Tại sao các máy dò điện áp không tiếp xúc nhạy cảm với rung động?

Tôi đã nhận thấy rằng nếu tôi đặt một máy dò điện áp không tiếp xúc vào lòng bàn tay thì đèn LED sẽ nhấp nháy. Tôi đã thử điều này với bốn sáu máy dò khác nhau, mỗi máy phát hiện một nhãn hiệu khác nhau và mỗi loại rõ ràng là một cách thực hiện khác nhau. (Và không, không ai trong số họ xuất hiện để chia sẻ một ODM .)

Tại sao lại thế này?

Tôi đã mua một NCVD giá rẻ thể hiện hành vi này và đảo ngược sơ đồ này:

Dưới đây là hình ảnh của PCB bên trong:

Như bạn có thể thấy, dây dẫn của điện trở tôi đang gọi R2 kéo dài vào đầu của đầu dò. Ban đầu tôi nghĩ rằng nó hoạt động như một chiếc bán tải quy nạp, nhưng nếu bạn nhìn vào hình ảnh của các thiết bị cạnh tranh, bạn sẽ thấy rằng những người khác sử dụng một tấm cứng ở đây. Có nhiều khả năng đây là hoạt động như một bản của một tụ điện.

Phần còn lại của mạch trông giống như một loại điều hòa tín hiệu khá đơn giản. IC chính là biến tần hexittitt 74HC14 trong SO-14.

Tôi không nghĩ rằng tôi đang thấy một hiệu ứng áp điện ở đây. Ba tụ điện là gốm, và do đó chịu các hiệu ứng này, nhưng không ai trong số ba tụ điện thực sự gây ấn tượng với tôi:

• C1 là một nắp bỏ qua. Đầu của nó được ghim bằng nguồn điện, và trong mọi trường hợp điện áp nhỏ được đặt trên các chân nguồn 74HC14 không giải thích điều này.

• C2 được buộc ở một bên với đầu ra trở kháng thấp, và bên kia là đường ray điện áp thông qua điện trở kéo lên lớn R4. Tôi nghĩ một trong hai sẽ ăn bất kỳ điện áp áp điện nhỏ nào được tạo ra.

• C3 có thể có khả năng như thế này, nhưng tôi nghĩ điểm tiếp theo giải thích tại sao nó không chịu trách nhiệm.

Khi tôi đã rút được PCB ra khỏi "cây bút", tôi đã hàn một số dây hookup với nó để tôi có thể cấp nguồn từ nguồn cung cấp băng ghế dự bị của mình, sau đó thử tái tạo hiệu ứng và thất bại. Tôi đã thử đập PCB vào băng ghế làm việc của mình, giữ dây hookup mà bạn có thể thấy, làm việc như một đòn roi. Tôi cũng đã thử đập nó bằng tăm, uốn cong nó như cánh tay của máy phóng thô và để nó đi để tay tôi không bao giờ chạm vào PCB.

Sau đó, theo yêu cầu của Phil Frost, tôi đã lặp lại các thử nghiệm đó bằng cách sử dụng bộ giữ pin 2 × AAA, được hàn vào bảng bằng dây móc nối 1 chân, để tôi có thể tấn công PCB và pin một cách độc lập. Hiệu ứng thất bại không thể tái diễn trong cấu hình này: không bị nảy tiếp xúc với pin hay rung PCB dường như là nguyên nhân gây ra hiệu ứng này.

Hiệu quả không hoàn toàn do người thử nghiệm bị giữ bởi một con người. Nếu bạn lấy một người kiểm tra chịu hiệu ứng và thả nó lên một bề mặt cách điện, nó vẫn xảy ra. Nếu bạn không ngại mạo hiểm với người thử nghiệm của mình dưới danh nghĩa Khoa học, hãy thả nó từ chân xuống hoặc bạn sẽ thấy rằng ánh sáng không nhấp nháy cho đến khi va chạm. Ảnh hưởng không phải do con người buông thử.

Tôi chỉ có thể kết luận rằng có một cái gì đó về việc thực hiện vật lý của sản phẩm cuối cùng gây ra hiệu ứng. Đối với một điều, vỏ nhựa trên đầu dò sẽ thay đổi điện dung, vì nó sẽ có độ thấm tương đối cao hơn không khí.

Thiết bị này hoạt động trên khớp nối điện dung, không phải khớp nối cảm ứng, như cuộn cảm mà bạn đã gắn nhãn "chì R2" gợi ý. Khớp điện dung có ưu điểm là hoạt động tốt như nhau bất kể dòng điện chạy trong dây là bao nhiêu. Bạn có thể muốn biết rằng dây đang hoạt động ngay cả khi ánh sáng tắt vào lúc này, vì vậy điều này là tốt.

Điều này có lẽ cũng giải thích tại sao chì R2 bị uốn cong. Điều này phục vụ để tăng diện tích bề mặt hiệu quả của tấm đó của tụ điện, tăng điện dung. Người thử nghiệm của tôi (Klein Tools NCVT-1) có đầu dò rắn, phẳng ở đầu.

Thay vào đó, dây dẫn của R2 là một tấm của tụ điện và tay của bạn là mặt khác:

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Hãy nhớ lại rằng điện dung là tỷ lệ của điện tích với điện áp:

Nhưng bạn có thể sắp xếp lại như:

Chúng tôi không biết những gì $Q$ là, nhưng chúng ta biết rằng nó gần như không đổi, do trở kháng đầu vào rất cao của U1A.

Hơn nữa, chúng ta biết rằng điện dung là một chức năng của sự tách biệt giữa các bản, do đó, khi bàn tay của bạn di chuyển về phía hoặc ra khỏi đầu dò, C đang thay đổi. Vì vậy, nếu Q không thay đổi đủ nhanh để có ý nghĩa và C thay đổi nhanh chóng khi bạn di chuyển bàn tay của bạn (một tấm) lại gần hoặc xa hơn so với tấm kia (đạo trình điện trở), thì$V$phải thay đổi. Tiếng kêu bíp!

Thực tế bạn có thể có được hiệu ứng này bằng cách di chuyển đầu dò nhanh chóng về phía hoặc ra khỏi bất kỳ vật dẫn điện nào. Tôi đã nhiều lần quan sát đầu dò của tôi phát ra tiếng bíp ngắn khi tôi mang nó đến gần một mạch tôi đã ngắt kết nối ở bộ ngắt mạch.

Để xác thực lời giải thích này, hãy thử thí nghiệm này: chạm đầu dò vào tay bạn, nhanh chóng và mạnh mẽ, cho đến khi nó phát ra tiếng bíp thường xuyên. Sau đó, giảm vòi của bạn xuống vẫn còn hơi nhanh, nhưng tiếp xúc nhẹ nhàng, hoặc thậm chí không liên lạc hoàn toàn, bằng tay của bạn. Bạn nên tìm thấy nó khá nhạy cảm. Bây giờ, giữ nó chạm vào tay bạn một lát. Mười giây là đủ với người thử nghiệm của tôi. Bây giờ hãy thử cùng một mô hình liên lạc nhẹ nhàng. Bạn sẽ thấy nó ít nhạy cảm hơn nhiều.

Đây là những gì tôi mong đợi đang xảy ra: khi bạn trải qua vòng đánh ban đầu, bạn tăng điện tích lên tụ điện bằng cách truyền nhiều tiếng ồn qua hiệu ứng điện áp, điện dung thay đổi mạnh mẽ vào tay bạn, dòng điện RF được cơ thể bạn ghép lại, ghép nối thông qua điện dung, hiệu ứng microphonic, làm chói pin, vân vân. Điểm là, khi bạn đã hoàn thành,$Q$rất có thể khác không. Điều này làm tăng sự dao động điện áp khi bạn thay đổi điện dung giữa đầu dò và tay của bạn, và do đó, độ nhạy.

Khi bạn giữ đầu dò gần tay, sự phân tách điện tích bạn thiết lập ban đầu có cơ hội cân bằng thông qua các đường rò qua tụ điện. Vì chúng ta đang nói về trở kháng rất cao và điện tích thấp, không cần phải rò rỉ nhiều.

Tôi đã cố gắng tái tạo các bài kiểm tra thả của bạn, nhưng không thể, đáng tin cậy. Tôi không muốn hy sinh người thử nghiệm của mình để hàn các tiếp điểm, vì vậy tôi đã thử nghiệm với một người thử nghiệm chưa sửa đổi. Nếu tôi đập đầu dò vào tay, tôi có thể làm cho nó phát ra tiếng bíp. Nhưng nếu tôi đập vào đầu đối diện của thiết bị và tôi cẩn thận không giữ thiết bị ở bất kỳ cách nào để gần với đầu dò, nó sẽ không phát ra tiếng bíp. Tôi cho rằng việc tiếp xúc với pin nảy vẫn có thể giải thích cho hành vi này và bằng cách đập vào đầu bên kia, tôi chỉ không làm hỏng pin một cách hiệu quả. Tuy nhiên, pin jarring không giải thích thí nghiệm tôi đã mô tả trước đây. Có lẽ cả hai cơ chế đều có ý nghĩa.

Tát, lắc hoặc làm rơi thiết bị bằng pin có thể làm hỏng pin, tạm thời ngắt kết nối các mạch bên trong khỏi nguồn điện. Điều này buộc thiết bị phải chạy qua khởi động cho đến khi nguồn điện đủ tin cậy. Điều này có thể gây ra hành vi kỳ lạ của mạch, vì các nút bên trong có thể đi vào trạng thái bất thường trong khi bật nguồn.

Phản hồi có thể khác nhau giữa các thiết bị khác nhau do các cơ chế khác nhau đảm bảo pin. Một số pin an toàn hơn các pin khác và không bị giật nhiều khi bị tát.

Để kiểm tra xem hiệu ứng này có gây ra lỗi trong thiết bị hay không, có một số thử nghiệm có thể được thực hiện:

1) Làm cho vỏ pin và các tiếp điểm mạnh hơn chống sốc cơ học và thực hiện lại kích thích cơ học. Nếu hành vi lạ không còn được quan sát, có khả năng là do hiệu ứng được mô tả ở trên.

2) Kết nối máy hiện sóng để theo dõi nguồn điện bên trong. Điều này nên được thực hiện mà không ảnh hưởng đến việc thiết lập thử nghiệm quá nhiều. Đó là, bạn muốn giữ thiết bị giống nhất có thể với trạng thái mà sự cố hoặc hành vi lạ được quan sát thấy. Áp dụng sốc cơ học và quan sát nếu có dao động xảy ra trên nguồn điện sử dụng máy hiện sóng. Nếu hành vi lạ trong mạch vẫn được quan sát, nhưng nguồn cung cấp điện không bị ảnh hưởng, phải có một số hiệu ứng khác gây ra hành vi lạ. Nếu hành vi lạ được quan sát và nguồn cung cấp có biến động đáng kể, chế độ thất bại có thể sẽ được mô tả ở trên. Nếu hành vi lạ không được quan sát trong quá trình thử nghiệm, thì kết quả là không kết luận.

Không thể nói chắc chắn, nhưng thiết bị được nối đất thông qua điện dung đi lạc của cơ thể bạn với mặt đất. Tát nó sẽ thay đổi điện dung này, và có thể làm một cái gì đó cho mạch. Hãy thử chạm vào bàn hoặc bề mặt không dẫn điện khác để loại trừ nguồn áp điện.