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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Capteur capacitif sans contact avec résonateur à quartz. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Technique de mesure Pour les capteurs capacitifs sans contact utilisés dans les dispositifs d'alarme antivol pour contrôler l'approche d'un objet dans une zone protégée, des générateurs d'impulsions rectangulaires sur des amplificateurs opérationnels, assemblés selon le schéma classique [1], sont souvent utilisés. Parmi les inconvénients de tels générateurs, il convient de noter tout d'abord la faible stabilité de la fréquence de l'auto-oscillateur définie par le circuit RC, ce qui entraîne le manque de fiabilité de l'appareil. Les tentatives d'augmentation de la sensibilité de l'appareil, comme indiqué dans cet article, provoquent des interférences ("flashs") ou des faux positifs dus aux interférences du réseau, ce qui provoque des faux positifs périodiques sans s'approcher du capteur d'objet ou, à l'inverse, un défaut de fonctionnement lorsqu'un objet s'approche le capteur. Ces défauts peuvent être éliminés si un résonateur à quartz est connecté en série avec le capteur capacitif, qui, étant excité à la fréquence de la résonance série, compense la composante réactive de la résistance complexe du capteur capacitif, facilitant la conversion des changements de la capacité électrique du capteur en résistance active [2] Un tel dispositif est appelé dielcomètre à quartz.
Dans le capteur de proximité décrit ci-dessous, assemblé selon le schéma de la Fig. 1, un résonateur à quartz sous vide disponible dans le commerce ZQ1 de résonance série à une fréquence fpe3 = 300 kHz est connecté en série avec le capteur capacitif Sd. Le résonateur a les paramètres électriques équivalents suivants : inductance - 21,7 H ; capacité - 0,013 pF; résistance - 90 Ohms; capacité interélectrode - 6,5 pF; facteur de qualité - environ 455000. Il convient de noter que la plupart des auto-oscillateurs fonctionnent à une fréquence qui ne coïncide pas avec la fréquence de résonance série du résonateur à quartz. Par exemple, un trois points capacitif bien connu est excité à une fréquence plus élevée. Cela conduit au fait que le facteur de qualité du résonateur diminue, réduisant la stabilité en fréquence de l'oscillateur.Le plus proche de la fréquence de résonance de la résonance série est fourni par l'oscillateur en pont, qui a donc une stabilité en fréquence maximale. Afin d'augmenter la sensibilité et la stabilité du détecteur de proximité capacitif sans contact, décrit en détail dans [1], il est conseillé d'utiliser un électromètre à quartz. Pour les expériences, un élément sensible (capteur) d'un diamètre de 60 mm, similaire à celui utilisé dans le dispositif mentionné dans [1], a été constitué de getinax recouvert d'une feuille. La capacité du capteur dans l'espace libre (sans objets rapprochés), mesurée par un dispositif haute fréquence E7-9, s'est avérée être de 2,51 pF. Avec un tel capteur et le résonateur à quartz ci-dessus, la résistance électrique équivalente du circuit série résonateur-capteur est de 1160 ohms. À l'approche du capteur de n'importe quel objet - les mains, par exemple, la capacité du capteur augmente et la résistance active équivalente du circuit diminue. Si la capacité est augmentée de 1 pF, la résistance électrique équivalente deviendra 732 ohms, c'est-à-dire qu'elle diminuera de 428 ohms. Ainsi, la sensibilité du dielcomètre à une variation de la capacité du capteur est de 428 Ohm/pF. En tant que convertisseur secondaire dans le compteur, un oscillateur en pont basé sur un transistor est utilisé, alimenté par une cellule galvanique avec une tension de 1,5 V. L'appareil se compose d'un pont de mesure, d'un amplificateur de tension sur un transistor VT1, d'un détecteur sur les diodes VD1, VD2 et d'un indicateur de proximité, qui est un microampèremètre RA1. Deux bras du pont de mesure sont représentés par des moitiés de l'enroulement L1 d'un transformateur haute fréquence. Le troisième bras - de mesure - est constitué d'un résonateur à quartz ZQ1 et d'un capteur capacitif SD1, et le quatrième - exemplaire - des résistances R1 et R2 . La tension de sortie du pont de mesure est connectée via le condensateur C1 à la base du transistor amplificateur VT1. L'enroulement L2 et le condensateur C3 forment un circuit oscillatoire parallèle, qui doit être réglé sur la fréquence de résonance série du résonateur à quartz de 300 kHz en sélectionnant le condensateur C3. À cette fréquence, le circuit a une résistance maximale, fournissant un gain maximal du transistor VT1 et favorisant l'excitation des oscillations à la fréquence fondamentale du résonateur à quartz. La tension de sortie amplifiée est envoyée à l'entrée du pont de mesure sous forme de signal OS, créant des conditions d'excitation des auto-oscillations à la fréquence de résonance série, et à l'entrée du détecteur réalisé sur les diodes VD1 et VD2 selon le doublage schème. A l'état initial (quand il n'y a pas d'objets dans la zone de sensibilité du capteur), il n'y a pas d'auto-oscillations et il n'y a pas de tension en sortie du détecteur, puisque la résistance du bras de mesure du pont est supérieure à la résistance de l'exemple, qui est fixée par la résistance d'accord R2. Si la résistance active des bras de mesure et d'exemple du pont est égale, il n'y a pas non plus d'auto-oscillations. L'approche d'un objet vers un capteur capacitif provoque une augmentation de sa capacité, et donc une diminution de la résistance équivalente. Lorsque la résistance du bras de mesure du pont devient inférieure à celle de l'exemple, des auto-oscillations se produiront, qui seront notées par le microampèremètre. La résistance d'ajustement R2 régule la sensibilité de l'appareil ou, en d'autres termes, définit la distance à un objet qui s'approche qui provoque des auto-oscillations. L'appareil peut fixer de manière fiable l'approche du capteur manuel à une distance de 10 cm (l'aiguille du microampèremètre dévie de 10 divisions). La sensibilité de l'appareil peut être augmentée en augmentant la taille du capteur, la tension d'alimentation, le rapport de transformation du transformateur haute fréquence, ainsi qu'en réduisant la résistance des résistances R3 et R4. Un microampèremètre M283K avec un courant de déviation maximum du pointeur de 100 μA (100 divisions) a été utilisé comme indicateur. Dans les expériences, la sensibilité a été réglée de telle sorte que lorsque la capacité du capteur changeait de 1 pF, le pointeur du microampèremètre déviait au maximum. correspondant à une variation de la résistance active équivalente du circuit résonateur-capteur de 1160 à 732 ohms soit 428 ohms (échelle linéaire).Ainsi, une division de l'échelle du microampèremètre M283K correspondait à une variation de résistance de 4,3 ohms et capacité de 0,01 pF. La sensibilité de l'appareil peut être augmentée jusqu'à 0,001 pF par division du microampèremètre. Cela exclut les interférences du réseau.
Avec une tension d'alimentation de 1 5 V, la consommation de courant est de 0,5 mA. Le transistor KT315B peut être remplacé par KT368B ou KT342B.Le transformateur haute fréquence est enroulé sur un anneau K 10x6x2 de ferrite M3000NM. Pour augmenter le facteur de qualité du circuit oscillant L2C3, un espace de 0,9 ... 1,1 mm de large est découpé dans l'anneau, comme illustré à la Fig. 2 à l'aide d'un disque abrasif utilisé en cabinet dentaire. L'écart facilite grandement l'enroulement des bobines du transformateur.L'enroulement L1 contient 50 tours avec une prise du milieu et L2 - 75 tours. Les deux sont fabriqués en vrac avec du fil PELSHO d'un diamètre de 0,15 mm Condensateurs - série céramique KM. Le condensateur C3 est sélectionné entre 750 et 900 pF pour fournir une fréquence de résonance de 300 kHz. littérature:
Auteurs : V. Savchenko, L. Gribova, Ivanovo ; Publication : radioradar.net
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