生すると、自励励起が停止するまでゲインが減少します。この後、窓（窓）を開けるか、ガラスを取り外します。デバイスは再び励起され、しきい値デバイスの出力に「アラーム」信号が表示されるはずです。デバイスの電源が入らない場合があります。次に、エミッタとマイクの相対位置を選択する必要があります。それらが互いに向くように配置することが望ましいことに留意する必要があります。スタンバイモードでの検出器の消費電流は、-6 V 電源で 15 mA、+8 V 電源で 15 mA ですが、アラームモードでの電流は各電源で 260 mA を超えません。

提案されたスキームに従って組み立てられたデバイスの性能は、30×70 cm（夕方）および115×120 cm（昼間）の窓で170日間テストされました。窓が開くと (この場合、β は約 30 dB 変化します)、検出器は常に「警報」信号を発しました。チェック中に、誤検知は記録されませんでした。

したがって、説明したデバイスの操作経験により、その使用の見通しについて話すことができます。さらに、金庫などの他の物体の保護にも使用できます。

添加。音響検出器のエレクトレットマイク

私の記事「音響「検出器」」で説明した設計では、動電型マイクロホンが音センサーとして使用されており、これにより、DA1 チップへのセンサーの接続が可能な限り簡素化されました。ただし、ダイナミックマイクロホンのサイズは小さいにもかかわらず、（長さは数センチメートル）、その取り付けとマスキングは、人によっては労働集約的な作業になる可能性があります。

そこで、アンプの入力回路を改造してエレクトレットマイクを接続できるようにすることにしました。これらのデバイスは、その小さい寸法によって区別されます。たとえば、古い輸入カセットレコーダーから取り外したマイクタイプ CZN-15E の直径はわずか 10 mm、高さは 6 mm です。当然のことながら、このようなセンサーを設置したり偽装したりする方が簡単です。

この図は、エレクトレットマイクと音響検出器アンプの接続図を示しています。新たに導入された抵抗 R14、R15 とコンデンサ C11 が基板に搭載されています。マイクはシールド線で接続する必要があります。

音響検出器

他のエレクトレットマイクを設計に使用することも可能です。このような交換により検出器の感度が向上するため、このオプションではマイクと BA1 ダイナミックヘッドの間の距離を長くできることに注意してください。

文学

Nilov V. A.、Chlenov A. N.、Shakirov F. A. セキュリティおよび火災警報システムの技術的手段。 - M.: NOU「タキル」、1998年。
GOST 26342-84。セキュリティ、火災、セキュリティ火災警報システム。タイプ、主なパラメータ、サイズ。
Shepitko G. E. 適応型セキュリティ検出器: 概要情報。 - M.: グニツイ、1985 年。

著者：I。メドベージェフ、ブリャンスク

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