تكتشف دائرة إنذار الحريق بالموجات فوق الصوتية البسيطة الموضحة أدناه حالة خطر الحريق من خلال التقاط التغيرات في موجات الهواء المحيطة ، أو اضطراب الهواء. تضمن الحساسية العالية للدائرة أنه حتى أقل اضطراب هوائي ناتج عن اختلاف درجة الحرارة أو الحريق يتم الكشف عنه بسرعة ويتم إطلاق جهاز إنذار متصل.
ملخص
تستخدم مستشعرات الحريق التقليدية أنظمة متنوعة للتعرف على الحرائق ، وهي تأتي مع كل أنواع التعقيدات.
يستخدم نظام إنذار الحريق العادي أ جهاز استشعار درجة الحرارة لاستشعار التفاوت غير المعتاد في درجات الحرارة المرتفعة الناجم عن الحريق.
ليس من الأساسي أن يكون الجزء الإلكتروني فقط مثل ملف الثرمستور أو يتم استخدام جهاز درجة حرارة أشباه الموصلات ، ولكن يتم استخدام مادة بسيطة مثل رابط قابل للانصهار بدرجة حرارة منخفضة أو مفتاح درجة حرارة ثنائي المعدن.
على الرغم من أن بساطة هذه الأنواع من الإنذارات مفضلة ، إلا أن موثوقيتها مشكوك فيها لأن الاكتشاف يحدث فقط عندما يكون الحريق قد نضج بالفعل.
توجد أنظمة إنذار حريق أكثر تعقيدًا ، على سبيل المثال ، أجهزة كشف الدخان المزودة بجزء مميز من أشباه الموصلات يستشعر وجود جزيئات الدخان والغاز القابل للاحتراق والبخار.
بخلاف ذلك ، هناك الكتروضوئي أنظمة إنذار الحريق التي تنطلق عندما يسد دخان أي شكل أشعة الضوء الخاصة بها. تم نشر هذا النوع من أنظمة الكشف عن الحرائق على موقع Hobby Electronics.
كشف الحرارة عن طريق التحول الدوبلري
طريقة جديدة للكشف عن الحرائق باستخدام صوت فوق صوتي موصوفة في هذه المقالة. تحمل نفس مبادئ التشغيل المشهورة دوبلر التحول بالموجات فوق الصوتية الدخيل الإنذارات ، فإن نظام الكشف عن الحرائق هذا حساس للغاية للاضطرابات في الهواء ، بالإضافة إلى حركة الأجسام الصلبة.
تنتج الحرارة الناتجة عن حريق كهربائي اضطرابات هائلة وتطلق الإنذار. في كثير من الأحيان ، تنطلق إنذارات كاذبة بسبب الاضطراب. نتيجة لذلك ، يعد هذا النوع من إنذار الحريق مثاليًا للمنزل على الرغم من أن الأشخاص الذين يعيشون فيه لن يقدرونه في كثير من الأحيان.
كيف يحدث التمييز السليم
أحد عيوب استخدام جهاز الإنذار ضد السرقة Doppler Shift كإنذار حريق هو منطقة الكشف الضخمة التي توفرها هذه الوحدة. بطريقة ما ، تبين أن هذا نعمة لأن الاكتشاف السريع يصبح ممكنًا على الرغم من اندلاع حريق في زاوية صغيرة من منطقة الكشف.
المبدأ القياسي لأجهزة إنذار الحريق التقليدية هو اكتشاف الحرائق مع تجاهل الأشخاص الذين يتدافعون حول الغرفة. هذا أمر بالغ الأهمية لأن نظام الإنذار مضبوط على العمل حتى يتم تنشيطه.
فشل إنذار تحول دوبلر بالموجات فوق الصوتية النموذجية في التمييز بين الناس والاضطراب. لذلك ، من المنطقي أن يستخدم نظام إنذار الحريق دائرة تحكم منطقة صغيرة من التشغيل.
يمكن وضع وحدة الإنذار في مكان في الغرفة تكون فيه حركة الإنسان ضئيلة ، ولكن لا تزال قادرة على تحديد الاضطرابات الناتجة عن الحريق بسرعة.
نظام العمل
تم تجهيز إنذار الموجات فوق الصوتية الأساسي بدائرتين مستقلتين متصلتين عبر نفس مصدر الطاقة.
تعمل الدائرة الإلكترونية الأبسط على جهاز إرسال يرسل ترددات صوتية موحدة إلى جهاز الاستقبال ، وهو الدائرة الأكثر تعقيدًا.
يظهر مخطط كتلة إنذار الحريق في الشكل 1.
كما هو موضح ، تعمل دائرة الإرسال على إنتاج صوت فوق صوتي باستخدام مذبذب وتغذي الإشارة من خلال مكبر الصوت.
يتم تحويل الإشارة الكهربائية إلى موجات صوتية بواسطة السماعة ، لكن لا يمكن للبشر سماعها لأنهم يرتفعون فوق نطاق السمع.
لا تعمل مكبرات الصوت الشائعة بشكل جيد في الترددات فوق الصوتية بسبب النوع الكهرضغطية من محول الطاقة المرسل.
عادة ، يتم تضمين وسيط مستوى الإخراج بحيث يمكن مواءمة حساسية الدائرة مع المستوى الصحيح.
المتلقي
يكتشف الميكروفون في جهاز الاستقبال الموجات الصوتية من جهاز الإرسال ويحولها إلى إشارات كهربائية.
مرة أخرى ، أ محول طاقة كهرضغطية متخصص يتم استخدامه على ميكروفون الاستقبال لأن الميكروفونات العادية غير مناسبة للعمل على ترددات عالية خاصة بالموجات فوق الصوتية.
تسبب حالة المناورة الشديدة للصوت بالموجات فوق الصوتية مشاكل في الكشف بين الميكروفون ومكبر الصوت في حالة تثبيت كلا الجهازين بجوار بعضهما البعض تقريبًا.
في المواقف العملية ، تكون الإشارات الملتقطة انعكاسات من الجدران أو الأثاث في الغرفة.
علاوة على ذلك ، يكون خرج الميكروفون منخفضًا نسبيًا ويبلغ عادةً حوالي 1 مللي فولت RMS. لذلك ، تم دمج مكبر للصوت لتحسين الإشارة إلى مستوى العمل.
عادة ، يتم استخدام مرحلتين عاليتي الكسب من التضخيم على الأقل في جهاز إنذار ضد السرقة بالموجات فوق الصوتية. ومع ذلك ، نظرًا لأن نظام إنذار الحريق الذي تمت مناقشته يتطلب حساسية أقل ، فإن مرحلة واحدة من التضخيم أكثر ملاءمة.
كاشف
القسم التالي من الدائرة هو كاشف تعديل السعة. في حالة عملية ، تكون الإشارة المكتشفة عبارة عن موجة خرج 40 كيلو هرتز مباشرة من جهاز الإرسال.
يتم جمع هذه الإشارة باستخدام مسارات مختلفة ومقسمة بشكل تعسفي. ولكن يتم الحفاظ على كل من اتساع الإشارة وعلاقات الطور الخاصة بها دون أي تغيير. وبالتالي ، لا ينتج عن مولد السعة في حالات الاستعداد.
كلما كانت هناك حركة أمام الكاشف أو كان الهواء مضطربًا ، يتغير السيناريو بأكمله.
ذائع الصيت التحول دوبلر يأخذ الشحنة وينتج تأرجحًا تردديًا على الإشارات التي تنعكس من الجسم المتحرك أو الاضطراب في الهواء.
يتم جمع جزء من الإشارة المرسلة إما بشكل مباشر أو باستخدام عناصر ثابتة عبر الهواء المقاوم للاضطراب.
بعد ذلك ، يتم توجيه ترددين أو أكثر إلى مزيل تشكيل الاتساع. في هذه المرحلة ، تكون علاقة الطور خارج نطاق التنظيم لأن الإشارات لها ترددات متغيرة.
الموجات فوق الصوتية
عند النظر إلى مخطط شكل الموجة في الشكل 2 أدناه ، تخيل أن شكل الموجة العلوي هو الإشارة المعيارية 40 كيلو هرتز وأن شكل الموجة السفلي هو الإشارة التي تم تغيير التردد. في البداية ، تكون الإشارات في الطور أو تزيد وتنقص بشكل متجانس في الحجم مع الحفاظ على نفس القطبية.
يتم تلخيص الإشارات في الطور داخل مزيل التشكيل لتوليد إشارة خرج ضخمة. بعد ذلك ، خلال تسلسل شكل الموجة ، يدخلون منطقة الطور المضاد.
هذا يعني أن الإشارات لا تزال تزيد وتقل من اتساعها بشكل موحد ولكن لها الآن أقطاب معاكسة.
نتيجة لذلك ، ينتج مزيل التشكيل إشارة خرج ضعيفة حيث تلغي الإشارتان الأخريان بعضهما البعض. ولكن في النهاية ، تقفز الإشارات مرة أخرى لتكون في الطور وتحرر ناتجًا قويًا من مزيل التشكيل.
في اللحظة التي يتم فيها تنشيط الدائرة ، يتم قياس مستوى الإخراج المتغير من مزيل التشكيل.
تردد إشارة الخرج هو نفسه التباين بين إشارات الإدخال المزدوجة.
يُرى هذا عادةً على تردد صوتي منخفض أو تردد دون سرعة الصوت. بدون شك ، يتم التقاط الإشارة من الخرج دون عناء بعد أن يعززها مكبر الصوت عالي الكسب.
مولد الإنذار
بمجرد تضخيم الإشارة ، يتم استخدامها للتحكم في دائرة مزلاج قياسية والتي بمجرد تنشيطها ، يستمر الإنذار في الوميض حتى يتم إعادة ضبط النظام. يتم التحكم في عملية الإغلاق بواسطة ترانزستور تبديل يربط جهد التحكم بدائرة كشف الإنذار.
تم تصميم مولد الإنذار باستخدام مذبذب متحكم في الجهد (VCO) يتم الإشراف عليه بواسطة مذبذب منخفض التردد.
يتم إنتاج شكل الموجة المنحدرة بواسطة مذبذب التردد المنخفض وسيزداد الناتج من VCO تدريجياً في التردد حتى ذروة الملعب.
بعد ذلك ، ستعود الإشارة إلى الحد الأدنى من درجة الصوت وتزيد التردد تدريجياً مرة أخرى. تستمر هذه العملية الدورية وتوفر إشارة إنذار فعالة.
كيف تعمل الدائرة
الرسم البياني الكامل لنظام الكشف عن الحرائق بالموجات فوق الصوتية أو جهاز الاستقبال ، موضح في الشكل أدناه.
دائرة الاستقبال : الخطوط المنقطة تنضم إلى قضبان الإمداد الخاصة بدائرة النقل أدناه
دائرة الإرسال
تم تصميم جهاز الإرسال باستخدام جهاز توقيت 7555 ، IC1. مكون CMOS هذا هو نوع الطاقة المنخفضة لمؤقت 555.
بالنسبة لهذا النوع من مولدات الإنذار ، يعتبر 7555 مثاليًا مقارنة بـ 555 لأن إجمالي استهلاك الطاقة للدائرة يتم الحفاظ عليه عند حوالي 1 مللي أمبير أو أقل ، مما يساهم في الاستخدام الفعال لطاقة البطارية.
علاوة على ذلك ، يتم استخدام 7555 IC بطريقة تذبذب نموذجية حيث يتم اختيار أجزاء التوقيت R13 و RV1 و C7 خصيصًا لتوليد تردد 40 كيلو هرتز.
يتم تنظيم الإعداد المسبق لتوليد تردد الخرج الذي يوفر كفاءة مثالية من دارات الاستقبال والإرسال. يتم تحديد الإعداد المسبق على أنه RV2 في مخطط الدائرة.
المتلقي
X1 هو مستشعر التقاط الإشارة في دائرة المستقبِل ، ويتم توصيل خرجه بمدخل مضخم باعث مشترك مصمم حول Q1.
في هذا المنعطف ، يتم الحفاظ على تيار مجمع منخفض يبلغ حوالي 0.1 أمبير لضمان انخفاض استهلاك الطاقة للجزء بأكمله.
عادة ، قد يعتقد المرء أن هذا يسبب ربحًا أقل من مكبر للصوت من هذا النوع ، ولكن بشكل عام ، هذا أكثر من كافٍ للعملية الحالية.
يجمع Capacitor C2 بين الإخراج المحسن من Q1 إلى مزيل التشكيل AM المعتاد من خلال استخدام D1 و D2 و R3 و C3.
في وقت لاحق ، يتم زيادة إشارة التردد المنخفض اللاحقة باستخدام مضخم باعث مشترك ثانٍ موجود في Q2.
يتم استخدام مؤقت IC1 آخر كمزلاج. على عكس الممارسة العادية ، يتم استخدام المؤقت IC1 في النهج الأحادي الذي يوفر نبضة خرج موجبة إذا تم تقليل الدبوس 2 بنسبة 33٪ من جهد الإمداد.
عادة ، يتم تنظيم عرض النبضة الناتجة عن طريق زوج من مقاومات التوقيت ومكثف ، ولكن هذه الدائرة بدون هذه المكونات.
بدلاً من ذلك ، يتم ربط المسامير 6 و 7 من IC1 بسكة الإمداد ناقص. عند التنشيط ، يتم تشغيل إخراج IC1 والاستمرار في البقاء في تلك الحالة ، مما يسمح بإجراء الإغلاق.
من مجمع الترانزستور Q2 ، يتم توصيل دبوس 2 من IC1 وتنظيمه ليساوي نصف جهد الإمداد.
وبالتالي ، في ظل ظروف الاستعداد ، لا يتم تنشيط IC1. في اللحظة التي تبدأ فيها الوحدة ، يتأرجح جهد المجمع عند Q2.
علاوة على ذلك ، خلال نصف الدورات السلبية ، يصبح أقل من جهد عتبة الزناد. باستخدام مفتاح التشغيل SW1 وإدخال إعادة ضبط جهد إمداد IC1 إلى 0V ، يمكن إعادة ضبط الدائرة الكاملة.
المكون الذي يتم استخدامه لتوجيه الطاقة إلى دائرة الإنذار عند تنشيط IC1 هو الترانزستور Q3. لأسباب تتعلق بالسلامة ، يعمل R8 كمقاوم مقيد حالي.
إشارة إنذار
IC2 هي الشريحة الأخيرة ، وهي حلقة CMOS 4046BE مغلقة الطور. ومع ذلك ، في هذا التصميم ، يعتبر جزء VCO فقط أمرًا بالغ الأهمية. يتم استخدام مقارن الطور بشكل مناسب ولكن فقط كعاكس لدائرة الإنذار.
ينتج عن انعكاس خرج VCO خرج ثنائي الطور والذي يسمح لمرنان السيراميك LS1 باستقبال جهد من الذروة إلى الذروة يساوي ضعف جهد الإمداد.
نتيجة لذلك ، يتم إصدار إشارة إنذار صاخبة. إذا لزم الأمر ، يمكن تحسين الإخراج من السن 4 في IC2 واستخدامه لتنشيط مكبر الصوت القياسي. يعمل مكثف C6 والمقاوم R12 كأجزاء توقيت لـ VCO. توفر المكونات الإلكترونية تردد خرج ثابتًا حول 2 كيلو هرتز وهي المنطقة التي يصل فيها مرنان السيراميك إلى ذروة الكفاءة.
يتم إنتاج إشارة التعديل بواسطة مذبذب استرخاء نموذجي أحادي التوصيل من الترانزستور Q4. يوفر هذا شكل موجة منحدر متباين عند 4 كيلو هرتز.
كيفيه التنصيب
ابدأ بـ RV1 في نقطة المنتصف وحدد RV2 للحصول على أقصى خرج يتم تدويره بالكامل في اتجاه عكس عقارب الساعة.
باستخدام مقياس متعدد (إذا كان متاحًا) ، اضبط RV2 على الحد الأدنى من جهد التيار المستمر وانضم إليه عبر R3 حيث يتم توصيل المسبار السالب بخط الإمداد السالب.
شغّل طاقة الوحدة وضع المحولات في مواجهة الحائط أو أي سطح أملس على بعد حوالي 10 أو 20 سم.
عندما يتم تشغيل RV1 ، ستكون هناك قراءة أو حركة على المتر المتعدد ، ثم يتم تنسيق RV1 للوصول إلى أقصى قراءة ممكنة.
يوصى بشدة بإصلاح موصل عبر SW1 عند إجراء التنظيم لأن مولد الإنذار يكون صامتًا ، ولا يمكن أن يؤثر ناتجه على القياسات.
في حالة عدم توفر مقياس متعدد ، يمكن ضبط RV1 من خلال استخدام نهج التجربة والخطأ لاكتشاف القيمة التي تعمل مع الجزء بأكمله.
على الرغم من حماية RV2 جيدًا ، إلا أن وحدة الإنذار لا تزال حساسة. يجب أن يكون موقع التركيب مخططًا جيدًا للوحدة. قد تكون البقعة الجيدة أعلى قليلاً من طاولة عمل المشغل حيث توجد أعلى مخاطر نشوب حريق بسبب الأدوات الكهربائية ومواد اللحام.
ميزة أخرى لوضع الوحدة أعلى هي أن الهواء الساخن سيرتفع ويسهل إطلاق الإنذار بدون مخاطر الإشارات الخاطئة التي ينشئها الأشخاص الذين يركضون في الغرفة.
مع عدد قليل من التجارب ، يمكن تحقيق وضع مناسب دون عواقب من العوامل البشرية وحساسية مستقرة لمولد إنذار الحريق.
لاختبار فعالية موضع الوحدة ، يتم وضع مكواة لحام عاملة أسفل المكون وأمامه.
عندما يتم إنتاج هواء مضطرب كافٍ ، يجب أن ينشط الإنذار. عند التبديل ، لا يتم تنشيط الدائرة ولكن يمكن إبطال ذلك على الفور عن طريق إعادة ضبط SW1.
دائرة إنذار الحريق بالموجات فوق الصوتية ليست مصممة بمفتاح التأخير ولكن يجب ضمان وجودك خلف الوحدة عند تشغيل SW1. لا يوجد خطر إذا رفعت يدك بعد تعشيق المفتاح.
قائمة الاجزاء
تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور وتخطيط المسار
صورة النموذج الأولي
السابق: Series 2S، 5S Li-Ion Cell Charger باستخدام BQ7718 في المادة التالية: دائرة إنذار استشعار طنين الجسم
