以下に説明する簡単な超音波火災警報回路は、周囲の電波の変化や乱気流を検出することで、火災の危険性を検出します。回路の高感度により、温度差や火災によるわずかな乱気流でも迅速に検出され、付属の警報装置が鳴ります。

概要概要

従来の火災センサーは、さまざまなシステムを利用して火災を識別し、さまざまな複雑さを伴います。

通常の火災警報システムは、温度センサー火災による異常な高温変動を感知します。

“12ボルトの太陽電池充電器回路 ”

のような電子部品だけがサーミスタまたは半導体温度デバイスが使用されますが、低温可融性リンクやバイメタル温度スイッチなどの単純な材料です。

このようなアラームタイプは単純であることが望ましいですが、火災がすでに成熟した場合にのみ検出が行われるため、信頼性には疑問があります。

より複雑な火災警報システムが存在します。たとえば、煙の粒子、可燃性ガス、および蒸気の存在を感知する別個の半導体部品を備えた煙探知器です。

それ以外にあります光電子あらゆる形態の煙が光線を遮るとトリガーされる火災警報システム。このようなタイプの火災検知システムは、ホビーエレクトロニクスに掲載されました。

ドップラーシフトを使用した熱検出

を使用した火災検知の新しい方法超音波音この記事で説明されています。有名なものと同じ動作原理を持っているドップラーシフト超音波侵入者アラーム、この火災検知システムは、固体の物体の動きに加えて、空気中の乱気流に非常に敏感です。

電気火災からの熱は、巨大な乱気流を生成し、アラームをトリガーします。多くの場合、乱気流のために誤警報が鳴ります。結果として、このタイプの火災警報器は、そこに住む人々がしばしばそれを評価しないであろうとしても、家に最適です。

健全な差別がどのように起こるか

ドップラーシフト盗難警報器を火災警報器として使用することの1つの欠点は、このユニットが提供する大規模な検出領域です。どういうわけか、ここでは、検出領域の小さな隅で火災が発生しても迅速な検出が可能になるため、これは恩恵であることがわかります。

従来の火災警報器の標準的な原理は、部屋の周りをスクランブルしている人々を無視しながら火災を検出することです。警報システムは作動するまで作動するように設定されているため、これは非常に重要です。

典型的な超音波ドップラーシフトアラームは、人と乱気流を区別できません。したがって、火災警報システムでは、小さな動作領域を制御する回路を使用する方が理にかなっています。

警報ユニットは、人の動きが最小限である部屋の場所に配置することができますが、それでも、火災に起因する乱気流を迅速に識別することができます。

システムの動作

基本的な超音波アラームは、同じ電源を介して接続された2つの独立した回路を備えています。

より単純な電子回路は、より複雑な回路である受信機に均一な音の周波数を放出する送信機として機能します。

火災警報器のブロック図を図1に示します。

説明したように、送信機回路は、発振器を使用して超音波音を生成し、スピーカーを介して信号を供給するように機能します。

電気信号はスピーカーによって音波に変換されますが、人間は聴力範囲より上にあるため、それらを聞くことはできません。

一般的なサウンドアンプは、圧電タイプの送信トランスデューサーのため、超音波周波数ではうまく機能しません。

通常、回路の感度を適切なレベルに調整できるように、出力レベル減速材が含まれています。

レシーバー

受信機のマイクが送信機からの音波を検出し、それらを電気信号に変換します。

もう一度、特殊な圧電トランスデューサ通常のマイクは高い周波数、特に超音波周波数での動作には適していないため、受信マイクで使用されます。

超音波の非常に操作的な状態は、両方のデバイスがほぼ隣接して設置されている場合、マイクとスピーカーの間で検出の問題を引き起こします。

実際の状況では、キャプチャされた信号は部屋の壁や家具からの反射です。

さらに、マイクからの出力は比較的低く、通常は約1 mVRMSです。そのため、信号を動作レベルに高めるために増幅器が組み込まれています。

通常、超音波盗難警報では、少なくとも2つの高利得段階の増幅が使用されます。ただし、説明した火災警報システムは感度が低いため、単一段階の増幅が適しています。

検出器

回路の次のセクションは、振幅変調検出器です。実際の状況では、検出される信号は送信機からの直接40kHzの出力波です。

この信号は、さまざまなパスを使用して収集され、任意のフェーズになります。ただし、信号の振幅とその位相関係はどちらも変更なしで保持されます。したがって、準備完了状態では、振幅ジェネレータから出力は生成されません。

検出器の前で動きがある場合、または空気が乱れている場合は常に、シナリオ全体が変化します。

有名なドップラーシフト電荷を取り、空気中の運動または無秩序な物体から反射される信号に周波数スイングを生成します。

通信された信号の一部は、直接、または乱気流に強い空中の静止アイテムを使用して収集されます。

その後、2つ以上の周波数が振幅復調器に送られます。この段階では、信号の周波数が変化するため、位相関係は規制を超えています。

超音波波形

下の図2の波形図を見るとき、上の波形が標準の40 kHz信号であり、下の波形が周波数変更された信号であると想像してください。最初は、信号は同相であるか、同じ極性を維持しながらスケールが均一に増減します。

同相信号は復調器内で合計され、巨大な出力信号を生成します。その後、波形シーケンス中に、それらは逆位相ゾーンに入ります。

これは、信号の振幅が均一に増減しますが、極性が逆になっていることを意味します。

その結果、他の2つの信号が互いに打ち消し合うため、復調器は弱い出力信号を生成します。しかし、最終的には、信号はジャンプして同相に戻り、復調器から頑丈な出力を解放します。

回路がアクティブになるとすぐに、復調器からの出力レベルの変化が測定されます。

出力信号の周波数は、二重入力信号間の分散と同じです。

これは通常、低可聴周波数または亜音速周波数で見られます。間違いなく、出力からの信号は、高ゲインアンプがそれを強化した後、楽にキャプチャされます。

アラームジェネレータ

信号が増幅されると、標準のラッチ回路を制御するために使用されます。この回路がアクティブになると、システムがリセットされるまでアラームが鳴り続けます。ラッチ動作は、制御電圧をアラーム検出回路にリンクするスイッチングトランジスタによって制御されます。

アラームジェネレータは、低周波発振器によってモデレートされる電圧制御発振器（VCO）を使用して構築されています。

ランプ波形は低周波発振器によって生成され、VCOからの出力はピークピッチまで周波数が徐々に増加します。

その後、信号は最小ピッチに戻り、周波数が再び徐々に増加します。この周期的なプロセスは継続し、効率的なアラーム信号を提供します。

回路のしくみ

超音波火災検知システムまたは受信機の完全な回路図を次の図に示します。

受信回路 ：点線は下のトランミッター回路の電源レールとつながっています

送信機回路

送信機は、7555タイマーデバイスIC1を使用して構築されています。このCMOSコンポーネントは、555タイマーの低電力タイプです。

このタイプの警報発生器の場合、回路の総消費電力が約1mA以下に維持され、バッテリー電力の効率的な使用に寄与するため、5555は555と比較して理想的です。

さらに、7555 ICは、タイミング部分R13、RV1、およびC7が40 kHzの周波数を生成するように特別に選択される、一般的な発振方法で使用されます。

プリセットは、受信回路と送信回路から理想的な効率を提供する出力周波数を生成するように調整されています。プリセットは、回路図でRV2として識別されます。

レシーバー

X1は受信回路の信号捕捉センサーであり、その出力はQ1を中心に設計されたエミッタ接地増幅器の入力に接続されています。

この時点で、約0.1 Aの低いコレクタ電流が維持され、部品全体の消費電力が低く抑えられます。

通常、これによりこの種のアンプからのゲインは少なくなると思われますが、全体として、既存の操作には十分すぎるほどです。

コンデンサC2は、D1、D2、R3、およびC3を使用することにより、Q1からの拡張出力を通常のAM復調器に結合します。

その後、結果として生じる低周波信号は、Q2にある2番目のエミッタ接地増幅器を使用してランプされます。

別のIC1タイマーがラッチとして使用されます。通常の方法とは異なり、タイマーIC1は、ピン2が電源電圧から33％減少した場合に、正の出力パルスを提供する単安定アプローチで使用されます。

通常、出力パルス幅はタイミング抵抗とコンデンサのペアによって調整されますが、この回路にはこれらのコンポーネントがありません。

代わりに、IC1のピン6と7はマイナス電源レールにリンクされています。起動すると、IC1の出力がオンになり、その状態が継続され、ラッチ動作が可能になります。

トランジスタQ2のコレクタから、IC1のピン2が接続され、電源電圧の半分に等しくなるように調整されます。

したがって、スタンバイ状態では、IC1はアクティブ化されません。ユニットが起動した瞬間、Q2のコレクタ電圧が発振します。

さらに、負の半サイクルの間、それはトリガーしきい値電圧より低くなります。操作スイッチSW1とIC1の0V電源電圧へのリセット入力を使用して、回路全体をリセットできます。

IC1がアクティブになったときにアラーム回路に電力を送るために使用されるコンポーネントはトランジスタQ3です。安全上の理由から、R8は電流制限抵抗として機能します。

警報信号

IC2は最後のチップであり、CMOS4046BEフェーズロックループです。ただし、この設計では、VCO部分のみが重要です。位相比較器は適切に使用されますが、アラーム回路へのインバータとしてのみ使用されます。

VCOの出力を反転すると、セラミック共振子LS1が電源電圧の2倍のピークツーピーク電圧を受信できるようにする2相出力が得られます。

その結果、悲鳴を上げる警報信号が生成されます。必要に応じて、IC2のピン4からの出力を拡張して利用し、標準のスピーカーに電力を供給することができます。コンデンサC6と抵抗R12は、VCOのタイミング部品として機能します。電子部品は、セラミック共振子がピーク効率に達するゾーンである2kHz付近で安定した出力周波数を提供します。

変調信号は、トランジスタQ4からの典型的なユニジャンクション緩和発振器によって生成されます。これにより、4kHzで発散ランプ波形が得られます。