Un détecteur de vibrations

Ce montage, capable de détecter tout type de vibrations mécaniques, peut être utilisé pour résoudre divers problèmes quotidiens. Pour réaliser ce capteur, nous avons utilisé de petits disques piézoélectriques comme on en trouve dans les buzzers. Il trouvera son application soit dans des systèmes d'alarme soit dans des systèmes de sécurité.


L’idée de ce montage est née de l’exaspération de quelques locataires d’un immeuble qui, garant leur voiture sur leur emplacement, la retrouvaient trop souvent le matin avec la carrosserie écornée et, bien sûr, sans aucune indication de l’identité du fautif.
Bien déterminés à confondre le locataire malotru sans scrupule se procurant de l’espace pour effectuer ses manoeuvres maladroites au détriment des véhicules voisins, ils décidèrent d’installer à bord ce circuit sensible aux vibrations.
C’est ainsi qu’en quelques nuits ils découvrirent que l’écorneur de tôles impénitent n’était autre que le fils d’un locataire, jeune conducteur, rentrant au petit matin de sa nuit en discothèque, un peu éméché, ayant perdu le sens récemment acquis de la géométrie des parcs auto et surtout celui, sans doute pas encore appris, de sa responsabilité dans les dommages causés à autrui.

Un antivol original
Ce circuit sensible aux vibrations peut servir non seulement pour être immédiatement avisé si quelqu’un heurte votre voiture ou votre moto garée, mais aussi si un rôdeur tente de forcer la porte de votre maison.
Nous allons maintenant vous expliquer ce que nous avons utilisé pour servir de détecteur (ou capteur) de vibrations excitant un relais destiné à actionner une petite sirène ou tout autre élément pouvant être commandé par un relais.

Le petit disque piézo-électrique
A l’intérieur des buzzers piézo-électriques se trouve un petit disque (figures 3 et 4) servant à émettre un son quand on applique à ses bornes une fréquence acoustique.
Ces petits disques peuvent aussi fonctionner en sens inverse, c’est-à-dire que si on les fait vibrer mécaniquement, on peut, à leurs bornes, prélever un signal BF de 20 mV environ.
Cette caractéristique, obtenir un signal électrique en faisant vibrer une capsule piézo-électrique, est mise à profit dans les “pick-up” (têtes de platines disques vinyle) pour exploiter les sons produits quand leur pointe parcourt le sillon du disque noir.
Nous vous rassurons par avance en précisant que pour vous procurer ce petit disque piézo-électrique vous n’aurez à acheter aucun buzzer coûteux pour ensuite le détruire afin d’en extraire le précieux petit disque : en effet ce dernier est disponible seul et à bas prix.

Comment faire vibrer ce petit disque ?
Pour faire vibrer ce petit disque, il faut souder, sur sa face entièrement en laiton, un fil rigide, de fer ou de laiton, d’un diamètre de 2 millimètres et d’une longueur de 70 millimètres (figures 3 et 4).
Vous devrez, ensuite, insérer l’extrémité libre du fil dans un bornier à 3 pôles servant de “contrepoids” pour transmettre les vibrations détectées par le disque piézo-électrique.
Le signal électrique émis par ce disque est prélevé du côté où la surface est complètement blanche et, pour ce faire, il est nécessaire d’y souder un fin fil de cuivre relié à l’entrée inverseuse de l’amplificateur opérationnel IC1-A à travers la résistance R3 de 10 kilohms (figures 1 et 5).
Le côté opposé, dont la surface est entièrement en laiton, est relié à la broche non-inverseuse + de IC1-A et alimenté par la tension positive de 6 V présente aux bornes des résistances R1 et R2.

Le schéma électrique
On l’a dit déjà, le signal électrique produit par les vibrations prélevées sur les deux côtés du disque piézo-électrique, est appliqué sur les broches d’entrée du premier amplificateur opérationnel IC1-A chargé de l’amplifier environ 100 fois (figure 1).
Le signal amplifié sortant de la broche 7 de IC1-A est redressé par la diode au silicium DS1 et la tension continue est utilisée pour charger le condensateur électrolytique C5, placé à l’entrée inverseuse du second amplificateur opérationnel IC1-B.
L’entrée opposée non-inverseuse du même IC1-B est reliée, à travers la résistance R8, au curseur du trimmer R6 servant à contrôler la sensibilité. Chaque fois que le disque piézo-électrique perçoit une vibration, la LED DL1 reliée à la broche de sortie 1 de IC1-B s’allume.
L’impulsion allumant cette LED entre, par l’intermédiaire du condensateur C6, dans la broche 2 de IC2, un circuit intégré NE555 monté en multivibrateur monostable.
A chaque impulsion entrant dans la broche 2 de IC2, on prélève sur la broche 3 une tension positive qui, polarisant la base du transistor NPN TR2, le met en conduction, ce qui excite le relais relié à son collecteur.
Quand le relais est excité, la LED DL2, reliée en parallèle à la bobine du relais, s’allume.
Le circuit constitué par les résistances R12, R16, R17, le condensateur électrolytique C9 et les diodes DS2, DS3, DS4, sert à éviter qu’à chaque fois que le relais retombe, sa vibration mécanique ne soit détectée par le disque piézoélectrique, ce qui l’exciterait à nouveau.
Le trimmer R14, relié aux broches 6 et 7, sert à maintenir le relais excité pendant une durée pouvant varier entre 2 secondes et 2 minutes.
Le transistor TR1, dont le collecteur est relié à la broche 4 de IC2, veille à maintenir la réinitialisation de ce circuit intégré pendant 10 secondes environ, chaque fois que le montage est mis sous tension. Cette fonction est nécessaire pour éviter que le détecteur ne commande le relais avant que l’on ait pu quitter la voiture et avoir refermé les portières.
Tout le circuit peut être alimenté par une tension stabilisée de 12 V.

Figure 1 : Schéma électrique du détecteur de vibrations. Sur les petits disques piézo-électriques, on prélève le signal produit par toute vibration mécanique et on l’applique sur les deux broches d’entrée de l’amplificateur opérationnel IC1-A (figures 5 et 6).

Figure 2 : Photo de notre détecteur de vibrations.

Figure 3 : Du côté entièrement en laiton du petit disque, soudez un fil rigide de 2 millimètres de diamètre et de 70 millimètres de long environ.

Figure 4 : A l’extrémité du fil, on fixera un contrepoids (le bornier) servant à transmettre les vibrations au disque piézo-électrique.

Figure 5a : Schéma d’implantation des composants du détecteur de vibrations.
Le petit disque de la capsule piézo-électrique est à insérer dans la fente située près de R3 puis à souder. Sur la surface “blanche” du petit disque, soudez un fin fil de cuivre servant à prélever le signal.


Figure 5b : Dessins, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés du détecteur de vibrations. Côté composants.

Figure 5c : Dessins, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés du détecteur de vibrations. Côté soudures.

Liste des composants
R1 = 10 kΩ
R2 = 10 kΩ
R3 = 10 kΩ
R4 = 1 MΩ
R5 = 1,5 kΩ
R6 = 1 kΩ trimmer
R7 = 2,2 kΩ
R8 = 10 kΩ
R9 = 1 MΩ
R10 = 1 MΩ
R11 = 1 kΩ
R12 = 10 kΩ
R13 = 22 kΩ
R14 = 1 MΩ trimmer
R15 = 10 kΩ
R16 = 47 Ω
R17 = 3,9 kΩ
R18 = 10 kΩ
R19 = 22 kΩ
R20 = 47 kΩ
R21 = 47 kΩ
R22 = 1 kΩ
C1 = 100 nF polyester
C2 = 10 μF électrolytique
C3 = 1,5 nF polyester
C4 = 10 μF électrolytique
C5 = 2,2 μF électrolytique
C6 = 100 nF polyester
C7 = 100 μF électrolytique
C8 = 10 nF polyester
C9 = 100 μF électrolytique
C10 = 100 μF électrolytique
C11 = 100 nF polyester
DS1 = Diode 1N4148
DS2 = Diode 1N4148
DS3 = Diode 1N4148
DS4 = Diode 1N4148
DS5 = Diode 1N4148
DS6 = Diode 1N4007
DL1 = Diode LED
DL2 = Diode LED
TR1 = NPN BC547
TR2 = NPN BC547
IC1 = Intégré LM358
IC2 = Intégré NE555
RELAIS1 = Relais 12 V 1RT


Figure 6 : Photo d’un des prototypes du détecteur de vibrations. Après avoir soudé le petit disque dans la fente du circuit imprimé, il faut aussi fixer à l’extrémité du fil un contrepoids et pour cela nous nous servons d’un bornier à 3 pôles.

Figure 7 : Brochages des deux circuits intégrés LM358 et NE555 vus de dessus et avec le repère-détrompeur en U vers la gauche. Brochages du transistor BC547 vu de dessous et de la LED (la patte la plus longue est l’anode).

Figure 8 : Schéma d’implantation des composants montrant, cette fois, le petit disque inséré et soudé dans sa fente et le contrepoids mis en place (ici bornier à 3 pôles, mais un autre objet fera l’affaire, par exemple un écrou ou un “plomb” de scellement).

La réalisation pratique
Sur le circuit imprimé double face à trous métallisés, vous devez monter tous les composants comme on le voit figure 5. Nous vous conseillons de commencer par les supports des circuits intégrés IC1 et IC2 et, après avoir soudé toutes les broches, poursuivez avec les résistances en contrôlant bien leur valeur.
Côté gauche du circuit imprimé, insérez le trimmer R6 de 1 kilohm. Au centre, insérez le trimmer R14 de 1 mégohm.
Ensuite, vous pouvez commencer à enfiler et souder les diodes DS1 à DS6 en orientant leur bague-détrompeur comme le montre la figure 5.
Après ces composants, montez les condensateurs polyesters et les condensateurs électrolytiques, en respectant, bien entendu, la polarité de ces derniers.
Insérez et soudez les deux transistors TR1 et TR2 sans raccourcir leurs pattes, en orientant leur méplat dans le bon sens, toujours indiqué par la figure 5.
A la fin, insérez et soudez le relais et les deux borniers qui le jouxtent, puis insérez les deux circuits intégrés dans leurs supports avec leurs repère-détrompeurs en U orientés dans le bon sens, indiqué par la figure 5 : le LM358 (IC1) repère-détrompeur vers la droite et le NE555 (IC2) repère-détrompeur vers la gauche (les deux repère-détrompeurs se font face).
Cet appareil pouvant être dissimulé dans la voiture ou dans la maison, nous n’avons prévu aucun boîtier (mais vous pouvez en prévoir un) : aussi, les LED peuvent être insérées directement sur le circuit imprimé en respectant la polarité de leurs pattes.
Pour compléter votre détecteur de vibrations, vous n’avez plus qu’à insérer, dans la fente prévue sur le circuit imprimé, près de R3, le disque piézoélectrique et le souder des deux côtés, comme le montre la figure 8.
Sur la face opposée du disque, la face “blanche”, soudez un fin fil de cuivre allant au trou situé près de R3 (figure 5). Si vous utilisez du fil émaillé, n’oubliez pas, avant de le souder, de gratter la couche isolante d’émail avec un couteau ou de la toile émeri, sinon la soudure ne prendrait pas et le contact ne se ferait pas.
Nous avons choisi d’insérer le disque piézo-électrique directement dans le circuit imprimé mais on pourrait aussi bien prévoir un circuit imprimé séparé pour le disque seul : on pourrait alors placer ce capteur à distance, par exemple dans le coffre de la voiture ou dans une portière, en le fixant avec des points de colle.
Pour amener le signal du disque au circuit imprimé, on peut utiliser un petit câble blindé dont la tresse serait reliée à la piste allant à l’entrée non-inverseuse de IC1-A et l’âme portant le signal à la piste allant à la résistance d’entrée R3.

Le réglage et les essais
Quand le montage est terminé, vous devez régler le trimmer de sensibilité R6 et le trimmer de temporisation, réglant la durée d’excitation du relais, R14.
Pour effectuer cette opération, vous n’avez besoin d’aucun instrument de mesure : un petit tournevis suffit.
Pour commencer, tournez à mi-course le curseur des deux trimmers R6 et R14, puis mettez votre détecteur de vibrations sur une table et alimentez-le en 12 V.
Attendez une dizaine de secondes environ et, avec le manche du tournevis, donnez un petit coup sur la table : tout de suite vous verrez DL1 s’allumer et, en même temps, DL2 indiquera l’excitation du relais.
Si cela ne se produit pas, vous n’avez qu’à tourner le curseur du trimmer R6 de manière à augmenter la sensibilité.
Si, en revanche, le circuit était trop sensible, vous devriez tourner le trimmer en sens inverse.
Quand la sensibilité désirée est obtenue, vous devez seulement régler, avec le curseur de R14, la durée d’excitation du relais d’alarme (déclenchant, par exemple, la sirène). Dès lors, votre circuit est opérationnel.

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