Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Электростатические датчики движения



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 разделе 6.3. Электрод 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.


262 Глава 6. Детекторы присутствия и движения объектов

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. Например, 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. Таким образом, статическое электриче­ство, являющееся обычным физическим явлением, можно использовать для фор­мирования переменных электрических сигналов для детектирования движения объектов.

Рис. 6.8. Однополярный электростатический детектор движения

На рис. 6.8 показан однополярный электростатический детектор движения. Он состоит из проводящего электрода, подключенного на вход аналогового пре­образователя импеданса, реализованного на основе МОП транзистора Q] рези­стора смещения R1 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 которого 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 R1 Для того чтобы схема обладала высокой чувствительностью, сопротивление резистора R1, должно быть очень боль­шим — порядка 1010 Ом и даже выше.



6.4. Электростатические датчики 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 R1 которое через разделитель­ный конденсатор попадает на усилитель и далее на вход оконного компаратора. Компаратор сравнивает пришедший сигнал с двумя пороговыми уровнями, как это показано 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. Следует 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

.


264Глава 6. Детекторы присутствия и движения объектов




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.