玻璃破碎的声音

篇一：玻璃破碎报警器

自动检测技术与应用 项目报告 学校： 广东水利电力职业技术学院系别： 自动化工程系 班别： 13嵌入式系统班 姓名： 陈 秋 娥 学号： 131202105 指导老师： 何 玲 日期： 2014-12-14

引言

很多贵重物品柜台如珠宝店，展览橱

窗、博物馆等场合为防盗和防抢劫，希望安装一种玻璃破碎能自动报警的装置。这种报警装置需要能够最大限度的防止误报警，并且准确的将报警信号传达到中央控制室甚至警方，以保证贵重物品的安全。我们提供的玻璃破碎报警系统的方案，可以高效的收集危机信号，并且以最快速度报告给中央控制中心，并且考虑到了断电这一不确定因素对报警的影响，为贵重物品安全提供了一个非常强力的保障。

目录

引言 ........................................ 2

1.使用背景 .................................. 4

2.压电效应 .................................. 4

3.工作原理 .................................. 6

4.灵敏度 .................................... 7

5.频率特性 .................................. 9

6.方案设计 ................................. 10

7.电路原理图 ............................... 12

8.电路设计分析 ............................. 13

9.设计总结 ................................. 18

10.参考文献 ................................ 19

1.使用背景

一般的贵重物品柜台如珠宝店，展览橱窗、博物馆等场合周遭会有很多杂音，其频率一般为10kHZ以下（如说话、走路、车辆驶过的声音信号），而玻璃破碎的声音振动频率在10k～15kHZ范围。报警系统需要甄别传感器传输的数据，仅在数据显示需要报警的频段进行报警；考虑到现代犯罪通常会切断通用电源，报警系统和传感器系统需要能够在通用电源不能正常提供工作电压（电压过低或断电）时及时切换备用电源；对于一些比较敏感的场合（重要展览馆或展厅）需要将报警信号与警方联动，达到真正意义上保护贵重物品的要求。

2.压电效应

压电式传感器的工作原理是以某些物质的压电效应为基础。这些物质在沿一定方向受到压力或拉力而发生变形时，其表面上

会产生电荷；若将外力去掉

时，它们又重新回到不带电

的状态，这种现象就称为压

电效应。而具有这种压电效

应的物体称为压电材料或

压电元件。常见的压电材料

有石英、钛酸钡等。

左图示为天然结构的石英晶体，它是个六角形晶柱。在直角坐标系中z轴表示其纵向轴，称为光轴；x轴平行于正六面体的棱线，称为电轴；y轴垂直于正六面体棱面，称为机械轴。通常把沿电轴方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向压电效应”；而把沿机械轴方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“横向压电效应”；在光轴方向受力时则不产生压电效应。

压电效应可分为正压电效应和逆压电效应

正压电是指：当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。压电式传感器大多是利用正压电效应制成的。

逆压电是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象。用逆压电效应制造的变送器可用于电声和超声工程。压电敏感元件的受力变形有厚度变形型、长度变形型、体积变形型、厚度切变型、平面切变型5

种基本形式。压电晶体是各向异性的，并非所有晶

篇二：电压式玻璃破碎报警器

压电式玻璃破碎报警器

日

一、 选题的意义

在很多安全场合，比如文物防盗、博物馆防盗和重要机密或重要文件保存，都需要设置玻璃破碎报警器来保证其安全。目前采用最多的就是压电式玻璃破碎报警器，它具有使用频带宽、灵敏度高、结构简单、工作可靠、质量轻、测量范围广等许多优点。

二、 工作原理

压电陶瓷片具有正压电效应：压电陶瓷片在外力作用下产

生扭曲、变形时将会在其表面产生电荷，且产生的电荷量Q与作用力成正比，Q=d33F，d33为陶瓷的压电系数，F为极化方向作用力。压电传感器还具有一个重要特点：只能用于测量动态变化的信号，高频响应较好。

玻璃破碎时会产生10k~15k的高频声音信号，该信号可使压电传感器的压电元件产生正压电效应。因而压电陶瓷片

可对玻璃破碎信号进行有效检测，并对10kHz以下的声音有较强的抑制作用，从而检测玻璃是否发生破碎。玻璃破碎声发射频率的高低、强度的大小同玻璃的厚度、材料有关。使用石英玻璃在25℃、湿度25%时的破碎频率为12kHz。

三、方案论证

在玻璃附近安装压电传感器，当压电元件表面因玻璃破碎产生的高频声音信号而受振动时，压电传感器就会产生一定的电压脉冲。该电压经放大后送入带通滤波器，以提高灵敏度和减少误报。压电传感器产生的是交流信号，需经过交直流变换变成直流信号后才能送入比较器。比较器产生标准的下降电压引起单片机中断执行显示、报警操作。 系统总体框图如下：

图1 系统总体框图

四、 硬件设计

1、压电传感器

选用压电陶瓷作为压电传感器，压电传感器可等效为一个

电压源，如图所示：

图2 压电传感器等效电路

Ca为压电传感器等效电容、Ra为传感器漏电阻，Cc为

电缆电容，Ri是后级电路的输入阻抗，Ci是其输入电容，R=Ra//Ri。

若压电元件受正弦力f = Fmsinωt的作用时，经计算前置放大器输入电压Ui的幅值为：

Uim?

dFm?R??R(Ca?Cc?Ci)

2

2

令ω0=1/［R（Ca + Cc + Ci）］，当 ω/ω0>3 时，可认

为Uim与ω无关。利用压电传感器可检测玻璃破碎产生信号的强弱。

2、前置放大电路

压电传感器输出电压信号很微弱，通常只有几十毫伏，而

且压电传感器输出阻抗很高。为达到阻抗匹配和信号放大的

篇三：压电式玻璃破碎报警器

HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

《传感器原理及应用》课程

课 外 学 分

项 目 名 称 压电式玻璃破碎报警器 项 目 组 成 员

成 绩

机械与汽车工程学院 机械电子工程系

二零一四 年 五 月

压电式玻璃破碎报警器

摘要：我们设计的是压电式玻璃破碎报警器。在很多安全场合，比如博物馆防盗和重要机密或重要文件保存以及家用防盗，都需要设置玻璃破碎报警器来保证其安全。目前采用最多的就是压电式玻璃破碎报警器，它具有使用频带宽、灵敏度高、结构简单、工作可靠、质量轻、测量范围广等许多优点。

1压电效应

压电式传感器的工作原理是以某些物质的压电效应为基础。这些物质在沿一定方向受到压力或拉力而发生变形时，其表面上会产生电荷；若将外力去掉时，它们又重新回到不带电的状态，这种现象就称为压电效应。而具有这种压电效应的物体称为压电材料或压电元件。常见的压电材料有石英、钛酸钡等。

左图示为天然结构的石英晶体，它是个六角形晶柱。在直角坐标系中z轴表示其纵向轴，称为光轴；x轴平行于正六面体的棱线，称为电轴；y轴垂直于正六面体棱面，称为机械轴。通常把沿电轴方向的力作用下产生电荷的压电效应称

为“纵向压电效应”；而把沿机械轴

方向的力作用下产生电荷的压电效

应称为“横向压电效应”；在光轴方

向受力时则不产生压电效应。

压电效应可分为正压电效应和

逆压电效应

正压电是指：当晶体受到某固

定方向外力的作用时,内部就产生

电极化现象,同时在某两个表面上

产生符号相反的电荷；当外力撤去

后，晶体又恢复到不带电的状态；

当外力作用方向改变时，电荷的极

性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。压电式传感器大多是利用正压电效应制成的。

逆压电是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象。用逆压电效应制造的变送器可用于电声和超声工程。压电敏感元件的受力变形有厚度变形型、长度变形型、体积变形型、厚度切变型、平面切变型5

种基本形式。压电晶体是各向异

性的，并非所有晶体都能在这5种状态下产生压电效应。例如石英晶体就没有体积变形压电效应，但具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。

2工作原理

压电陶瓷片具有正压电效应：压电陶瓷片在外力作用下产生扭曲、变形时将会在其表面产生电荷，且产生的电荷量Q与作用力成正比，Q=d33F，d33为陶瓷的压电系数，F为极化方向作用力。压电传感器还具有一个重要特点：只能用于测量动态变化的信号，高频响应较好。压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料，呈电中性，不具有压电性质。当外加电场增强到一定程度，材料的极化达到饱和程度时，所有电畴极化方向与外电场方向一致，即使外电场去掉，电畴极化方向基本不变，此时材料才具有压电特性。

玻璃破碎时会产生10k~15k的高频声音信号，该信号可使压电传感器的压电元件产生正压电效应。因而压电陶瓷片可对玻璃破碎信号进行有效检测，并对10kHz以下的声音有较强的抑制作用，从而检测玻璃是否发生破碎。玻璃破碎声发射频率的高低、强度的大小同玻璃的厚度、材料有关。使用石英玻璃在25℃、湿度25%时的破碎频率为12kHz。

玻璃破碎探测器按照工作原理的不同大致分为两大类：一类是声控型的单技术玻璃破碎探测器，它实际上是一种具有选频作用（带宽10到15KHz）的具有特殊用途（可将玻璃破碎时产生的高频信号驱除）的声控报警探测器。另一类是双技术玻璃破碎探测器，其中包括声控-震动型和次声波-玻璃破碎高频声响型。声控-震动型是将声控与震动探测两种技术组合在一起，只有同时探测到玻璃破碎时发出的高频声音信号和敲击玻璃引起的震动，才输出报警信号。

次声波-玻璃破碎高频声响双技术探测器是将次声波探测技术和玻璃破碎高频声响探测技术组合到一起，只有同时探测敲击玻璃和玻璃破碎时发出的高频声响信号和引起的次声波信号才触发报警。

玻璃破碎探测器要尽量靠近所要保护的玻璃，尽量远离噪声干扰源，如尖锐的金属撞击声、铃声、汽笛的啸叫声等，减少误报警。

3灵敏度

传感器的灵敏度有两种表示法：当它与电荷放大器配合使用时，用电荷灵敏度Sq表示；与电压放大器配合使用时，用电压灵敏度Sv表示，其一般表达式为

和

下面以常用的压电陶瓷加速度传感器为例讨论影响灵敏度的因素。

压电陶瓷元件受外力后表面上产生的电荷为Q=d33F，因为传感器质量块ｍ的加速度ａ与作用在质量块上的力Ｆ有如下关系，即

F=ma

这样，压电式加速度传感器的电荷灵敏度与电压灵敏度就可用下式表示，即

由上两式可知：压电式加速度传感器的灵敏度与压电材料的压电系数成正比，也和质量块的质量成正比。为了提高传感器的灵敏度，应当选用压电系数大的压电材料做压电元件，在一般精度要求的测量中，大多采用以压电陶瓷为敏感元件的传感器。

4频率特性

压电式加速度传感器，可以简化成由集中质量ｍ、集中弹

簧刚度ｋ和阻尼系数ｃ组成的二阶单自由度系统，因此，当传

感器感受振动体的加速度时，可以列出下列运动方程式

式改写为

篇四：玻璃破碎探测器

玻璃破碎探测器

利用压电陶瓷片的压电效应（压电陶瓷片在外力作用下产生扭曲、变形时将会在其表面产生电荷），可以制成玻璃破碎入侵探测器。对高频的玻璃破碎声音（10k～15kHZ）进行有效检测，而对10kHZ以下的声音信号（如说话、走路声）有较强的抑制作用。玻璃破碎声发射频率的高低、强度的大小同玻璃厚度、面积有关。

玻璃破碎探测器按照工作原理的不同大致分为两大类：一类是声控型的单技术玻璃破碎探测器，它实际上是一种具有选频作用（带宽10到15KHz）的具有特殊用途（可将玻璃破碎时产生的高频信号驱除）的声控报警探测器。另一类是双技术玻璃破碎探测器，其中包括声控-震动型和次声波-玻璃破碎高频声响型。

声控-震动型是将声控与震动探测两种技术组合在一起，只有同时探测到玻璃破碎时发出的高频声音信号和敲击玻璃引起的震动，才输出报警信号。

次声波-玻璃破碎高频声响双技术探测器是将次声波探测技术和玻璃破碎高频声响探测技术组合到一起，只有同时探测敲击玻璃和玻璃破碎时发出的高频声响信号和引起的次声波信号才触发报警。

玻璃破碎探测器要尽量靠近所要保护的玻璃，尽量远离噪声干扰源，如尖锐的金属撞击声、铃声、汽笛的啸叫声等，减少误报警。

无线玻璃破碎探测器

功能特点：

采用双频率模式识别，9m的探测范围，墙壁和前盖防拆保护，带壁挂/吸顶旋转支架的设计是为实现最佳安装性能。RWT6G能够探测绝大多数常见玻璃的破碎，如：平板玻璃、钢化玻璃、夹层玻璃和嵌丝玻璃，同时忽略非框架式玻璃破碎，或其它可能的误报警源。

有线玻璃破碎探测器

功能特点：

采用微电脑处理，排除一切非框架安装玻璃及其他物体(如钥匙、电话铃、电视、空调等)的声音所造成的误报。适用于平板玻璃、钢化玻璃、叠层玻璃和镀膜玻璃。

对保护区内的所有声音，以每秒40000次的取样后，经过先进的微电脑数字处理技术，对30个相关的时间段的声音进行分析和滤波，以做出准确的判断。

精细的智能型听觉能够分辨出各类玻璃的破碎声音，而排除所有非框架式玻璃破碎的声音和其他可能引起误报警的声源 ( 钥匙、电话铃、空调等) 。

篇五：压电式玻璃破碎报警器工作原理

二、 工作原理

压电陶瓷片具有正压电效应：压电陶瓷片在外力作用下产生扭曲、变形时将会在其表面产生电荷，且产生的电荷量Q与作用力成正比，Q=d33F，d33为陶瓷的压电系数，F为极化

方向作用力。压电传感器还具有一个重要特点：只能用于测量动态变化的信号，高频响应较好。

玻璃破碎时会产生10k~15k的高频声音信号，该信号可使压电传感器的压电元件产生正压电效应。因而压电陶瓷片可对玻璃破碎信号进行有效检测，并对10kHz以下的声音有较强的抑制作用，从而检测玻璃是否发生破碎。玻璃破碎声发射频率的高低、强度的大小同玻璃的厚度、材料有关。使用石英玻璃在25℃、湿度25%时的破碎频率为12kHz。

三、方案论证

(来自:WWw.SmhaiDa.com 海达范文网:玻璃破碎的声音)

在玻璃附近安装压电传感器，当压电元件表面因玻璃破碎产生的高频声音信号而受振动时，压电传感器就会产生一定的电压脉冲。该电压经放大后送入带通滤波器，以提高灵敏度和减少误报。压电传感器产生的是交流信号，需经过交直流变换变成直流信号后才能送入比较器。比较器产生标准的下降电压引起单片机中断执行显示、报警操作。

系统总体框图如下

生电荷），可以制成玻璃破碎入侵探测器。对高频的玻璃破碎声音（10k～15kHZ）进行有效检测，而对10kHZ以下的声音信号（如说话、走路声）有较强的抑制作用。玻璃破碎声发射频率的高低、强度的大小同玻璃厚度、面积有关。

玻璃破碎探测器按照工作原理的不同大致分为两大类：一类是声控型的单技术玻璃破碎探测器，它实际上是一种具有选频作用（带宽10到15KHz）的具有特殊用途（可将玻璃包括声控-震动型和次声波-玻璃破碎高频声响型。

声控-震动型是将声控与震动探测两种技术组合在一起，只有同时探测到玻璃破碎时发出的高频声音信号和敲击玻璃引起的震动，才输出报警信号。

次声波-玻璃破碎高频声响双技术探测器是将次声波探测技术和玻璃破碎高频声响探测技术组合到一起，只有同时探测敲击玻璃和玻璃破碎时发出的高频声响信号和引起的次声波信号才触发报警。

玻璃破碎探测器要尽量靠近所要保护的玻璃，尽量远离噪声干扰源，如尖锐的金属撞击声、铃声、汽笛的啸叫声等，减少误报警。

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