|
|
|
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ ДВИЖЕНИЯЭлектрод может быть выполнен в форме проводящей пластины, надежно изолированной от земли. Между электродом и окружающими объектами всегда устанавливается электрическое поле, если хотя бы один из них является носителем зарядов. Другими словами, все распределенные конденсаторы, сформированные между электродом и соседними объектами, заряжаются статическими или слабо меняющимися электрическими полями. Когда вблизи электрода нет движущихся объектов электрическое поле там либо стационарно, либо меняется сравнительно медленно. Если носитель заряда (человек или животное) меняет свое положение (удаляется или в окрестности электрода появляется новый объект — носитель заряда), статическое электрическое поле нарушается. Это приводит к перераспределению зарядов между переходными конденсаторами, включая те, которые сформированы между входным электродом и окружающими объектами. Величина зарядов на поверхности объектов зависит от их природы и атмосферных условий. к примеру, человек в сухой одежде, идущий по ковру, переносит в миллион раз больший заряд, чем человек в мокрой одежде, вошедший в помещение после дождя. Электронная схема должна быть адаптирована под конкретные условия, в которых ей предстоит работать. Другими словами, предназначение данной системы заключается в преобразовании переменных индуцированных зарядов на входах в электрические сигналы, которые далее усиливаются и поступают в устройства обработки данных. Любой объект может накапливать на своей поверхности статическое электричество. Заряды на поверхности появляются вследствие электростатических явлений (т.е. процессов выделения зарядов при движении объектов, при трении тканей друг об друга, из-за турбулентности воздуха и атмосферного электричества и т.д) (см. раздел 3.1 главы 3). Обычно в воздухе находятся либо положительные, либо отрицательные ионы, которые при попадании на тело человека меняют его заряд. В идеальных статических условиях все объекты не заряжены, их объемные заряды равны нулю. Однако в реальных условиях в любом объекте, изолированном хотя бы временно от земли, может возникнуть разбаланс объемного заряда. Другими словами, он становится носителем электрических зарядов. Любая электронная схема представляет собой набор проводников и диэлектриков. Если схема неэкранирована, все ее компоненты имеют емкостные связи с окружающими объектами. На практике переходные емкости могут быть очень малы — порядка 1 пФ и даже меньше. Для увеличения связи схемы с окружающими объектами на ее вход иногда ставят чувствительный электрод, напоминающий электрод, используемый в емкостных детекторах, рассмотренных в сайте 6.3. Таким образом, статическое электричество, являющееся обычным физическим явлением, можно использовать для формирования переменных электрических сигналов для детектирования движения объектов. На рис. 6.8 отображен однополярный электростатический детектор движения. Он состоит из проводящего электрода, подключенного на вход аналогового преобразователя импеданса, реализованного на основе МОП транзистора Q] резистора смещения Rv входного конденсатора С0, усилителя и оконного компаратора [4]. Вся схема кроме электрода, как правило, экранируется. Электрод же подвержен воздействию окружающей среды и образует с внешними объектами емкостные связи, которые можно выразить в виде конденсатора С . На рис. 6.8 источником статического электричества выступает человеческое тело, на поверхности того распределены положительные заряды. Будучи носителем зарядов, тело формирует электрическое поле с напряженностью Е. Это поле индуцирует на электроде отрицательные заряды. В стационарных условиях, когда человек находится без движения, напряженность поля остается постоянной, а входная емкость С0 разряжается через резистор Rv Для того чтобы схема обладала высокой чувствительностью, сопротивление резистора R, должно быть очень крупным — порядка 1010 Ом и даже выше.
Рис. 6.8. Однополярный электростатический детектор движения
При движении человека напряженность электрического поля
меняется. Это приводит к появлению на входном конденсаторе С0 электрического
заряда, что сказывается на величине напряжения на резисторе /?,, то через
разделительный конденсатор попадает на усилитель и далее на вход оконного
компаратора. Компаратор сравнивает пришедший сигнал с двумя пороговыми уровнями,
как это отображено на временных диаграммах (рис. 6.9Б). Один пороговый уровень
обычно выше базовой линии статического сигнала, а другой — ниже. При движении
человека сигнал на входе компаратора отклоняется либо вверх, либо вниз,
пересекая один из пороговых уровней. Выходной сигнал компаратора представляет
собой серию прямоугольных импульсов, которая может быть подана в устройство
обработки данных. рекомендуется отметить, что в отличие от емкостных детекторов
движения, являющихся активными устройствами, электростатические датчики
относятся к пассивным схемам.
Существует несколько источников помех, которые могут
привести к ложным срабатываниям электростатических детекторов: 60 или 50-ти
герцовые сетевые наводки, электромагнитные поля от радиостанций, силовые
электрические установки, молнии и т.д. Большинство перечисленных помех
формирует вокруг детектора довольно равномерные электрические поля, которые
могут быть скомпенсированы при использовании схемы с симметричными входами и
высоким КОСС.
Рис. 6.9. Принципиальная схема оптоэлектронного датчика
движения. Линза формирует изображение движущегося объекта (грабителя). Когда
изображение пересекает оптическую ось датчика, оно попадает на чувствительный
элемент (А). При этом на выходе светочувственного элемента вырабатывается
соответствующий сигнал, который усиливается и попадает на оконный компаратор
(Б)
.
Информация исключительно в ознакомительных целях. При использовании материалов этого сайта ссылка обязательна.Правообладатели статей являются их правообладателями. |
По вопросам размещения статей пишите на email:
|
