วงจรตรวจจับความเคลื่อนไหวโดยใช้ Doppler Effect

วงจรเซ็นเซอร์การเคลื่อนไหวที่อธิบายในบทความนี้ทำงานโดยใช้หลักการ doppler shift ซึ่งตรวจพบชิ้นงานที่เคลื่อนที่ผ่านความถี่ที่แตกต่างกันอย่างต่อเนื่องซึ่งสะท้อนจากวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่

Doppler Effect คืออะไร

คุณสมบัติที่น่าสนใจอย่างหนึ่งของเสียงคือ ผล Doppler .

เอฟเฟกต์ Doppler เกิดขึ้นเมื่อแหล่งกำเนิดที่สร้างความถี่เสียงเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่อง เมื่อแหล่งกำเนิดเสียงเคลื่อนที่เข้ามาใกล้มากขึ้นความดังของเสียงดูเหมือนจะมีความถี่และความดังเพิ่มขึ้นและเมื่อห่างออกไปความถี่เสียงและระดับเสียงก็จะลดลง

ในกรณีที่ต้นกำเนิดเสียงไม่เคลื่อนไหวและคุณก้าวไปหาแหล่งกำเนิดหรืออยู่ไกลจากแหล่งกำเนิดคุณจะได้รับเอฟเฟกต์ Doppler แบบเดียวกัน

วงจรตรวจจับการเคลื่อนไหวด้านบนทำงานโดยใช้ ผล Doppler เพื่อตรวจจับการเคลื่อนไหวภายในพื้นที่ที่ระบุ

เครื่องส่งสัญญาณเสียงความถี่สูง (15 ถึง 25 กิโลเฮิรตซ์) ถูกกำหนดเป้าหมายไปยังพื้นที่ที่ระบุและตัวแปลงสัญญาณที่ละเอียดอ่อนจะถูกวางไว้ข้างแหล่งสัญญาณโดยหันหน้าไปทางเดียวกับตัวแปลงสัญญาณของเครื่องส่ง

ตราบเท่าที่ไม่มีการเคลื่อนไหวใด ๆ ภายในพื้นที่เป้าหมายความถี่เสียงที่สะท้อนและเสียงที่ส่งมักจะมีความถี่เดียวกัน

อย่างไรก็ตาม การเคลื่อนไหวใด ๆ โดยเป้าหมายส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความถี่เล็กน้อยซึ่งเครื่องรับตรวจจับได้อย่างรวดเร็วและระบุไว้บนหน่วยแสดงผลที่แนบมา

วงจรทำงานอย่างไร

SPKR1 และ SPKR2 มีขนาด 27 มม. PIEZO TRANSDUCERS, SPKR3 สามารถเป็นลำโพงขนาดเล็ก8Ω, หูฟังหรือ AC VOLTMETER

อ้างถึงแผนภาพวงจรด้านบน IC1 (a 567 เฟสล็อกลูป ) ถูกตั้งค่าเหมือนกับออสซิลเลเตอร์แบบปรับได้ที่มีช่วงความถี่เอาต์พุต 15 ถึง 25 kHz โพเทนชิออมิเตอร์ R22 ใช้เพื่อปรับความถี่เอาต์พุตของออสซิลเลเตอร์

เอาต์พุต IC1 ถูกบัฟเฟอร์โดยทรานซิสเตอร์ Q1 และนำไปใช้กับ ตัวแปลงสัญญาณ BZ1. ความถี่เสียงที่สะท้อนจะถูกจับโดยตัวแปลงสัญญาณที่สอง BZ2 ซึ่งกำหนดค่าด้วยระยะตัวรับของวงจรและนำไปใช้กับฐานของ Q2

เอาต์พุตที่เพิ่มขึ้นผ่าน Q2 จะใช้กับ IC2 (ซึ่งเชื่อมต่อเหมือนเครื่องผสมสมดุลคู่) ที่พิน 1 สัญญาณเสียงอีกหนึ่งสัญญาณ (แยกจากเอาต์พุตของ IC1) จะถูกส่งไปยัง IC2 ที่พิน 10

ตัวต้านทาน R21 (ซึ่งเป็นโพเทนชิออมิเตอร์ 50k) ใช้เหมือนตัวควบคุมความสมดุลของพาหะซึ่งสามารถปรับได้เพื่อให้แน่ใจว่า สัญญาณของออสซิลเลเตอร์ ไม่รั่วไหลเข้าสู่เอาต์พุตมิกเซอร์ของชิป IC2 ที่ขา 6

เอาต์พุตของเครื่องผสมที่พิน 6 ของ IC2 ถูกนำไปใช้ผ่านตัวกรองความถี่ต่ำบนอินพุตของ IC3 (ซึ่งสร้างขึ้นรอบ ๆ ไอซี LM 386 , เครื่องขยายเสียงพลังเสียงแรงดันต่ำ).

ลำโพงหรือหูฟังที่เหมาะสมช่วยให้คุณตรวจสอบเอาต์พุตจาก IC3 ได้

โพเทนชิออมิเตอร์ R23 ใช้เป็นตัวควบคุมระดับเสียง

วิธีทดสอบและตั้งค่า

ในทางปฏิบัติไม่ควรมีอะไรสำคัญเกินไปเกี่ยวกับวงจรเซ็นเซอร์การเคลื่อนไหวของดอปเปลอร์นี้ ความจริงก็คือวงจรสามารถสร้างขึ้นบนชิ้นส่วนของ veroboard ได้

และหากคุณสร้างหน่วยนี้บน PCB ที่สวยงามและสะอาด (ตรวจสอบให้แน่ใจว่าโอกาสในการขายของส่วนประกอบทั้งหมดจะมีขนาดเล็กที่สุด) คุณจะได้ผลลัพธ์ที่ต้องการอย่างรวดเร็ว

ขอแนะนำให้คุณเก็บอินพุตของเครื่องรับและวงจรเอาท์พุตของเครื่องส่งสัญญาณแยกจากกันให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในรูปแบบโครงสร้างและใช้ซ็อกเก็ตสำหรับ IC ที่ระบุทั้งหมด

เริ่มการทดสอบโดยการวางตำแหน่งของทรานสดิวเซอร์สองตัว BZ1 / BZ2 (SPKR1 / SPKR2) โดยประมาณที่ระยะห่างกัน 4 นิ้วโดยโฟกัสไปที่ทิศทางเดียวกันและอยู่ห่างจากวัตถุใกล้เคียง

ปรับตัวต้านทานแบบแปรผัน R21, R22 และ R23 ไปที่จุดกึ่งกลางและเปิดสวิตช์ไปที่วงจร

หากคุณพบว่าเอาต์พุตของเครื่องส่งสัญญาณสามารถได้ยินได้ความถี่ของออสซิลเลเตอร์อาจได้รับการแก้ไขให้ต่ำมาก ในกรณีนี้คุณสามารถปรับแต่ง R22 ได้จนกว่าคุณจะไม่สามารถฟังความถี่ได้อีกต่อไป

จากนั้นปรับแต่ง R21 จนกว่าคุณจะได้เอาต์พุตที่เงียบที่สุดบน BZ1 (SPKR1)

หลังจากนี้ให้ลองเลื่อนมือขึ้นและลงด้านหน้าของทรานสดิวเซอร์สองตัว (SPKR1 / SPKR2) และสิ่งนี้จะทำให้เกิดเสียงความถี่ต่ำที่ผันผวนบนลำโพง (SPKR3)

เมื่อคุณขยับมือเร็วขึ้นคุณจะพบว่าความถี่เสียงที่ส่งออกนั้นสูงขึ้นมาก สำหรับวัตถุที่เคลื่อนที่ช้ามากคุณอาจต้องการเห็นผลของเครื่องวัดกระแสตรงชนิดขดลวดเคลื่อนที่ที่เชื่อมต่อผ่านเอาต์พุต IC3 ที่ขา 5

คุณอาจเห็นเข็มของมิเตอร์มีความผันผวนขึ้น / ลงเหนือสเกลเพื่อตอบสนองต่อวัตถุที่เคลื่อนที่ช้าผ่านก่อนตัวแปลงสัญญาณ