Рис. 3.13. Внешний вид фонаря с беспроводной системой зарядки
Как следует из фото, устройство состоит из двух блоков – зарядного сетевого адаптера (см. рис. 3.14) и приемника с простейшим магнитоэлектронным датчиком – петлей Вигарда (рис. 3.15).
Рис. 3.14. Вид на сетевой адаптер
Рис. 3.15. Вид на приемник с простейшим магнитоэлектронным датчиком
При подключении устройства в осветительную сеть адаптер передает электрическую энергию бесконтактным способом (посредством магнитной индукции) приемнику. Таким образом аккумулятор заряжается. Преимущества устройства – в том, что не нужны провода для зарядки. Сетевой адаптер, в котором имеются бестрансформаторный выпрямитель (подходит, ибо ток в нагрузке невелик), генератор тока и индукционная катушка, – законченная часть конструкции, не имеющая ни разъемов, ни каких-либо проводов. Корпус аккумуляторного фонаря вставляется в нишу адаптера так, что катушка фонаря оказывается внутри катушки адаптера, происходит передача энергии через индукцию в катушках, и провода также не нужны.
Мне удалось изучить экземпляр и, в точности скопировав схему, описать конструкцию. Внутреннее содержание представлено на рис. 3.16.
Напряжение питания 3,3 В.
Принцип передачи магнитной индукции давно не нов, и получить на это патент не представляется возможным, если предполагать, что это являлось бы задачей. Есть отечественные разработки, которые предлагаются в виде различных конструкторов для сборки зарядных устройств по тому же принципу – катушка приемника должна находиться внутри катушки передатчика.
Речь идет об относительно новом, или, скажем так, мало описанном в доступной форме, способе зарядки портативных фонарей (с аккумуляторами) и других низковольтных устройств от зарядных устройств-адаптеров – без проводов. Беспроводной способ вполне можно повторить в домашних условиях или хотя бы набраться знаний о принципе его действия.
Рис. 3.16. Внутреннее содержание бесконтактного зарядного устройства с магнитоэлектронным датчиком
Модуль предназначен для быстрой беспроводной зарядки аккумуляторов или непосредственного питания электронных устройств. Передатчик, подключенный к источнику постоянного тока, создает переменное поле в катушке индуктивности, которая устанавливается в зарядную станцию. Когда катушка приемника попадает в поле зарядной станции, в ней создается переменное напряжение, которое выпрямляется и стабилизируется электронной схемой приемника. Стабилизированное напряжение 3,3 В с током до 600 мА можно снять с выводов приемника и подать на электронное устройство или аккумулятор для зарядки.
Идеи для практического применения
• Зарядные устройства для сотовых телефонов, планшетов.
• Беспроводное питание в робототехнике и моделировании.
• Беспроводное питание в домашней автоматике.
Особенности устройства: стабильный источник питания, надежная изоляция катушки, компактный дизайн.
Технические условия и характеристики
Входное напряжение: 12 В постоянного тока.
Входное напряжение (максимальное): 13,5 В.
Выходное напряжение: 3,3 В постоянного тока.
Выходной ток (макс.): 600 мА.
Индуктивность передающей катушки: 30 мГн.
Расстояние между катушками приемника и передатчика: 1–20 мм.
Диаметр катушки с петлей Виганда: 38 мм.
Высота катушки: 2 мм.
3.6. Миниатюрный датчик наклона и сотрясения
Среди датчиков положения (наклона) различают шариковые и ртутные. Основным элементом в устройстве является ртутный датчик положения (далее РДП), показанный на рис. 3.17.
Рис. 3.17. Внешний вид РДП
Особенности применения устройства, перспективы использования РДП и их подробное рассмотрение в доступной форме изложены ниже.
Датчики положения (наклона) представляют собой стеклянный корпус, сравнимый по размерам с небольшой неоновой лампой (12×5 мм) с двумя выводами-контактами и капелькой (шариком) ртути внутри стеклянного корпуса, запаянного под вакуумом. Ртутный датчик положения (наклона) типа 8610 (далее РДП) имеет известный в среде установщиков автомобильных сигнализаций аналог SS-053 и широко используется в автомобилях и мотоциклах (в том числе зарубежного производства) в качестве бесконтактного датчика. С его помощью обеспечивается контроль угла наклона подвески, открывания капота, багажника (в некоторых моделях автомобилей) и в других случаях. Очевидно, ничто не препятствует использовать такой датчик и нам – при создании своих конструкций.
На основе датчиков отечественная промышленность выпускает микроблоки (с встроенным узлом сравнения и определенным уровнем напряжения на выходе – для установки в различные устройства), например ДПА-М18–76У-1110-Н, ДПА-Ф60–40У-2110-Н и другие аналогичные. По типу уровня напряжения на выходе, характеристике сравнения и преобразования сигнала такие датчика делят на цифровые и аналоговые.
Минусы в эксплуатации: невозможность (без специального оборудования) точно установить угол (градус) наклона, при котором РДП будет стабильно срабатывать, возможная токсичность ртути при разбивании датчика, инерционность срабатывания, обусловленная конструктивными особенностями датчика, такими как «тяжеловесность» и инертность капли ртути. Если с инерционностью срабатывания датчика в электронных конструкциях (к которым не предъявляют завышенных требований профессиональных устройств) можно согласиться почти всегда (инерционность срабатывания составляет десятые доли секунды), то неточность срабатывания датчика в зависимости от угла и скорости наклона представляет собой более серьезную проблему.
Управление устройствами нагрузки осуществляют с помощью двух контактов РДП 8610 (нормально разомкнутых). Предельно допустимый ток коммутации составляет 2 А. Рассматриваемый РДП является полностью законченным устройством, коммутирующим (управляющим) внешнюю нагрузку.
Внутри «черного ящика» установлены три элемента питания типа СЦ-21 (с напряжением 1,5 В каждый, соединенные последовательно, с суммарным напряжением батареи 4,5 В), включатель, замыкающий электрическую цепь, непосредственно РДП в стеклянном вакуумном исполнении и пьезоэлектрический капсюль со встроенным генератором (звуковой частоты) ЗЧ типа 1205FXP. При замкнутых контактах включателя питания и, соответственно, при замкнутых контактах РДП, что происходит при наклоне корпуса прибора, раздается звуковой сигнал.
Электрическая схема устройства приведена на рис. 3.18.
Рис. 3.18. Электрическая схема устройства
Практическое применение этого устройства очевидно и трудно переоценить автомобилисту: прибор надевается на ухо человека (для этого предусмотрена специальная конструкция корпуса); при вертикальном положении головы водителя звуковой капсюль не активен, зато при наклоне головы (как правило, при утомлении водителя на длинных перегонах он склонен ко сну, и голова наклоняется вперед, к рулевому колесу автомобиля) сразу раздается звуковой сигнал тревоги.
Кроме того, сигнал тревоги (замыкание контактов РДП) происходит не только при превышении угла наклона более чем на 20° в вертикальной плоскости, но и в аналогичных условиях наклона в горизонтальной и иной плоскости – это расширяет возможности применения датчика.
Данный РДП можно считать универсальным (в области применения).
Как видно из схемы на рис. 3.18, РДП своими контактами замыкает электрическую цепь управления устройством нагрузки. Таким устройством может быть звуковой пьезоэлектрический капсюль, световой индикатор (например, ультраяркий светодиод), СЭМР (слаботочное электромагнитное реле на соответствующее напряжение и ток срабатывания), вход оптоэлектронного реле или токовый ключ (на транзисторе, тиристоре), управляющий силовым узлом, потребляющим большой ток от источника питания. Напряжение питания элемента GB1 в данном случае не принципиально и зависит только от электрических параметров «устройства нагрузки».
При закреплении датчика в корпусе устройства его надежно фиксируют расплавленным парафином или моментальным клеем.
Таким образом удается обеспечить максимальную стабильность функционирования РДП.
По особенностям своей конструкции (вакуум внутри стеклянного корпуса) РДП 8610 практически не допускает ложных срабатываний. Диапазон рабочих температур от -30 до +45 °C. При соответствующей защите от внешних воздействий РДП эффективно работает в жидких, влажных средах и в условиях повышенной вибрации, что делает его практически незаменимым в ряде нестандартных ситуаций.
Варианты практического применения
Вариантов применения такого и подобных датчиков может быть очень много. К примеру, при