एयर टर्बुलेंस डिटेक्शन का उपयोग करके अल्ट्रासोनिक फायर अलार्म सर्किट

सरल अल्ट्रासोनिक फायर अलार्म सर्किट नीचे समझाया गया है कि आसपास के वायु तरंगों, या वायु अशांति में भिन्नता उठाकर एक आग के खतरे की स्थिति का पता लगाता है। सर्किट की उच्च संवेदनशीलता यह सुनिश्चित करती है कि तापमान अंतर या आग से बनाई गई हवा की थोड़ी सी भी अशांति का जल्दी पता चल जाए और एक संलग्न अलार्म डिवाइस लग जाए।

अवलोकन

पारंपरिक फायर सेंसर आग की पहचान करने के लिए विभिन्न प्रणालियों का उपयोग करते हैं, और वे सभी प्रकार की जटिलताओं के साथ आते हैं।

एक साधारण फायर अलार्म सिस्टम एक का उपयोग करता है तापमान सेंसर आग के कारण असामान्य रूप से उच्च-तापमान विचरण को महसूस करना।

यह मौलिक नहीं है कि केवल एक इलेक्ट्रॉनिक हिस्सा जैसे thermistor या एक अर्धचालक तापमान डिवाइस का उपयोग किया जाता है, लेकिन एक कम तापमान फ्यूज़िबल लिंक या बाईमेटल तापमान स्विच जैसी सरल सामग्री।

यद्यपि इस तरह के अलार्म प्रकारों की सादगी को प्राथमिकता दी जाती है, उनकी विश्वसनीयता संदिग्ध है क्योंकि पता लगाने पर ही आग लगती है।

अधिक जटिल फायर अलार्म सिस्टम मौजूद हैं, उदाहरण के लिए, धूम्रपान डिटेक्टर जो एक अलग अर्धचालक भाग से सुसज्जित हैं जो धुएं के कणों, दहनशील गैस और वाष्प के अस्तित्व को महसूस करता है।

इसके अलावा, वहाँ हैं optoelectronic फायर अलार्म सिस्टम जो किसी भी रूप के धुएं को अपने प्रकाश किरणों को अवरुद्ध करने पर ट्रिगर हो जाता है। हॉबी इलेक्ट्रॉनिक्स पर इस तरह की अग्नि पहचान प्रणाली प्रकाशित की गई थी।

डॉपलर शिफ्ट का उपयोग करके हीट डिटेक्शन

आग का पता लगाने की एक उपन्यास विधि अल्ट्रासोनिक ध्वनि इस लेख में वर्णित है। प्रसिद्ध के रूप में एक ही ऑपरेटिंग सिद्धांतों असर डॉपलर शिफ्ट अल्ट्रासोनिक घुसपैठिए अलार्म यह अग्नि पहचान प्रणाली ठोस वस्तु की गति के अलावा हवा में अशांति के लिए काफी संवेदनशील है।

बिजली की आग से निकलने वाली गर्मी से अपार अशांति पैदा होती है और अलार्म बजने लगता है। अक्सर, अशांति के कारण झूठे अलार्म सेट किए जाते हैं। नतीजतन, इस प्रकार का फायर अलार्म एक घर के लिए एकदम सही है, भले ही इसमें रहने वाले लोग अक्सर इसकी सराहना नहीं करेंगे।

ध्वनि भेदभाव कैसे होता है

फायर अलार्म के रूप में डॉपलर शिफ्ट बर्गलर अलार्म का उपयोग करने का एक दोष यह पता लगाने वाला विशाल क्षेत्र है। किसी तरह, यहाँ यह एक वरदान के रूप में निकला क्योंकि त्वरित पहचान संभव हो जाती है, भले ही आग का पता लगाने वाले क्षेत्र के एक छोटे से कोने में शुरू हो।

पारंपरिक अग्नि अलार्म का मानक सिद्धांत उन लोगों की अनदेखी करते हुए आग का पता लगाना है, जो कमरे में चारों ओर घूम रहे हैं। यह महत्वपूर्ण है क्योंकि अलार्म सिस्टम सक्रिय होने तक चलने के लिए सेट है।

एक विशिष्ट अल्ट्रासोनिक डॉपलर शिफ्ट अलार्म लोगों और अशांति के बीच अंतर करने में विफल रहता है। इसलिए, यह फायर अलार्म सिस्टम के लिए एक सर्किट का उपयोग करने के लिए अधिक समझ में आता है जो ऑपरेशन के एक छोटे से क्षेत्र को नियंत्रित करता है।

अलार्म यूनिट को कमरे में एक स्थान पर रखा जा सकता है जहां मानव गति कम से कम हो, लेकिन फिर भी, आग से उत्पन्न होने वाली अशांति को तेजी से पहचानने में सक्षम हो।

सिस्टम काम कर रहा है

एक बुनियादी अल्ट्रासोनिक अलार्म दो स्वतंत्र सर्किट से लैस है जो एक ही बिजली की आपूर्ति के माध्यम से जुड़े हुए हैं।

सरल इलेक्ट्रॉनिक सर्किट एक ट्रांसमीटर कार्य करता है जो रिसीवर को समान ध्वनि आवृत्तियों का उत्सर्जन करता है, जो अधिक जटिल सर्किट है।

फायर अलार्म का एक ब्लॉक आरेख चित्र 1 में दिखाया गया है।

जैसा कि वर्णित है, ट्रांसमीटर सर्किट एक थरथरानवाला का उपयोग करके अल्ट्रासोनिक ध्वनि का उत्पादन करने के लिए काम करता है और लाउडस्पीकर के माध्यम से सिग्नल खिलाता है।

विद्युत संकेत को स्पीकर द्वारा ध्वनि तरंगों में परिवर्तित किया जाता है, लेकिन मनुष्य उन्हें सुन नहीं सकते क्योंकि वे श्रवण सीमा से ऊपर पिचते हैं।

आम ध्वनि एम्पलीफायरों अल्ट्रासोनिक आवृत्तियों पर अच्छी तरह से काम नहीं करते हैं क्योंकि ट्रांसजेडर के पाइजोइलेक्ट्रिक प्रकार के होते हैं।

आमतौर पर, एक आउटपुट स्तर मॉडरेटर को शामिल किया जाता है ताकि सर्किट की संवेदनशीलता को सही स्तर पर देखा जा सके।

रिसीवर

रिसीवर पर एक माइक्रोफोन ट्रांसमीटर से साउंडवेव का पता लगाता है और उन्हें वापस विद्युत संकेतों में परिवर्तित करता है।

एक बार और, ए विशेष पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर प्राप्त माइक्रोफोन पर उपयोग किया जाता है क्योंकि सामान्य उच्च, विशेष रूप से अल्ट्रासोनिक आवृत्तियों पर संचालित करने के लिए अनुपयुक्त हैं।

अल्ट्रासोनिक ध्वनि की अत्यधिक पैंतरेबाज़ी स्थिति का कारण बनता है कि माइक्रोफोन और लाउडस्पीकर के बीच दोनों डिवाइस एक-दूसरे के बगल में स्थापित होते हैं।

व्यावहारिक स्थितियों में, कब्जा किए गए संकेत कमरे में दीवारों या फर्नीचर से प्रतिबिंब हैं।

इसके अलावा, माइक्रोफ़ोन से आउटपुट अपेक्षाकृत कम है और आम तौर पर लगभग 1 mV RMS है। तो, एक एम्पलीफायर को काम के स्तर तक सिग्नल बढ़ाने के लिए शामिल किया गया है।

आम तौर पर, एक अल्ट्रासोनिक बर्गलर अलार्म में प्रवर्धन के दो उच्च-लाभ चरणों का उपयोग किया जाता है। हालांकि, चर्चित फायर अलार्म सिस्टम के लिए कम संवेदनशीलता की आवश्यकता होती है, इसलिए प्रवर्धन का एक एकल चरण अधिक उपयुक्त है।

डिटेक्टर

सर्किट का अगला खंड एक आयाम मॉड्यूलेशन डिटेक्टर है। एक व्यावहारिक स्थिति में, संकेतित संकेत ट्रांसमीटर से प्रत्यक्ष 40kHz आउटपुट तरंग है।

यह संकेत विभिन्न रास्तों का उपयोग करके एकत्र किया जाता है और मनमाने ढंग से चरणबद्ध किया जाता है। लेकिन, संकेत और इसके चरण संबंधों के दोनों आयाम बिना किसी परिवर्तन के संरक्षित हैं। इस प्रकार, तैयार स्थितियों के तहत आयाम जनरेटर से कोई आउटपुट उत्पन्न नहीं होता है।

जब भी डिटेक्टर के सामने गति होती है या हवा अशांत होती है, तो पूरा परिदृश्य बदल जाता है।

प्रसिद्ध डॉपलर शिफ्ट चार्ज लेता है और सिग्नल पर एक आवृत्ति स्विंग पैदा करता है जो हवा में गति या विकार में ऑब्जेक्ट से परिलक्षित होता है।

संचारित सिग्नल के एक हिस्से को हवा के माध्यम से सीधे या बिना गति के वस्तुओं का उपयोग करके एकत्र किया जाता है जो अशांति के लिए प्रतिरोधी है।

उसके बाद, दो या अधिक आवृत्तियों को आयाम डेमोडुलेटर में चैनल किया जाता है। इस स्तर पर, चरण संबंध विनियमन से परे है क्योंकि संकेतों में भिन्नताएं होती हैं।

अल्ट्रासोनिक तरंग

जब नीचे चित्रा 2 में तरंग आरेख को देखते हुए, कल्पना करें कि ऊपरी तरंग 40 मानक kHz संकेत है और निचला तरंग आवृत्ति-परिवर्तित संकेत है। शुरुआत में, संकेत चरण में होते हैं या वे एक ही ध्रुवीयता को बनाए रखते हुए बड़े पैमाने पर सजातीय रूप से बढ़ते और घटते हैं।

इन-फेज सिग्नल को डीमॉडुलेटर के अंदर एक बड़े आउटपुट सिग्नल को उत्पन्न करने के लिए संक्षेपित किया जाता है। बाद में, तरंग क्रम के दौरान, वे एंटी-फ़ेज़ ज़ोन में प्रवेश करते हैं।

इसका मतलब है कि सिग्नल अभी भी समान रूप से अपने आयाम को बढ़ाते और घटाते हैं लेकिन अब विपरीत ध्रुवीयताएं हैं।

नतीजतन, डेमोडुलेटर एक कमजोर आउटपुट सिग्नल पैदा करता है क्योंकि दो अन्य सिग्नल एक दूसरे को रद्द करते हैं। लेकिन अंत में, संकेत चरण में वापस आते हैं और डीमोडुलेटर से एक मजबूत आउटपुट जारी करते हैं।

जिस क्षण सर्किट सक्रिय होता है, डेमोडुलेटर से एक बदलते आउटपुट स्तर को मापा जाता है।

आउटपुट सिग्नल की फ्रिक्वेंसी डबल इनपुट सिग्नल के बीच विचरण के समान है।

यह आम तौर पर कम-ऑडियो आवृत्ति या एक सबसोनिक आवृत्ति पर देखा जाता है। एक शक के बिना, उच्च-लाभ एम्पलीफायर इसे बढ़ाने के बाद आउटपुट से संकेत आसानी से कब्जा कर लिया है।

अलार्म जेनरेटर

एक बार सिग्नल एम्प्लीफाइड होने के बाद, यह एक मानक कुंडी सर्किट को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किया जाता है, जो एक बार सक्रिय हो जाता है, जब तक सिस्टम रीसेट नहीं होता है तब तक अलार्म बजता रहता है। लैचिंग ऑपरेशन एक स्विचिंग ट्रांजिस्टर द्वारा नियंत्रित होता है जो नियंत्रण वोल्टेज को अलार्म डिटेक्शन सर्किट से जोड़ता है।

अलार्म जनरेटर एक वोल्टेज-नियंत्रित ऑस्किलेटर (VCO) का उपयोग करके बनाया गया है, जो कम-आवृत्ति वाले थरथरानवाला द्वारा संचालित होता है।

एक रैंप वेवफॉर्म को कम-आवृत्ति वाले थरथरानवाला द्वारा उत्पादित किया जाता है और VCO से एक आउटपुट धीरे-धीरे आवृत्ति में वृद्धि करेगा जब तक कि इसकी चरम पिच न हो।

फिर, सिग्नल न्यूनतम पिच पर वापस जाएगा और फिर से आवृत्ति में उत्तरोत्तर वृद्धि करेगा। यह चक्रीय प्रक्रिया जारी है और एक कुशल अलार्म संकेत प्रदान करती है।

सर्किट कैसे काम करता है

अल्ट्रासोनिक फायर डिटेक्शन सिस्टम या रिसीवर का पूरा सर्किट ड्राइंग नीचे दिए गए चित्र में दर्शाया गया है।

रिसर्चर CIRCUIT : बिंदीदार रेखाएं नीचे की ओर ट्रांसमिट्टर सर्किट की आपूर्ति रेल के साथ जुड़ती हैं

ट्रांसमीटर सर्किट

ट्रांसमीटर 7555 टाइमर डिवाइस, IC1 का उपयोग करके बनाया गया है। यह CMOS घटक 555 टाइमर का निम्न शक्ति प्रकार है।

इस प्रकार के अलार्म जनरेटर के लिए, 555 की तुलना में 7555 आदर्श है क्योंकि सर्किट की कुल बिजली की खपत केवल 1mA या उससे कम है, जो बैटरी शक्ति के कुशल उपयोग में योगदान करती है।

इसके अलावा, 7555 आईसी का उपयोग एक विशिष्ट दोलन विधि में किया जाता है जिसके तहत समय भागों R13, RV1 और C7 को विशेष रूप से 40 kHz की आवृत्ति उत्पन्न करने के लिए चुना जाता है।

प्रीसेट आउटपुट आवृत्ति उत्पन्न करने के लिए विनियमित होता है जो प्राप्त करने और संचारित सर्किट से आदर्श दक्षता प्रदान करता है। प्रीसेट को सर्किट योजनाबद्ध में RV2 के रूप में पहचाना जाता है।

रिसीवर

एक्स 1 रिसीवर सर्किट में सिग्नल-कैप्चरिंग सेंसर है, और इसका आउटपुट एक सामान्य एमिटर एम्पलीफायर के इनपुट से जुड़ा है जो कि Q1 के आसपास डिज़ाइन किया गया है।

इस मोड़ पर, पूरे भाग की बिजली की खपत कम है, यह सुनिश्चित करने के लिए लगभग 0.1 ए का एक कम कलेक्टर चालू रखा जाता है।

आमतौर पर, किसी को लगता है कि इस तरह के एम्पलीफायर से कम लाभ होगा, लेकिन कुल मिलाकर, यह मौजूदा ऑपरेशन के लिए पर्याप्त से अधिक है।

कैपेसिटर सी 2 डी 1, डी 2, आर 3 और सी 3 को नियोजित करके Q1 से संवर्धित आउटपुट को एक सामान्य एएम डेमोडुलेटर में जोड़ता है।

बाद में, परिणामी निम्न-आवृत्ति संकेत को दूसरी सामान्य एमिटर एम्पलीफायर का उपयोग करते हुए रैंप किया जाता है।

एक और IC1 टाइमर को कुंडी के रूप में उपयोग किया जाता है। सामान्य अभ्यास के विपरीत, टाइमर IC1 का उपयोग मोनोस्टेबल दृष्टिकोण में किया जाता है जो एक सकारात्मक आउटपुट पल्स प्रदान करता है यदि पिन 2 को आपूर्ति वोल्टेज से 33% कम किया जाता है।

आमतौर पर, आउटपुट पल्स की चौड़ाई को समय अवरोधक और संधारित्र की एक जोड़ी द्वारा विनियमित किया जाएगा, लेकिन यह सर्किट उन घटकों के बिना है।

इसके बजाय, IC1 के पिन 6 और 7 माइनस आपूर्ति रेल से जुड़े हैं। सक्रिय होने पर, IC1 का आउटपुट चालू हो जाता है और उस स्थिति में जारी रहता है, जिससे लैचिंग क्रिया की अनुमति मिलती है।

ट्रांजिस्टर Q2 के कलेक्टर से, IC1 का पिन 2 जुड़ा हुआ है और आपूर्ति वोल्टेज के बराबर आधे के लिए विनियमित है।

इस प्रकार, स्टैंडबाय स्थिति के तहत, IC1 सक्रिय नहीं है। जिस क्षण इकाई शुरू की जाती है, Q2 वोल्टेज पर संग्राहक वोल्टेज।

इसके अलावा, नकारात्मक आधा चक्रों के दौरान, यह ट्रिगर थ्रेशोल्ड वोल्टेज से कम हो जाता है। ऑपरेटिंग स्विच SW1 और IC1 से 0V आपूर्ति वोल्टेज के रीसेट इनपुट का उपयोग करके, पूरा सर्किट रीसेट किया जा सकता है।

वह घटक जो IC1 के सक्रिय होने पर अलार्म सर्किट को चैनल पावर के लिए उपयोग किया जाता है, ट्रांजिस्टर Q3 है। सुरक्षा कारणों से, R8 एक वर्तमान सीमित अवरोधक के रूप में कार्य करता है।

अलार्म संकेत

IC2 अंतिम चिप है, जो CMOS 4046BE चरण-लॉक लूप है। हालांकि, इस डिजाइन में, केवल VCO हिस्सा महत्वपूर्ण है। एक चरण तुलनित्र उपयुक्त रूप से उपयोग किया जाता है, लेकिन केवल अलार्म सर्किट के लिए एक इन्वर्टर के रूप में।

वीसीओ के आउटपुट के व्युत्क्रम में दो-चरण आउटपुट होता है जो सिरेमिक रेजोनटर एलएस 1 को पीक-टू-पीक वोल्टेज प्राप्त करने की अनुमति देता है जो आपूर्ति वोल्टेज का दो गुना है।

नतीजतन, एक सिकोड़ने वाला अलार्म सिग्नल उत्पन्न होता है। यदि आवश्यक हो, तो IC2 के पिन 4 से आउटपुट बढ़ाया जा सकता है और एक मानक लाउडस्पीकर को सक्रिय करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। संधारित्र C6 और रोकनेवाला R12 VCO के लिए समय भागों के रूप में कार्य करता है। इलेक्ट्रॉनिक घटक 2kHz के आसपास एक स्थिर आउटपुट आवृत्ति प्रदान करते हैं जो कि ज़ोन है जहां सिरेमिक रेज़ोनेटर चरम दक्षता तक पहुंचता है।

मॉड्यूलेशन सिग्नल को ट्रांजिस्टर Q4 से एक विशिष्ट यूनिजेशन विश्राम थरथरानवाला द्वारा निर्मित किया जाता है। यह 4 kHz पर डाइवर्जेंट रैंप वेवफॉर्म वितरित करता है।

स्थापित कैसे करें

आधे रास्ते में आरवी 1 से शुरू करें और अधिकतम उत्पादन के लिए आरवी 2 निर्धारित किया जाता है जो पूरी तरह से वामावर्त दिशा में बदल जाता है।

मल्टीमीटर का उपयोग करते हुए (यदि उपलब्ध हो), आरवी 2 को इसके न्यूनतम डीसी वोल्टेज पर सेट करें और इसे आर 3 में शामिल करें क्योंकि नकारात्मक जांच नकारात्मक आपूर्ति लाइन से जुड़ी हुई है।

यूनिट की शक्ति को चालू करें और लगभग 10 या 20 सेमी की दूरी के साथ एक दीवार या किसी भी चिकनी सतह का सामना करने वाले ट्रांसड्यूसर को रखें।

जब आरवी 1 को सक्रिय किया जाता है, तो मल्टीमीटर पर रीडिंग या मूवमेंट होगा, और फिर आरवी 1 को अधिकतम रीडिंग संभव तक पहुंचने के लिए तैयार किया जाता है।

यह SW1 के पार एक कंडक्टर को ठीक करने के लिए अत्यधिक अनुशंसित है जब नियमन किया जाता है क्योंकि अलार्म जनरेटर को बंद कर दिया जाता है, और इसका आउटपुट मापों को प्रभावित नहीं कर सकता है।

इस घटना में मल्टीमीटर अनुपलब्ध है, आरवी 1 को पूरे भाग के लिए काम करने वाले मान की खोज करने के लिए ट्रायल और एरर एप्रोच को लगाकर ट्यून किया जा सकता है।

हालांकि RV2 अच्छी तरह से संरक्षित है, अलार्म यूनिट अभी भी संवेदनशील है। इकाई के लिए बढ़ते स्थान को अच्छी तरह से नियोजित किया जाना चाहिए। एक अच्छा स्थान ऑपरेटर के कार्यक्षेत्र से थोड़ा ऊपर होगा जहां विद्युत उपकरण और टांका लगाने वाली सामग्री के कारण आग का सबसे अधिक खतरा होता है।

यूनिट को अधिक रखने का एक और फायदा यह है कि गर्म हवा उठेगी और कमरे के बारे में चलने वाले लोगों द्वारा बनाए गए गलत संकेतों के जोखिम के बिना अलार्म को ट्रिगर करना आसान बनाता है।

कुछ परीक्षणों के साथ, मानवीय कारकों और स्थिर संवेदनशीलता के परिणाम के बिना एक उपयुक्त स्थिति फायर अलार्म जनरेटर के लिए प्राप्त की जा सकती है।

इकाई की स्थिति की प्रभावशीलता का परीक्षण करने के लिए, एक काम करने वाले टांका लगाने वाले लोहे को नीचे और घटक के सामने रखा जाता है।

जब पर्याप्त अशांत हवा उत्पन्न होती है, तो उसे अलार्म को सक्रिय करना चाहिए। स्विच ऑन होने पर, सर्किट बीमार हो सकता है लेकिन इसे SW1 को रीसेट पर रखकर तुरंत नकारात्मक किया जा सकता है।

अल्ट्रासोनिक फायर अलार्म सर्किट को देरी से स्विच के साथ डिज़ाइन नहीं किया गया है लेकिन SW1 को संचालित करते समय इकाई के पीछे आपकी उपस्थिति सुनिश्चित की जानी चाहिए। स्विच को उलझाने के बाद अपना हाथ हटाने पर कोई जोखिम नहीं है।

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पीसीबी डिजाइन और ट्रैक लेआउट

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