Гироскопический датчик на гироскопе ENC-03J
Электронные гироскопы — преобразователи наклона и угловой скорости в электрический ток. Так же как и механические (ротационные), пьезокерамические электронные гироскопы служат для контроля положения и угловых скоростей с малым временем отклика (до 50 Гц). Электронные датчики-гироскопы марки ENC-03J и ENC-03M появились в розничной торговой сети совсем недавно. Они предназначены для работы в качестве датчиков изменения наклона, а также компенсации дрожания руки (штатива) в видеокамерах и высокотехнологичных фотоаппаратах.
Что и говорить, в современных промышленных устройствах профессионального и бытовою назначения электронные датчики-гироскопы архиважны. Отличием электронных гироскопов от механических собратьев является компактность и малый вес (размер 12 х 8 мм, масса в зависимости от модели 1—20 г), отсутствие изнашивающихся элементов, высокая скорость отклика (минимум инерции), низкое напряжение питания (2,7—5,5 В), малый ток потребления (0,5—15 мА). Диапазон рабочих температур (-5...+75 °С) позволяет производить контроль параметров в широком спектре климатических условий и географических поясов.
Кроме того, электронные гироскопы выпускаются также и в ЧИП-исполнении, что позволяет использовать их для поверхностного монтажа.
На основе такого электронного датчика создано простое устройство, которое посредством светоизлучающего светодиода сигнализирует об изменении своего, ориентированного на горизонтальную поверхность положения. Схема прибора показана на рис. 2.21.
Рис. 2.21. Электрическая схема гироскопа
Основу устройства составляет пьезокерамический гироскоп ENC-03J производства фирмы «Murata» (Япония). При горизонтальном положении прибора постоянное напряжение на выводе 4 датчика U1 составляет 1,3—1,4 В при Un = 5 В. Коэффициент усиления операционного усилителя DA1 приблизительно равен единице. На вывод 3 датчика U1 поступает напряжение сравнения через низкочастотный фильтр R3C3, который одновременно играет роль обратной связи операционного усилителя.
При изменении горизонтального положения датчика (отклонении от 0 °) напряжение на выходе U1 (вывод 4) изменяется в соответствии с коэффициентом преобразования (0,67 мВ/° отклонения в секунду). Частота опроса состояния составляет около 50 Гц. Максимальная угловая скорость относительно строго горизонтального положения (уровень 0) составляет ±300 °/с. Разделительный конденсатор С1 (образующий совместно с резистором R1 частотный фильтр с полосой среза около 0,3 Гц), не пропускает постоянную составляющую напряжения на вход операционного усилителя DA1. При изменении горизонтального положения датчика на выходе DA1 (вывод 6) присутствует напряжение высокого уровня, которое открывает ключевой транзистор VT1, вследствие чего зажигается светодиод HL1.
Все постоянные резисторы — типа МЛТ-0,25 или MF-25. Конденсатор С1 — неполярный типа К10-17, С2— оксидный полупроводниковый танталовый, типа К52-х или К53-х, СЗ — типа КМ-6Б.
Оксидный конденсатор С4 типа К50-20 сглаживает пульсации источника питания. Если применяется автономный источник питания— батарея или аккумулятор, данный конденсатор из схемы исключается. Светодиод HL1 — любой типа АЛ307Б или аналогичный. Для лучшего визуального контроля можно использовать светодиод с эффектом мигания. Вместо операционного усилителя КР140УД1208 можно применять КР140УД12, КР140УД20 с любым буквенным индексом. Транзистор VT1— любой кремниевый п-р-п типа с коэффициентом усиления более 40.
Устройство в налаживании не нуждается. В связи с высокой чувствительностью пьезокерамического датчика U1 необходимо жестко крепить его к корпусу устройства, который, в свою очередь, должен иметь максимально ровную горизонтальную поверхность. При Монтаже элементов устройства не перегревайте выводы датчика жалом разогретого паяльника (время пайки не более 1 с).
Пользоваться датчиком просто — достаточно установить его на контролируемой поверхности (если предполагается контроль наклона и стабилизации) или поместить в другую (нежидкую!) контролируемую среду для контроля вибрации.
Источник питания для устройства— стабилизированный с постоянным напряжением 3—5 В. Ток потребления всего узла с датчиком ENC-03J не превышает 5 мА.
Рис. 2.22. Схема включения датчика ENV-05F-03
При использовании в качестве вибродатчика аналогичного прибора ENV-05F-03 параметры устройства улучшаются (повышается точность показаний— чувствительность). Отрицательным моментом такой замены может показаться параметр максимальной угловой скорости— у этого прибора он меньше: ±80 °. Однако применение датчика ENV-05F-03 позволяет избавиться от операционного усилителя (схема включения показа на рис. 2.22).
На кремниевых диодах собран преобразователь напряжения «переменный/постоянный ток», выход которого можно подключить к управляющему узлу, например к точке А (рис. 2.21).
Кашкаров А. П. 500 схем для радиолюбителей. Электронные датчики.