Характеристика емкостных охранных устройств
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
к размер тела, материал одежды, тип окружающих объектов, погода и т.д. обычно он лежит в диапазоне от нескольких пФ до нескольких нФ. При движении человека величины этих емкостей меняются, что дает возможность отличить движущиеся объекты от статических. На самом деле все объекты связаны друг с другом некоторыми емкостными связями. И если эти связи в какой-либо зоне зафиксировать, появление любого нового объекта в окрестности этой зоны приведет к нарушению установившихся связей. На рисунке 1.1 показано, что первоначально емкость между тестовой пластиной и землей (здесь, под словом "земля" подразумевается любой большой объект, такой, как земля, озеро, автомобиль, корабль, самолет и т.д.) равна . При вторжении человека в окрестность этой пластины формируются два дополнительных конденсатора: - между пластиной и телом и - между телом и землей. Поэтому суммарная емкость между пластиной и землей увеличится на величину :
(1.1)
Это изменение емкости может быть зафиксировано при помощи соответствующей аппаратуры и использоваться для детектирования присутствия людей в охраняемой зоне.
Рисунок 2.1. Человек вносит дополнительную емкость в схему детектора
На рисунке 1.2 показана емкостная охранная система для автомобиля. Чувствительный элемент вмонтирован в сидение автомобиля. Он может быть изготовлен в виде металлической пластины или сетки, электропроводной ткани и т.д. Чувствительный элемент формирует одну из пластин конденсатора . Второй пластиной этого конденсатора может быть либо корпус автомобиля, либо отдельная пластина, расположенная под ковриком на полу. В качестве эталонного конденсатора используется либо постоянный, либо переменный конденсатор. Его необходимо размещать недалеко от сидения. Эталонный и чувствительный конденсаторы подключаются к соответствующим входам детектора зарядов (через резисторы и ). Для уменьшения паразитных наводок соединительные провода следует скручивать. Дифференциальный детектор зарядов управляется генератором прямоугольных импульсов (рисунок 1.3). Когда на сидении никто не сидит, эталонный конденсатор устанавливается приблизительно равным конденсатору . Резисторы и соответствующие конденсаторы определяют постоянные времени двух цепей. В исходном состоянии обе цепи имеют одинаковые постоянные времени, равные . Напряжения с резисторов подаются на ходы ОУ, выходной сигнал которого практически равен нулю. Небольшие пики на выходном сигнале свидетельствуют о некотором разбалансе схемы. Когда человек садится на сидение, его тело формирует дополнительную емкость параллельно , что приводит к увеличению постоянной времени цепи от до . Это сказывается на увеличении амплитуды пиков на выходе ОУ. Компаратор сравнивает с эталонным уровнем напряжения . Когда становится больше , компаратор посылает сигнал на логическое устройство, вырабатывающее сигнал тревоги V, свидетельствующий о том, что в машине кто-то находится. Следует отметить, что емкостной детектор является активным устройством, поскольку для его работы необходим сигнал генератора.
Рисунок 2.2. Емкостной детектор для охраны автомобиля
Рисунок 2.3. Временные диаграммы работы емкостного датчика
Когда емкостной датчик присутствия используется рядом или на металлических устройствах, его чувствительность может быть несколько снижена из-за паразитных емкостных связей между электродом и металлическими частями. Эффективный способ борьбы с паразитными емкостями - применение экранов. На рисунке 1.4А показан робот с металлической рукой. Рука движется рядом с людьми и другими потенциально проводящими объектами и может с ними столкнуться, если управляющий компьютер робота не получит информацию о близости руки с препятствием. При приближении любого объекта к руке робота формируется емкостная связь между ним и рукой, равная . Рука робота покрыта электрически изолированной проводящей оболочкой, называемой электродом. На рис. 1.1 показано, как можно при помощи детектирования емкостной связи определять присутствие людей в окрестности датчика. Однако массивная металлическая рука робота (рисунок 1.4Б) имеет гораздо более сильную емкостную связь с электродом, чем образуемая связь между электродом и объектом. Элегантное решение этой проблемы - размещение между электродом и рукой робота промежуточного экрана (рисунок 1.4В) (этот принцип был предложен М. С. Катоу из Palnning Reseach Corporation при создании робота для NASA`s Jet Propulsion Laboratory). Роль датчика приближения здесь выполняет многослойное покрытие руки робота, в котором нижний слой является диэлектриком, после него идет большой токопроводящий экран, а верхний слой представляет собой узкую пластину электрода. Для уменьшения емкостной связи между электродом и рукой робота, потенциал экран должен быть равен потенциалу электрода, следовательно, на экран надо подавать напряжение, равное напряжению электрода (поэтому такой экран часто называется управляемым экраном). При выполнении этого условия между экраном и электродом не будет никакого электрического поля, а между экраном и рукой робота возникнет сильное электрическое поле. При этом между электродом и объектом также формируется достаточно сильное электрическое поле. На рисунке 1.5 показана упрощенная схема генератора прямоугольных импульсов, частота которых зависит от значений входной емкости, состоящей из следующих емкостей: (между датчиком и землей) и (между объектом и землей). Электрод соединен с экраном че?/p>