Mạch báo cháy siêu âm đơn giản được giải thích dưới đây phát hiện tình huống nguy hiểm hỏa hoạn bằng cách chọn các biến thể của sóng không khí xung quanh, hoặc nhiễu động không khí. Độ nhạy cao của mạch đảm bảo rằng ngay cả những nhiễu loạn không khí nhỏ nhất do chênh lệch nhiệt độ hoặc hỏa hoạn cũng được phát hiện nhanh chóng và thiết bị báo động kèm theo sẽ phát ra âm thanh.

Tổng quat

Cảm biến báo cháy thông thường sử dụng các hệ thống đa dạng để xác định đám cháy và chúng đi kèm với đủ loại phức tạp.

Một hệ thống báo cháy thông thường sử dụng cảm biến nhiệt độ để cảm nhận phương sai nhiệt độ cao bất thường do hỏa hoạn gây ra.

“các loại bộ lọc trong xử lý tín hiệu ”

Nó không phải là cơ bản rằng chỉ một phần điện tử như nhiệt điện trở hoặc thiết bị nhiệt độ bán dẫn được sử dụng, nhưng vật liệu đơn giản như liên kết nóng chảy nhiệt độ thấp hoặc công tắc nhiệt độ lưỡng kim.

Mặc dù sự đơn giản của các loại báo động như vậy được ưa chuộng hơn, nhưng độ tin cậy của chúng vẫn còn nghi ngờ vì việc phát hiện chỉ xảy ra khi đám cháy đã chín.

Các hệ thống báo cháy phức tạp hơn tồn tại, ví dụ, các đầu báo cháy được trang bị bộ phận bán dẫn riêng biệt có thể cảm nhận sự tồn tại của các hạt khói, khí dễ cháy và hơi.

Ngoài ra, có quang điện tử hệ thống báo cháy được kích hoạt khi khói dưới bất kỳ hình thức nào chặn chùm sáng của chúng. Loại hệ thống phát hiện cháy như vậy đã được xuất bản trên Hobby Electronics.

Phát hiện nhiệt bằng Doppler Shift

Một phương pháp phát hiện cháy mới bằng cách sử dụng âm thanh siêu âm được mô tả trong bài báo này. Mang các nguyên tắc hoạt động giống như các sản phẩm nổi tiếng Doppler Shift cảnh báo kẻ xâm nhập siêu âm , hệ thống phát hiện cháy này cực kỳ nhạy cảm với sự hỗn loạn trong không khí, ngoài chuyển động của vật thể rắn.

Nhiệt từ một đám cháy điện tạo ra sự hỗn loạn lớn và kích hoạt báo động. Thông thường, các cảnh báo giả được đặt ra do nhiễu động. Kết quả là, loại báo cháy này là hoàn hảo cho một ngôi nhà mặc dù những người sống trong đó thường không đánh giá cao nó.

Cách phân biệt đối xử âm thanh xảy ra

Một hạn chế của việc sử dụng thiết bị báo trộm Doppler Shift làm báo cháy là khu vực phát hiện lớn mà thiết bị này mang lại. Bằng cách nào đó, ở đây điều này hóa ra là một lợi ích vì có thể phát hiện nhanh chóng ngay cả khi đám cháy bắt đầu ở một góc nhỏ của khu vực phát hiện.

Nguyên tắc tiêu chuẩn của hệ thống báo cháy thông thường là phát hiện đám cháy trong khi phớt lờ những người đang tranh giành xung quanh phòng. Điều này rất quan trọng vì hệ thống báo động được thiết lập để chạy cho đến khi được kích hoạt.

Một cảnh báo Doppler Shift siêu âm điển hình không phân biệt được đâu là người và đâu là nhiễu động. Do đó, hệ thống báo cháy sử dụng mạch điện điều khiển một khu vực hoạt động nhỏ sẽ có ý nghĩa hơn.

Thiết bị báo động có thể được đặt ở một vị trí trong phòng mà ở đó chuyển động của con người là tối thiểu, nhưng vẫn có thể nhanh chóng xác định được nhiễu động do hỏa hoạn.

Hệ thống làm việc

Một cảnh báo siêu âm cơ bản được trang bị hai mạch độc lập được kết nối qua cùng một nguồn điện.

Mạch điện tử đơn giản hơn đóng vai trò máy phát phát ra các tần số âm thanh đồng nhất tới máy thu, mạch này phức tạp hơn.

Sơ đồ khối của thiết bị báo cháy được thể hiện trong Hình 1.

Như mô tả, mạch phát hoạt động để tạo ra âm thanh siêu âm bằng cách sử dụng bộ dao động và cấp tín hiệu qua loa.

Tín hiệu điện được loa chuyển thành sóng âm thanh, nhưng con người không thể nghe được vì chúng cao hơn phạm vi nghe thấy.

Các bộ khuếch đại âm thanh thông thường không hoạt động tốt ở tần số siêu âm vì loại áp điện của bộ chuyển đổi phát.

Thông thường, một bộ điều chỉnh mức đầu ra được bao gồm để độ nhạy của mạch có thể được điều chỉnh ở mức phù hợp.

Người nhận

Một micrô ở bộ thu phát hiện sóng âm từ bộ phát và chuyển đổi chúng thành tín hiệu điện.

Một lần nữa, một bộ chuyển đổi áp điện chuyên dụng được sử dụng trên micrô thu vì micrô bình thường không thích hợp để hoạt động ở tần số cao, đặc biệt là siêu âm.

Trạng thái cực kỳ cơ động của âm thanh siêu âm gây ra sự cố phát hiện giữa micrô và loa trong trường hợp cả hai thiết bị được lắp đặt gần như cạnh nhau.

Trong các tình huống thực tế, các tín hiệu thu được là phản xạ từ các bức tường hoặc đồ đạc trong phòng.

Hơn nữa, đầu ra từ micrô tương đối thấp và thường khoảng 1 mV RMS. Vì vậy, một bộ khuếch đại được kết hợp để nâng cao tín hiệu lên mức hoạt động.

Thông thường, hai giai đoạn khuếch đại có độ lợi cao được sử dụng tối thiểu trong một cảnh báo trộm siêu âm. Tuy nhiên, do hệ thống báo cháy được thảo luận yêu cầu độ nhạy thấp hơn, do đó, một giai đoạn khuếch đại là phù hợp hơn.

Máy dò

Phần tiếp theo của mạch là một bộ tách sóng điều chế biên độ. Trong một tình huống thực tế, tín hiệu được phát hiện là sóng đầu ra 40kHz trực tiếp từ máy phát.

Tín hiệu này được thu thập bằng nhiều đường dẫn khác nhau và theo từng giai đoạn tùy ý. Tuy nhiên, cả hai biên độ của tín hiệu và các mối quan hệ pha của nó được bảo toàn mà không có bất kỳ thay đổi nào. Do đó, không có đầu ra nào được tạo ra từ bộ tạo biên độ trong các tình huống sẵn sàng.

Bất cứ khi nào có chuyển động phía trước máy dò hoặc không khí hỗn loạn, toàn bộ kịch bản sẽ thay đổi.

Nổi tiếng Doppler Shift chịu trách nhiệm và tạo ra dao động tần số trên các tín hiệu được phản xạ từ vật thể đang chuyển động hoặc rối loạn trong không khí.

Một phần của tín hiệu được truyền đạt được thu thập trực tiếp hoặc sử dụng các vật phẩm bất động trong không khí có khả năng chống nhiễu loạn.

Sau đó, hai hoặc nhiều tần số được chuyển vào bộ giải điều chế biên độ. Ở giai đoạn này, mối quan hệ pha nằm ngoài quy định vì các tín hiệu có tần số thay đổi.

Dạng sóng siêu âm

Khi nhìn vào biểu đồ dạng sóng trong hình 2 dưới đây, hãy hình dung rằng dạng sóng trên là tín hiệu 40 kHz tiêu chuẩn và dạng sóng dưới là tín hiệu bị thay đổi tần số. Lúc đầu, các tín hiệu là trong pha hoặc chúng tăng và giảm đồng nhất về quy mô trong khi vẫn duy trì cùng một cực.

Các tín hiệu trong pha được tổng hợp bên trong bộ giải điều chế để tạo ra một tín hiệu đầu ra rất lớn. Sau đó, trong chuỗi dạng sóng, chúng đi vào vùng chống pha.

Điều này có nghĩa là các tín hiệu vẫn tăng và giảm biên độ một cách đồng đều nhưng bây giờ có các cực ngược lại.

Kết quả là bộ giải điều chế tạo ra tín hiệu đầu ra yếu do hai tín hiệu khác triệt tiêu lẫn nhau. Nhưng cuối cùng, các tín hiệu quay trở lại cùng pha và giải phóng một đầu ra chắc chắn từ bộ giải điều chế.

Thời điểm mạch được kích hoạt, mức đầu ra thay đổi từ bộ giải điều chế được đo.

Tần số của tín hiệu đầu ra giống như phương sai giữa các tín hiệu đầu vào kép.

Điều này thường thấy ở tần số âm thanh thấp hoặc tần số cận âm. Không nghi ngờ gì nữa, tín hiệu từ đầu ra được thu lại một cách dễ dàng sau khi bộ khuếch đại có độ lợi cao tăng cường nó.

Máy tạo báo động

Khi tín hiệu được khuếch đại, nó được sử dụng để điều khiển một mạch chốt tiêu chuẩn mà sau khi được kích hoạt, cảnh báo sẽ tiếp tục phát sáng cho đến khi hệ thống được thiết lập lại. Hoạt động chốt được điều chỉnh bởi một bóng bán dẫn chuyển mạch liên kết điện áp điều khiển với mạch phát hiện cảnh báo.

Bộ tạo cảnh báo được chế tạo bằng cách sử dụng Bộ tạo dao động được điều khiển bằng điện áp (VCO) được điều chỉnh bởi bộ dao động tần số thấp.

Một dạng sóng dốc được tạo ra bởi bộ dao động tần số thấp và một đầu ra từ VCO sẽ tăng dần tần số cho đến khi cao điểm của nó.

Sau đó, tín hiệu sẽ trở lại cao độ tối thiểu và tăng dần tần số trở lại. Quá trình tuần hoàn này tiếp tục và cung cấp một tín hiệu báo động hiệu quả.

Cách hoạt động của mạch

Bản vẽ mạch hoàn chỉnh của hệ thống phát hiện cháy bằng sóng siêu âm hoặc bộ thu được mô tả trong hình bên dưới.

MẠCH THU : Các đường chấm nối với các đường cung cấp của mạch truyền bên dưới

MẠCH CHUYỂN GIAO

Máy phát được chế tạo bằng thiết bị hẹn giờ 7555, IC1. Thành phần CMOS này là loại công suất thấp của bộ định thời 555.

Đối với loại máy phát cảnh báo này, 7555 là lý tưởng so với 555 vì tổng công suất tiêu thụ của mạch được duy trì chỉ khoảng 1mA hoặc ít hơn, góp phần sử dụng pin hiệu quả.

Hơn nữa, IC 7555 được sử dụng trong một phương pháp dao động điển hình, theo đó các bộ phận định thời R13, RV1 và C7 được chọn đặc biệt để tạo ra tần số 40 kHz.

Giá trị đặt trước được điều chỉnh để tạo ra tần số đầu ra mang lại hiệu quả lý tưởng từ mạch thu và phát. Giá trị đặt trước được xác định là RV2 trong sơ đồ mạch.

Người nhận

X1 là cảm biến thu tín hiệu trong mạch thu và đầu ra của nó được kết nối với đầu vào của bộ khuếch đại phát chung được thiết kế xung quanh Q1.

Tại điểm nối này, dòng điện thu thấp khoảng 0,1 A được duy trì để đảm bảo mức tiêu thụ điện năng của toàn bộ phần thấp.

Thông thường, người ta sẽ nghĩ rằng điều này gây ra ít tăng hơn từ một bộ khuếch đại loại này, nhưng nhìn chung, nó là quá đủ cho hoạt động hiện tại.

Tụ điện C2 kết hợp đầu ra nâng cao từ Q1 thành bộ giải điều chế AM thông thường bằng cách sử dụng D1, D2, R3 và C3.

Sau đó, tín hiệu tần số thấp do đó được tăng cường bằng cách sử dụng bộ khuếch đại phát chung thứ hai đặt tại Q2.

Một bộ định thời IC1 khác được sử dụng làm chốt. Trái với thông lệ bình thường, bộ định thời IC1 được sử dụng theo cách tiếp cận đơn ổn cung cấp xung đầu ra tích cực nếu chân 2 giảm 33% so với điện áp nguồn.

Thông thường, độ rộng xung đầu ra sẽ được điều chỉnh bởi một cặp điện trở định thời và tụ điện, nhưng mạch này không có các thành phần đó.

Thay vào đó, chân 6 và 7 của IC1 được liên kết với đường ray cung cấp trừ. Khi được kích hoạt, đầu ra của IC1 được bật và tiếp tục ở trạng thái đó, cho phép hoạt động chốt.

Từ cực thu của bóng bán dẫn Q2, chân 2 của IC1 được nối và điều chỉnh đến một nửa điện áp cung cấp bằng nhau.

Do đó, trong điều kiện chờ, IC1 không được kích hoạt. Thời điểm khởi động tổ máy, điện áp cực thu tại Q2 dao động.

Hơn nữa, trong các nửa chu kỳ âm, nó trở nên thấp hơn điện áp ngưỡng kích hoạt. Sử dụng công tắc vận hành SW1 và đầu vào đặt lại của IC1 thành điện áp cung cấp 0V, mạch hoàn chỉnh có thể được đặt lại.

Thành phần được sử dụng để chuyển nguồn đến mạch cảnh báo khi IC1 được kích hoạt là bóng bán dẫn Q3. Vì lý do an toàn, R8 hoạt động như một điện trở hạn chế dòng điện.

Tín hiệu báo động

IC2 là chip cuối cùng, là một vòng lặp khóa pha CMOS 4046BE. Tuy nhiên, trong thiết kế này, chỉ có phần VCO là tối quan trọng. Bộ so sánh pha được sử dụng một cách thích hợp nhưng chỉ như một bộ biến tần cho mạch cảnh báo.

Sự đảo ngược đầu ra của VCO dẫn đến đầu ra hai pha cho phép bộ cộng hưởng gốm LS1 nhận được điện áp đỉnh-đỉnh gấp hai lần điện áp nguồn.

Kết quả là, một tín hiệu báo động hú được tạo ra. Nếu cần, đầu ra từ chân 4 của IC2 có thể được tăng cường và sử dụng để cung cấp năng lượng cho loa tiêu chuẩn. Tụ điện C6 và điện trở R12 hoạt động như các bộ phận định thời cho VCO. Các thành phần điện tử cung cấp tần số đầu ra ổn định khoảng 2kHz, là vùng mà bộ cộng hưởng gốm đạt hiệu suất cao nhất.

Tín hiệu điều chế được tạo ra bởi bộ dao động giãn đơn kết hợp điển hình từ bóng bán dẫn Q4. Điều này cung cấp một dạng sóng dốc phân kỳ ở 4 kHz.

Làm thế nào để thiết lập

Bắt đầu với RV1 ở điểm nửa chừng và RV2 được xác định cho đầu ra tối đa được quay hoàn toàn theo hướng ngược chiều kim đồng hồ.

Sử dụng đồng hồ vạn năng (nếu có), đặt RV2 thành điện áp DC tối thiểu của nó và nối nó qua R3 khi đầu dò âm được gắn vào đường cung cấp âm.

Bật nguồn của thiết bị và đặt đầu dò đối diện với tường hoặc bất kỳ bề mặt nhẵn nào cách xa khoảng 10 hoặc 20 cm.

Khi RV1 được kích hoạt, sẽ có số đọc hoặc chuyển động trên đồng hồ vạn năng, và sau đó RV1 được điều chỉnh để đạt mức đọc tối đa có thể.

Chúng tôi khuyên bạn nên sửa một dây dẫn qua SW1 khi quy định được thực hiện vì bộ tạo cảnh báo được tắt tiếng và đầu ra của nó không thể ảnh hưởng đến các phép đo.

Trong trường hợp không có đồng hồ vạn năng, RV1 có thể được điều chỉnh bằng cách sử dụng phương pháp thử và sai để phát hiện ra một giá trị phù hợp với toàn bộ bộ phận.

Mặc dù RV2 được bảo vệ tốt nhưng bộ phận báo động vẫn nhạy. Vị trí lắp đặt phải được quy hoạch tốt cho thiết bị. Vị trí tốt sẽ ở phía trên bàn làm việc của người điều hành một chút, nơi có nguy cơ hỏa hoạn cao nhất do có các dụng cụ điện và vật liệu hàn.

Một lợi thế khác của việc đặt thiết bị cao hơn là do không khí nóng sẽ bốc lên và dễ kích hoạt báo động hơn mà không có rủi ro về tín hiệu sai do những người chạy quanh phòng tạo ra.

Với một vài thử nghiệm, có thể đạt được vị trí thích hợp mà không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố con người và độ nhạy ổn định cho bộ tạo báo cháy.

Để kiểm tra tính hiệu quả của vị trí của thiết bị, một mỏ hàn đang hoạt động được đặt dưới và trước linh kiện.

Khi không khí hỗn loạn được tạo ra đầy đủ, nó sẽ kích hoạt báo động. Khi bật, mạch không được cung cấp năng lượng nhưng điều này có thể được phủ nhận ngay lập tức bằng cách đặt lại SW1.

Mạch báo cháy siêu âm không được thiết kế với công tắc tắt-mở nhưng sự hiện diện của bạn phía sau thiết bị phải được đảm bảo khi vận hành SW1. Không có rủi ro nếu bạn bỏ tay ra sau khi thực hiện chuyển đổi.