Прибор сигнализирующий емкостной что это

Емкостные извещатели охранной сигнализации

Емкостные извещатели охранной сигнализации. Виды. Принцип действия. Условное обозначение. Особенности применения.

Емкостные извещатели ранее широко использовались в качестве третьего рубежа охраны для защиты металлических сейфов и шкафов, но с появлением более современных средств обнаружения они отошли на второй план и сейчас используются в основном для защиты периметра.

Принцип действия

Принцип работы емкостных извещателей основан на фиксации изменения емкости охраняемого объекта к которому они подключены. Изменение емкости приводит к изменению частоты генератора, понижение этой частоты ниже определенного порога приводит к формированию сигнала “Тревога”. Чувствительность этих извещателей оценивается расстоянием до антенны, обычно составляет 10-30 см.

Учитывая, что такие извещатели чувствительны к электромагнитным помехам, а их в современном мире очень много, приходится применять сложные алгоритмы обработки полученных сигналов, чтобы отфильтровать все возникающие помехи и наводки.

Виды емкостных извещателей

Все емкостные датчики по зоне обнаружения относятся к поверхностным извещателям.

Емкостные извещатели можно разделить на две группы по применению:

Условное обозначение

Условное обозначение емкостных извещателей установлено в рекомендациях Росгвардии

Р 071 – 2017 Технические средства систем безопасности объектов.
Обозначения условные графические элементов технических средств охраны, систем контроля и управления доступом, систем охранного телевидения

Особенности применения

Емкостные извещатели в помещении обычно используют для охраны металлических объектов – сейфов и шкафов. При этом извещатель должен находиться в непосредственной близости от защищаемого предмета, чтобы исключить попытки его отключения от охраняемого объекта без выдачи сигнала тревоги. Например, как на рисунке.

Чтобы нарушитель не смог подобраться к сейфу незамеченным пути подхода защищают объемным извещателем.

Благодаря тому, что у ЧЭ нет определенной формы такие извещатели вполне эффективны при защите и неметаллических предметов, например: картин, гобеленов и пр. Можно даже не отключать его в неохраняемое время, главное, чтобы к предмету не приближались и не касались его.

Допускается блокировка такими емкостными датчиками дверей и окон. Чувствительный элемент в виде провода можно проложить по периметру конструкции. Тем самым можно отказаться от использования магнитоконтактных и поверхностных извещателей.

При использовании емкостных датчиков для охраны периметра – чувствительный элемент выглядит как металлическая сетка. Используется для защиты ограждающих конструкций от “перелаза”.

Защита периметра с помощью емкостных извещателей

Наряду с очевидными достоинствами:

Емкостные извещатели обладают и недостатками:

Вывод

Емкостные извещатели позволяют сформировать сигнал “Тревога” заранее, до того как злоумышленник прикоснулся к охраняемому предмету или поверхности. Их ЧЭ легко замаскировать, можно не отключать в неохраняемое время и они довольно эффективны в применении в музеях, выставочных залах, достаточно лишь оградить защищаемые экспонаты, чтобы к ним не приближались посетители.

Благодаря продвинутым алгоритмам обработки поступающих сигналов такие извещатели можно использовать для охраны участков периметра, где сложно создать полосу отчуждения для использования оптикоэлектронных или радиоволновых извещателей.

Поэтому перед тем, как приступать к подготовке технического задания или проектированию тщательно проанализируйте все слабые места объекта и выберите наиболее эффективные средства защиты.

Если статья показалась Вам интересной, поделитесь ею в социальных сетях.

Источник

ЕМКОСТНОЙ ИЗВЕЩАТЕЛЬ

Емкостные охранные извещатели служат для обнаружения прикосновения или приближения к оборудованному ими предмету. Принцип их действия заключается и отслеживании изменения емкости охраняемого металлического изделия.

В первом случае это такие модели как «Риф» и «Пик». В качестве линейных используются извещатели «Радиан». Самое интересно, что здесь перечислены, наверное все виды выпускаемых емкостных извещателей.

Используются они редко. Главным образом, это определяется их чувствительностью к внешним помехам, а также жесткими требованиями к установке и размещению.

Дело в том, что емкость любого предмета может меняться в зависимости от внешних условий. Например, влажность вызывает увеличение токов утечки, что ведет к изменению емкости и вероятности ложного срабатывания.

В свете сказанного может вызвать недоумение применение применение емкостных линейных извещателей для уличной установки – «Радиан».

Это устройство предназначено для охраны периметров, протяженностью до 500 метров. Контролируемое (сигнальное) ограждение должно быть металлическим и установлено на электрические изоляторы.

Поскольку уличные условия эксплуатации подразумевают периодическое выпадение осадков, наличие электромагнитных помех, как от стационарных, так и мобильных источников, наведенных в результате грозовых разрядов и пр., в извещателе используется сложный алгоритм обработки сигналов, который, в принципе, со своими задачами справляется.

Датчики «Риф» и «Пик» предназначены, главным образом, для блокировки металлических шкафов и сейфов. Установлены блокируемые предметы должны быть на сухую, не проводящую электричество поверхность. Для обеспечения устойчивой работы сигнализации рекомендуется установка защищаемых конструкций на резиновые коврики.

Сами приборы нужно заземлять, причем, водопроводные и газовые трубы использовать для этих целей нельзя. Это должно быть или специально выполненное заземление либо металлические элементы строительной конструкции, например, арматура. Сопротивление заземления не должно превышать 4 Ом.

Из сказанного должно быть ясна низкая популярность емкостных извещателей – сложность в установке, настройке и обслуживании.

Вибрационные датчики для этих целей удобнее, хотя и срабатывают, в отличии от рассматриваемых только при механическом воздействии на конструкцию, то есть не обеспечивают раннего обнаружения. Но во многих случаях этим можно пренебречь.

Есть еще одно интересное применение емкостных датчиков: блокировка окон и дверей. При этом антенна (провод) располагается по периметру дверной коробки, оконного проема, переплету рам.

Все это можно сделать аккуратно и скрыто, что является плюсом для помещений с повышенными требованию к дизайнерскому оформлению. При этом другие типы извещателей можно не использовать. Хорошая идея, кстати, но тоже редко реализуемая.

Следует обратить внимание на особенность емкостного принципа обнаружения, присущего также и радиоволновым извещателям – срабатывания, вызванные перемещениями людей (животных, предметов) со стороны неохраняемого помещения (объекта).

Материалы сайта имеют ознакомительный характер и не могут использоваться в качестве руководящих и официальных документов

Источник

Прибор сигнализирующий емкостной что это такое?

Классификация

По исполнению емкостные датчики делятся на:

Одноемкостнй датчик имеет простое устройство и выполнена в виде конденсатора с изменяемой емкостью. Его недостатком является большое влияние внешних воздействий. К ним относятся температура и влажность. Чтобы компенсировать такие неточности, применяют дифференциальные двухъемкостные модели.

В отличие от одноемкостных датчиков, минусом дифференциальных моделей является то, что требуется минимум три соединительных экранированных проводника между измерительным устройством и датчиком, для погашения паразитных емкостей. Однако это компенсируется стабильностью, значительным увеличением точности и расширением сферы использования таких датчиков.

Иногда трудно спроектировать дифференциальный датчик емкостного типа из соображений его устройства. Особенно, если это датчик с изменяемым зазором. Но при расположении образцового конденсатора вместе с рабочим, и выполнении их конструкции одинаковыми, включая все материалы, то будет создана намного меньшая чувствительность устройства к наружному воздействию различных факторов. В этих случаях идет речь о полудифференциальной модели, относящейся к 2-х емкостным приборам.

Линейные датчики

Неэлектрические параметры, которые требуется измерять на практике, очень разнообразны и многочисленны. На базе конденсатора, у которого равномерно распределено электрическое поле в рабочем промежутке, создаются устройства емкостных датчиков перемещения следующих видов:

Датчики с переменной площадью удобнее для контроля значительных перемещений, а датчики с изменяемым промежутком удобнее для контроля незначительных перемещений.

Датчики угловых перемещений имеют принцип работы, аналогичный линейным датчикам. При этом эти датчики также рекомендуются для малых интервалов перемещений угла. Для таких целей часто используют в эксплуатации многосекционные модели с изменяемой площадью пластин.

Подобные датчики имеют крепление одного электрода на валу контролируемого объекта. При угловом смещении вала изменяется площадь пластин конденсатора, что приводит к изменению емкости. Это изменение обрабатывается электронной схемой.

Инклинометры

Другими словами такое устройство называют датчиком крена. Они получили название инклинометров, выполнены в виде дифференциального емкостного датчика наклона. Эта конструкция имеет чувствительный компонент в виде капсулы.

Чувствительная капсула включает в себя подложку с планарными электродами (1), которые покрыты диэлектрическим слоем, а также корпус (2), герметично зафиксированный на подложке. Частично внутренняя часть корпуса заполнена токопроводящей жидкостью (3). Она является общим выводом чувствительного компонента.

Общий электрод создает с электродами своеобразный дифференциальный конденсатор. Сигнал выхода датчика прямо зависит от размера емкости, которая зависит от расположения корпуса.

Инклинометр сконструирован с линейной зависимостью сигнала выхода от угла наклона в рабочей плоскости и не меняет значения в нерабочей плоскости. В этом случае сигнал имеет незначительную зависимость от изменения температуры. Чтобы определить расположение плоскости применяется два инклинометра, находящихся между собой под прямым углом.

Инклинометры небольшого размера с сигналом, зависящим от угла наклона датчика, нашли применение совсем недавно. Они имеют высокую точность, малые габариты, у них нет движущихся деталей. Стоимость их также невысока. Все эти достоинства позволяют рекомендовать их для применения датчиками наклона, а также для замены угловых датчиков, в том числе и на движущихся объектах.

Датчики уровня токонепроводящих веществ, находящихся в жидком состоянии, представляют собой схему из двух соединенных параллельно емкостей. Они стали популярными в различных отраслях, системах проверки, при работе с сыпучими и вязкими материалами, в условиях конденсата.

Датчики давления

Конструкция таких датчиков отличается устройством преобразователя. Он выполнен в виде воздушного конденсатора. Одна его пластина является неподвижной, а вторая передвигается под воздействием упругого преобразователя.

Устройство и работа

1 — Корпус датчика обеспечивает возможность установки выключателя, защиту от внешних воздействий различных факторов. Материалом корпуса обычно является полиамид или латунь. В комплект входят крепежные изделия. 2 — Компаунд, состоящей из специальной смолы, создает защиту элементов датчика от попадания влаги и других посторонних веществ. 3 — Триггер создает необходимую крутизну сигнала коммутации и величину гистерезиса. 4 — Подстроечный элемент. 5 — Светодиод обеспечивает оперативность настройки, показывает положение выключателя. 6 — Усилитель повышает сигнал выхода до требуемой величины. 7 — Демодулятор модифицирует изменение колебаний высокой частоты в изменение напряжения. 8 — Генератор создает электрическое поле для воздействия на объект. 9 — Электроды.

Рабочая поверхность датчика выполнена в виде двух металлических электродов. Они играют роль обкладок конденсатора, которые подключены в цепь обратной связи автогенератора высокой частоты. Генератор настроен на приближение объекта к активной поверхности.

При приближении контрольного объекта он меняет емкость, вследствие чего генератор вступает в работу и образует колебания с увеличивающейся амплитудой по приближению к объекту. Повышение амплитуды обрабатывается электронной схемой, которая создает сигнал выхода.

Емкостные датчики приводятся в действие от электропроводных объектов и диэлектриков. При приближении токопроводящих объектов расстояние срабатывания Sr значительно больше, чем при воздействии диэлектриков. Расстояние срабатывания снижается, и зависит от диэлектрической проницаемости диэлектрика Er.

Особенности конструкции

Чаще всего емкостные датчики выполняются в виде цилиндрического или плоского конденсатора. Подвергаемое контролю перемещение испытывает одна обкладка. При этом она создает изменение емкости, которая выражается:

где ε является диэлектрической проницаемостью материала, d – зазор, S – площадь пластин.

Емкостные датчики способны работать при замере разных параметров по трем направлениям, зависящим от связи контролируемой величины с параметрами:

В случае с диэлектрической проницаемостью входным параметром будет состав, который заполняет объем между обкладками. Такие емкостные датчики стали популярными при контроле размеров малых объектов, влажности тел.

Емкостные датчики имеют множество преимуществ в отличие от других видов. К ним можно отнести:

Емкостные датчики славятся своей простой конструкцией, что дает возможность создания надежных и прочных устройств. Свойства конденсатора зависят всего лишь от геометрических параметров, и не имеют зависимости от свойств применяемых материалов, при условии их правильного подбора. Поэтому при проектировании пренебрегают влиянием температуры на площадь поверхности и размера между пластинами, при правильном выборе изоляции и металла.

Недостатки

При использовании емкостных датчиков необходимо обеспечивать защиту от ложных сработок. Они возникают из-за случайного касания работника, атмосферными осадками, различными жидкостями.

Применение

Емкостные датчики используются в разных сферах производства и деятельности человека. Они применяются в управлении технологическими процессами и системах регулировки во всех промышленных производствах. Сегодня наиболее популярными датчиками стали датчики присутствия, которые являются надежными конструкциями. Они имеют невысокую цену, и широкий спектр направлений по использованию.

Основными областями применения датчиков стали:

Видео

Датчики приближения

Но в настоящее время особым спросом пользуются датчики приближения, которые выполнены по точно такому же принципу. Спектр их использования еще шире. Связано это с копеечной стоимостью устройств и возможностью работы практически во всех видах промышленности. Впрочем, имеются типичные отрасли, где приборы этого типа являются наиболее востребованными:

Неудивительно, что эти электронные приборы являются наиболее распространенной в точном машиностроении, энергетике и многих других отраслях разновидностью датчиков.

Преимущества и недостатки емкостных датчиков

Использование емкостных датчиков обусловлено их высокой степенью надёжности и доступной ценой. В некоторых отраслях использование устройств другого типа считается недопустимым. Емкостные датчики имеют следующий ряд преимуществ:

К сожалению, помимо большого количества преимуществ, емкостные обладают рядом недостатков, к которым относятся:

Не обращая внимание на небольшие недостатки, можно сказать, что емкостные датчики прекрасно зарекомендовали себя при работе с частотой 400 Гц. Также данные приборы имеют простую конструкцию, что позволяет сократить время на их экранировку. Следует учитывать тот факт, что данные датчики относятся к разряду емкостных устройств, поэтому имеют краевой эффект, для уменьшения которого, следует применять специальное защитное кольцо, в виде обыкновенной шайбы.

Емкостные датчики являются точными приборами, имеющими ничтожную погрешность. Чтобы продлить срок эксплуатации устройства, следует защитить его от воздействия пыли, влаги и различного рода загрязнений.

Емкостные датчики прикосновения

Рассматривая разнообразные типы сенсоров на основе электрической емкости, нельзя обойти вниманием такое их использования как датчики прикосновения. Самым наглядным примером подобных приборов служат смартфоны. Реализация датчиков прикосновения может быть достаточно сложной, но она базируется на некоторых простых основополагающих принципах. Работа таких устройств основана:

Далее будет рассмотрен принцип работы датчиков прикосновения на основе собственной емкости.

Датчик на основе собственной емкости

Конденсатор существует не только в виде отдельного объемного элемента с выводами. Емкостью также обладают два обычных проводника, расположенные параллельно. Исходя из этого, можно получить конденсатор, основываясь на электропроводных слоях, разделенных каким-либо диэлектриком. Такой конденсатор может быть получен на основе печатной платы.

Он представлен на рисунке ниже (в двух проекциях — сверху и сбоку). Мы видим обособленный участок (сенсорная кнопка), отделенный от общего слоя меди. А так как остальные участки соединены с землей, то сенсорная площадка может быть представлена как конденсатор между ней и землей.

Емкость такого конденсатора будет мала, порядка 10 пФ. Но для различных устройств ее значение не принципиально. При контроле зачастую важна не емкость, а ее изменение. Именно на это рассчитаны те схемы, которые обрабатывают состояние сенсорной кнопки.

Как изменить состояние кнопки

Самое простое, что можно сделать, — прикоснуться пальцем. Надо сразу отметить, что никакой опасности для человека такое касание не представляет. Обычно все платы покрываются лаком, так что прямого контакта с токопроводящими элементами не произойдет. Тем не менее, изменения состояния конденсатора будут. Это возможно по двум причинам:

Тело обладает собственной диэлектрической проницаемостью

Вследствие того, что диэлектрическая проницаемость тела отличается от диэлектрической проницаемости воздуха, который служит изолятором в первоначальный момент, то емкость конденсатора изменится. Здесь расчет простой — диэлектрическая проницаемость воздуха 1, а воды — 80 (человеческое тело по большей части состоит из воды). Значит, емкость сенсорной кнопки увеличится.

Для этого изменения даже не надо ее касаться. Как показали исследования ученых, порой достаточно просто поднести палец к контакту.

Тело обладает собственной проводимостью

Это давно установленный факт.

И хотя выше говорилось, что касание не несет опасности для человека, тем не менее, оно вносит свою лепту в изменение состояния сенсорной кнопки. Упрощенно можно считать, что емкость пальца подключена параллельно емкости сенсорной кнопки. Поэтому общая емкость системы, как и в предыдущем случае, увеличится. А значит, оба рассмотренных механизма (изменение диэлектрической проницаемости и собственная проводимость человеческого тела) приводят к увеличению емкости.

Некоторые проблемные вопросы при конструировании и производстве датчиков

Несмотря на то, что емкостные датчики имеют простую конструкцию, на их производство может быть затрачено много времени. Наиболее сложными в изготовлении являются приборы с переменным принципом действия. При проведении точной калибровки устройств добиваются устранения большого количества негативных моментов.

Основным плюсом производства датчиков является отсутствие эталонов. Именно из-за таких конструктивных особенностей, данные устройства имеют высокую надёжность и точность. Использование емкостных характеристик позволяет использовать приборы в различных отраслях с максимальным КПД.

Как конденсатор превращается в датчик

В данном случае причина и следствие меняются местами. Когда на проводник подается напряжение, электрическое поле образуется у каждой поверхности. В емкостном датчике измерительное напряжение подается на чувствительную зону зонда, причём для точных измерений электрическое поле от зондируемой области должно содержаться именно в пространстве между зондом и целью.

В отличие от обычного конденсатора, при работе емкостных датчиков электрическое поле может распространяться на другие предметы (или на отдельные их области). Результатом станет то, что система будет распознавать такое составное поле как несколько целей. Чтобы этого не произошло, задняя и боковые стороны чувствительной области окружают другим проводником, который поддерживается под тем же напряжением, что и сама чувствительная область.

При подаче эталонного напряжения питания, отдельная цепь подает точно такое же напряжение на защиту датчика. При отсутствии разницы в значениях напряжений между зоной чувствительности и защитной зоной, электрическое поле между ними отсутствует. Таким образом, исходный сигнал может исходить только от незащищенного фронта первичной цепи.

В отличие от конденсатора, на действие емкостного датчика будет влиять плотность материала объекта, поскольку при этом нарушается однородность создаваемого электрического поля.

Важные замечания

Впрочем, все не так плохо. Многие производители добиваются прекрасных характеристик экранировки датчиков за счет внесения минимальных изменений в их конструкцию. Что же касается частоты использования, то на практике они показывают прекрасные результаты при широко распространенном в промышленности значении в 400 Гц.

Мы уже говорили о верности основной формулы только при условии игнорирования краевого эффекта. Но при этом полезно знать, что он действительно может оказать негативное влияние только лишь в том случае, если расстояние между пластинами диэлектрика сопоставимо с их собственными размерами. Кроме того, негативный эффект можно в значительной степени нивелировать, попросту использовав защитное кольцо. В этом случае границы влияния эффекта удается перенести далеко за пределы используемых обкладок.

Еще раз заметим, что те же датчики давления отличаются замечательной простотой, которая позволяет создавать на диво устойчивые, прочные и дешевые конструкции. Если правильно подобрать геометрические размеры используемого диэлектрика, то об используемых в производстве такого конденсатора материалах можно особо не беспокоиться.

Таким образом, правильно подобрав марку металла для изготовления корпуса датчика, можно практически пренебречь даже сильными температурными колебаниями, которые бы могли привести у изменению емкости прибора и неадекватности его показаний. Конечно же, это вовсе не отменяет необходимости максимально тщательно изолировать датчики давления и прочие подобные индикаторы от агрессивных факторов внешней среды. Несмотря на их простоту, высокая влажность и повышенный уровень радиации могут крайне негативно сказаться на надежности прибора.

Сферы применения

Данные устройства используются в следующих целях:

Во всех случаях емкостные датчики подлежат обязательной калибровке в заводских или иных специализированных условиях.

Принцип емкостного измерения

Емкость системы – это ее способность хранить электрический заряд, который является одним из основных электрических параметров. Самая простая модель конденсатора (устройство для хранения электрического заряда) будет состоять из двух электрических проводников или пластин, разделенных диэлектриком:

Для модели конденсатора представленной выше емкость (в фарадах) определяется по формуле:

Когда датчик заряжен, он создает электрическое поле:

Другой подход к индуктивным датчикам

Другой подход к индуктивным датчикам использует тот же физический принцип, но в нём применяются плоские конструкции на основе печатных плат вместо намотанных катушек. Именно этот подход и применяется Zettlex

. Это означает, что обмотки могут быть изготовлены путём травления меди или при помощи нанесения на самые различные материалы подложки: полиэстерную плёнку, бумагу, эпоксидный слоистый пластик и даже на керамику. Такие печатные конструкции можно изготовить более точно, чем намотанные катушки. Вследствие чего достигается более высокая точность измерения при меньших затратах, размерах и массе, сохраняя в то же время все положительные свойства индуктивной технологии.

Рисунок 3. Пример грязного, но полностью работоспособного индуктивного датчика с плоской печатной обмоткой.

Датчики серии IncOders компании Zettlex

– это бесконтактные устройства для прецизионного измерения угла. Датчик IncOder состоит из двух частей: статор и ротор, каждая из которых имеет форму плоского кольца. Большое центральное отверстие позволяет легко пропускать валы, оптические волокна, трубы и кабели, размещать токосъёмники. Индуктивные угловые энкодерысерии IncOder не требуют точной механической установки, скорее можно сказать, что ротор и статор должны быть просто привинчены в конечное изделие. Угловые энкодерыZettlex не восприимчивы к посторонним веществам, что делает их идеально подходящими к жёстким условиям окружающей среды, где ёмкостные устройства работают ненадёжно.

Возможные сферы применения датчиков

Рассмотренные емкостные датчики уровня, давления, положения и другие типы подобных изделий, а также особенности конструкции, позволяют сделать вывод об их универсальности. А значит, они могут быть использованы в разных областях промышленности, схемах регулирования и контроля. В качестве примера можно назвать следующие области народного хозяйства, где могут применяться подобные измерители:

Использование емкостных преобразователей позволяет решить самые различные задачи. Перечислить их все просто нереально, но опять же в качестве примеров можно перечислить такие варианты их использования:

Источник