Датчик сигнализатора давления масла ДСДМ 4 страница

t₀=V/a_ср; а_ср=0,5а_max=0.5F_max/m=0.5kx/m=0.5VÖk/m;

t₀=2Öm/k;Время удара- Время остановки от скорости не зависит, за время t₀ должна сработать защита.

Вибрация – это колебания, вызванные небалансом вращающихся механических частей или детонацией и др..

Датчик детонации – это практически тот же датчик ускорения, однако он выдаёт информацию в виде частоты и амплитуды колебаний. Принцип действия тот же – взаимодействие колеблющегося объекта с инерционной массой.

Масса в силу своей инерции действует в такт с вынужденными колебаниями на кольцеобразную пьезокерамическую пластину. Между верхней и нижней поверхностями пластины возникает электрическое напряжение, которое используется для измерения частоты и амплитуды колебаний. При детонации колебания блока цилиндров приводят к колебаниям пьезокерамической пластины и массы m, в результате на обкладках пьезокерамической пластины возникает переменное напряжение, частота которого равна частоте вибраций. Это напряжение подается на усилитель с высокоомным входом.

Чувствительность (E).

E=U/1g, g=9,81 м/с, E=26 + 8 мВ*с²/м

.

Рис.63 Конструкция (датчик фирмы «Bosch»).

Напряжение подаётся на усилитель с высокоомным входом.

Измеряемая частота (f_изм).

f_изм=1 – 20 кГц.

Датчик позволяет измерять колебания с перегрузкой от 0,1 до 400g. При измерении в течение длительного времени перегрузка может достигать 80g, а при кратковременных измерениях – 400g.

Электрические характеристики системы: R_вн > 1 МОм, C=100 – 1600 пФ.

Рис.64 Электрические характеристики

Принцип измерения.

Рис.65 Схема обработки электрического сигнала в датчиках вибрации.

Если частоты различны, то при любых амплитудах их произведение будет равно 0. Мультиплексор пропускает сигнал частотой 5 – 16 кГц. Микроконтроллер управляет делителями. По точкам строится график колебаний

.Рис.66.Амплитудная характеристика

Электронный блок содержит 4 канала (4 вышеприведённых схемы), т. е. предназначен для обработки данных с 4 датчиков. Он включает в себя программируемый мультиплексор, операционный усилитель, интегратор, встроенный кварцевый задающий генератор и управляемый от компьютера (PC) делитель частоты.

Датчик постоянно подключён ко входу. На мультиплексор с определённым шагом подаётся известная частота – частота кварцевого генератора, равная 16 МГц, разделенная на N*M. Принцип измерения частоты детонации

При перемножении измеряемой частоты датчика и известной частоты кварцевого задающего генератора, поделенной в N и M раз, выходное напряжение оказывается равным нулю при различных частотах датчика и задающего генератора; и не оказывается равным нулю, если частоты равны.

В мультиплексоре при наличии заданной частоты появляется сигнал, который практически постоянен (f»0). На выходе получаем 8 частот (т. к. мультиплексор 8-ступенчатый).

По команде PC одновременно изменяются тактовая частота f, граничные частоты полосовых фильтров Δf и постоянная интегрирования. Поддерживается отношение ^Δf/_f ≈const. Сигнал с выхода поступает через компьютер на управление впрыском топлива.

Для датчика детонации двигателя внутреннего сгорания фирмы HARRIS используются два пьезоэлектрических датчика детонации. Процессор поочередно выбирает один из двух датчиков. Два программируемых полосовых фильтра получают сигнал от соответствующих датчиков и разделяют сигнал на два канала. Когда двигатель не детонирует, коэффициент усиления устанавливается таким, что оба каскада имеют на выходе одинаковый сигнал (режим калибровки), что позволяет адаптировать систему к уровню шумов конкретного двигателя.

Когда двигатель детонирует, сигнал от датчиков начинает превышать фоновые значения. Сигнал детонируется раздельно по каждому каналу и поступает на интегратор, в котором происходит вычитание меньшего сигнала из большего. Напряжение выхода пропорционально степени детонации.

Широкополосные пьезоэлектрические датчики имеют емкость 1100 pF и выходное напряжение от 5 мВ до 8 В (среднеквадратические значения). Диапазон рабочей температуры -40° … +125°С.

Одна из частот имеет намного большую амплитуду, чем остальные, это является сигналом о наличии детонации.

Ставят два датчика и если они дают одинаковые сигналы наличие детонации, - детонации нет; при различных сигналах -следовательно, независимость от фонового уровня.

Дифференциальный принцип выделения сигнала детонации (разностный от двух датчиков).

В дальнейшем компания TAOS планирует осуществить переход от компонентно-центрированных решений к ASIC-решениям, которые включают также консультационную поддержку клиентов и инженерный сервис.

Компания Avago Technologies выпускает для подсветки дисплеев и аналогичных задач три датчика окружающего света серии ALPS:

HSDL-9000 (недорогой датчик в PLCC корпусе), HSDL-9001 (недорогой датчик в корпусе QFN) и APDS-9002/3 (миниатюрные и недорогие датчики). Пиковая спектральная чувствительность всех датчиков согласована с максимумом спектральной чувствительности человеческого глаза (на 550 нм). Существенное отличие между человеческим глазом и кремниевым фотодиодом в том, что фотодиод также регистрирует свет в инфракрасной области спектра (пик кремниевых фотодиодов лежит в диапазоне 700–1100 нм), что зависит от условий окружающего освещения.

Разные источники света имеют различные спектральные характеристики, следовательно, уровни выходного сигнала фотодиода, дающие информацию об интенсивности освещения, могут различаться в зависимости от источника. Поэтому электрические помехи, наводимые источниками света, которые интерферируют с полезным

сигналом датчика, должны быть отфильтрованы, что реализовано, например, в Лекция20 Датчики скорости потока

Датчики скорости широко применяются в разных отраслях промышленности, сегодня существует много моделей, действующих по разному принципу и способных работать в различных условиях.

В промышленной измерительной технике требуются очень точные методы определения расхода и скоро­сти потока. При этом допустимые погрешности не должны превышать одного процента, а иногда и од­ной десятой процента. Довольно точные измерители расхода требуются иногда и в быту (например, газовый счетчик). Недавно появились оптоэлектронные измерители расхода и скорости, рабо­тающие па оптическом эффекте Допплера которые исполь­зуют особый вид рассеяния света.

Конструкция датчиков расхода газа.

Рис.6

7 Датчик с угловым перемещением чувствительного элемента.

Рис.68 Датчик с измерением перепада давления.

ΔР=(P₁ – P₂)=kQ_V [м³/час].

Ультразвуковой приёмник считает частоту f прохождения завихрений

. Рис69 Вихревой датчик (Кармана).

ДАТЧИК МАССОВОГО РАСХОДА ВОЗДУХА

В датчике массового расхода воздуха (ДМРВ) находятся температурные датчики и нагревательный резистор. Проходящий воздух охлаждает один из датчиков, а электронный модуль преобразует эту разность температур датчиков в выходной сигнал для контроллера. В разных вариантах систем впрыска топлива могут применятся датчики массового расхода воздуха двух типов. Они отличаются по устройству и по характеру выдаваемого сигнала, который может быть частотный или аналоговый. В первом случае в зависимости от расхода воздуха меняется частота сигнала, а во втором случае - напряжение. Контроллер использует информацию от датчика для определения длительности импульса открытия форсунок.

Тепловой датчик

Применяются 2 принципа (режима) работы датчика:

Рис.70 Датчик с тепловым чувствительным элементом (терморезисторами).

а) постоянная мощность нагревательного элемента, переменная разность температур. Рис71 Рис.71Характеристика терморезистора

При этом режиме P_н=const, DT=var.

DT=Т₁-Т₂=Pн / kQ_м^н;Q_м – массовый расход;[Q_м]=кг/с.

б). DT=const, P_н=var. Переменная мощность нагрева, постоянный перепад температур.

Q_м^н=P_н / kDT;Расход Q_м зависит от скорости потока V:

V=Q_м / rS_т;V – скорость потока; [V]=м/с;

S_т – сечение, через которое протекает поток; [S_т]=м²;

r - удельный вес вещества потока; [r]=кг/м³.

r=¦(T) – непостоянство температуры вносит погрешность в расчет V через Q_м и наоборот.

Очень "боится" воды попавшей при преодолении высокой водной преграды (двигатель засосал часть воды во впускную трубу через датчик). На автомобили ВАЗ устанавливались несколько типов датчиков: GM, BOSCH, SIEMENS и Российский. В настоящее время на конвейере ВАЗ устанавливаются два типа датчиков ДОЗ 7 и Д004. Эти датчики выдают разные параметры на одинаковом расходе воздуха.

Рис.72Датчик ДОЗ 7

Технические характеристики

Диапазон измерения массового расхода воздуха, кг/ч	от 5 до 500
Погрешность измерения массового расхода, не более, %	±1,5
Величина выходного сигнала при измерении расхода от 0 до 100 %, В	от 1,33 до 5
Потребляемый ток, не более, А	1,5
Выходное сопротивление, не более, Ом
Постоянная времени, не более, с	0,01
Аэродинамическое сопротивление при максимальном значении расхода воздуха, не более, мм вод. Ст.
Питание датчика осуществляется от бортовой сети автомобиля с номинальным напряжением, В
Диапазон изменения напряжения питания, В	от 6 до 18
Масса датчика, не более, кг	0,6
Диапазон рабочих температур, ^оС	от –40 до 100
Наработка на отказ, не менее, ч

.

Тепловые чувствительные элементы (терморезисторы) могут располагаться в одной плоскости вдоль потока и соединены в схему моста, подогреваются от источника U_п:

Рис73 Модификация датчика с терморезисторами

4 термочувствительных резистора включены в схему моста и размещены по квадрату в потоке. При появлении потока резисторы, расположенные вдоль потока, охлаждаются сильнее, поэтому степень разбалансировки моста оказывается пропорциональна расходу.

.

Система фирмы Nissan.

Рис74 Меточные датчики.

Между электродами 1 и 2 создаётся импульс высокого напряжения, возникает коронный разряд (искра) и в потоке образуется облако отрицательных ионов, которые движутся к приёмному электроду со скоростью потока. Как только облако достигает электрода, на электроды 1 и 2 подаётся новый импульс. Частота импульсов пропорциональна расходу воздуха.

Параметры чувствительных элементов.

	Вихревые	Перепада давления	Тепловые
Расход	Qv	Qv	Qм
Погрешность, %
Диапазон	45:1	4:1	100:1
Время измерения tс, сек	10^-3
Диаметр, мм	15 – 300	25 – 100	6 – 150
Цена, 10^2$	2,4	1,2	1,2

Лекция21 Датчики количества и качества топлива и масла.

Микроэлектронные интеллектуальные (с цифровым выходом) датчики уровня жидкости выполняют на основе фольгового терморезистора. Применяются в масляном щупе для ВАЗ-2108 и ВАЗ-2110, в гидроусилителе рулевого управленияУАЗ. Температурный диапазон 213…398 К(-60…+125⁰С), погрешность контроля уровня + 1мм. Применение одного терморезистора и микросборки позволяет проектировать датчик на один или несколько контрольных уровней.

Емкостной датчик состава топлива.

С изменением качества топлива и масла изменяется диэлектрическая постоянная ε. Датчик(Рис.75) помещают в области интенсивного масляного потока.

Рис.75 Емкостной датчик количества топлива и загрязнения масла («Ford»).

. С изменением ε меняется С и электронная схема меняет частоту автоколебаний. Датчик может использоваться и для контроля уровня жидкости l.

l – уровень жидкости.C=¦(l)=ee₀S/d, где S≡l;Ток – переменный.

Рис.76 Колпачковый датчик

.Рис.77

1.

Контактный.(самый распространенный).

R=¦(l).

Рис78 Структурная схема датчика уровня жидкости с емкостным чувствительным элементом. Г1 – генератор колебаний высокой частоты. ОУ – согласующее устройство между генератором и чувствительным элементом. Последовательный колебательный контур (С – чувствительный элемент). Амплитудный детектор (выпрямитель). Усилитель (согласующее звено). Триггер Шмидта. Реле.

Резистивный датчик уровня жидкости с бесконтактным емкостным съёмом информации об уровне жидкости (положение подвижного элемента).

Рис79 Емкостной съём информации

U_вых=(l*U_~ - C₁C₂) / C₀(C₁+C₂+C_вх).C₁ – ёмкость между подвижным элементом и высокоомной шиной.C₂ – ёмкость между подвижным элементом и медной шиной.

Вставляется в гидроцилиндр. Выдаёт информацию о положении поршня.Располагается непосредственно в масляной среде.

Ультразвуковой датчик уровня жидкости. Частота – 40 – 45 кГц.Основные элементы: пьезоэлектрический излучатель и приёмник колебаний.U=350 – 450 В.

Рис.80 Выходной каскад блока питания излучателя.

±1% (по напряжению), ультразвуковой - ±0,85%.Δl = ±1мм. (по уровню).Накладной емкостный датчик.

Лекция22 Оптические датчики расстояния

Триангуляционные измерители расстояния.Для того, чтобы диоды были чувствительны только к лучам излучателя, применяют монохроматический лазерный луч.

Активная система

Рис.81 Активный датчик

Пассивная система

Рис.82 Стереоскопический прибор для измерения расстояния (пассивный)

l = 2d f / (a – 2d).

Стереоскопический измеритель расстояния содержит 2 объектива, расположенных на расстоянии 2d друг от друга. На расстоянии f от объективов находятся фотоприёмные поверхности. Изображение объекта, зафиксированное на фотоприёмнике, запоминается, и определяется расстояние a между одинаковыми точками изображений; найденное расстояние a позволяет рассчитать расстояние от объекта до поверхности линз l.

Без датчиков окружающего света и дождя уже нельзя представить новый автомобиль верхнего рыночного сегмента, а исполнения автомобильных дисплеев и видеокамер с расширенными функциями — без датчиков цвета. Полезную роль датчиков окружающего света в автомобильной безопасности, повышении эстетики, эргономики и комфортабельности автомобилей определяют их следующие основные функции:минимизация аварий вследствие снижения отвлечения водителя различными современными средствами коммуникации: сотовые телефоны, навигационные системы, системы ночного видения, беспроводной Интернет, развлечения — приборы и системы группы Entertainment (контроль расположения и содержания дисплеев, допустимых режимов и функций, положения и выделения экранных управляющих элементов); повышение видимости и эргономики восприятия содержания дисплеев водителем в условиях яркого солнечного света — уменьшение бликов дисплеев, взаимодействующих также с бликами стекол и зеркал, зеркального отражения и диффузного рассеяния дисплеев и в условиях очень низкой освещенности, при смене положения водителя (регулировка различных характеристик дисплея при изменении угла обзора); повышение эстетики и эргономики восприятия водителем любой визуальной информации (дороги, дисплеев, зеркал заднего вида), минимизация усталости и напряжения глаз за счет регулировки различных характеристик по сигналам от датчиков;автоматический контроль влияния освещенности на яркость и контрастность дисплеев (для уменьшения отвлечения водителя и эргономики), адаптация фотоэлектрических датчиков и дисплейного оборудования к освещению от источников с различными спектральными характеристиками (оптимально, если яркость дисплея и окружающего света совпадают, причем окружающий свет должен быть немного темнее, чем ярко-белый на дисплее); контроль изображений, получаемых с помощью камер (контроль апертуры, баланса белого и т. д.);контроль интенсивности подсветки дисплеев; контроль подсветки клавиатур и выделения экранных кнопок;максимальное исключение ручных настроек дисплеев и многоуровневых систем меню, автоматизация переключения настроек дисплеев с целью уменьшения отвлечения водителя; контроль электрохроматических зеркал— автоматическое затемнение по сигналам от датчиков окружающего света и света приближающегося автомобиля; контроль включения и затемнения автоматического освещения (фар и в салоне);

автоматическое затемнение дисплеев, например, при включении фар и последующая автоматическая активация при их выключении, определение приоритетов в задачах управления, таких как игнорирование затемнения дисплеев при ошибочном включении фар при достаточном окружающем освещении; контроль солнечного освещения датчиками Sun load sensors — детекторами положения и интенсивности источника солнечного света для автоматического включения и регулировки систем кондиционирования и отопления, открытия/закрытия люков; различение видимого и инфракрасного излучения; повышение срока службы дисплеев, батарей и других устройств;

датчики дождя, автоматическое включение и корректировка скорости работы стеклоочистителей — все это освобождает водителя от ручного переключения;.

Многие из вышеперечисленных автомобильных применений датчиков света/цвета очевидны, но некоторые требуют специального пояснения, в особенности те, которые связаны с развитием дисплейных технологий FPD — LCD. Монохромные или цветные LCD в настоящее время широко распространены в сотовых телефонах, автомобильных навигационных системах и других терминалах.

LCD-дисплеи представляют собой неизлучающие устройства и требуют освещения от источника света — как правило, задней подсветки, которая применяется для трансмиссионных или трансрефлективных дисплеев.

Трансрефлективные датчики, используя комбинацию переднего окружающего освещения и задней подсветки, обеспечивают наилучшую читаемость в широком диапазоне окружающих условий.

Наиболее распространены методы подсветки LCD Cold Cathode Fluorescent Tubes/Lamps (CCFT/L) и массивами светодиодов. Значительной проблемой, ассоциируемой с задней подсветкой, является заметное потребление батарейной мощности, что наиболее важно для портативных устройств (ток потребления подсветки порядка 100–400 мА), и уменьшение срока службы (актуальная проблема любых дисплеев, включая автомобильные). От сотовых телефонов к автомобильным приборным панелям и дисплейным системам мигрируют также полезные опции подсветки приборных панелей, клавишных и экранных кнопок меню.

Оптимальное решение для повышения автомобильной безопасности и наработки на отказ, минимизации отвлечения водителя при необходимости ручного включения подсветки и разбора клавишных и экранных функций — использование подсветки только тогда, когда это необходимо: в условиях темноты или слабого окружающего освещения, при детектировании которых подсветка автоматически включается. В условиях дневного света или при достаточном освещении в салоне подсветка не требуется, для чего выполняется ее автоматическое отключение.

Также важно учесть, что если яркость и контраст дисплея не отрегулированы, LCD может вызывать блики, приводящие к искажению или потере визуальной информации, а также к дискомфорту и напряжению глаз водителя.

Ключевой компонент в детектировании условий окружающего света с целью контроля подсветки, яркости или контрастности дисплеев — датчик окружающего света, имеющий спектральную характеристику, для получения максимальной точности регулировки дисплейных функций, по возможности максимально приближенную к спектральной чувствительности человеческого глаза (максимум которой приходится на 550 нм).

К расширенным дисплейным функциям относятся:

контроль цветовой температуры для оптимального восприятия визуальной информации — интеллектуальная корректировка цветов, регулировка контрастности дисплея, баланса белого камеры и т. д.; корректировка цветов светодиодов— индикаторов и подсветки. Для этого существует возможность детектирования окружающего света датчиками цвета в формате RGB.

Типичным сенсорным элементом, обнаруживающим свет, является фотодиод либо фототранзистор, принцип детектирования цвета в формате RGB также довольно прост — над одним из трех или четырех фотодиодов, объединенных в группу, размещается цветной фильтр (красный, зеленый, синий), пропускающий к фотодиоду свет только одного выбранного цвета (длины волны). Два голубых элемента часто используются для компенсации низкой чувствительности кремния к голубому свету. В первую очередь, как для автомобильных, так и для неавтомобильных дисплейных применений (сотовых телефонов, ноутбуков и других) важно учитывать, что стандартные кремниевые фотодетекторы характеризуются максимальной чувствительностью в инфракрасном диапазоне, поэтому, если они используются для контроля подсветки дисплея, результаты будут неточными — в основном, из-за различий в инфракрасных спектрах различных источников света. Разные спектральные эмиссии источников и спектральная чувствительность детекторов, включая человеческий глаз, показаны на рис. 83.

Рис.83Требования к спектральной характеристике фотодетекторов:
а)— различная спектральная эмиссия от источников света с одинаковой яркостью и различная спектральная чувствительность фотодетекторов;
б)— уровни фототоков кремниевых фотодетекторов при детектировании света от различных источников с одинаковой яркостью

Различия в эмиссиях и спектральных характеристиках фотодетекторов главным образом влияют на измерение яркости и корректировку настроек дисплея. Источники света с заметной IК-составляющей будут восприниматься обычным фотодетектором как яркие, хотя человеческий глаз их не видит (рис.83б), и вырабатывают сбойные управляющие команды затемнения дисплеев (подсветки), зеркал или фар. За пределами дисплейных применений любая информация, предназначенная для визуального восприятия человеком, должна корректироваться датчиками окружающего света, эмулирующими человеческий глаз. Многие компании представили сегодня на различные рынки датчики Ambient Light Sensor (ALS), эмулирующие человеческий глаз по пиковой спектральной чувствительности (550 нм) кривой, но наиболее точные результаты достигаются при максимальном приближении (совмещении) кривой спектральной чувствительности к кривой видности (или V -кривой). Необходимо отметить, что датчики со спектральной чувствительностью, отличной от характеристики глаза человека, могут быть полезны в других применениях — например, для обнаружения только инфракрасного освещения с целью его регистрации или компенсации либо автоматической обработки сцен.

Оценить в цифрах влияние некорректной подсветки и настроек дисплеев на число аварий довольно сложно, но в настоящее время статистика постепенно накапливается. Значительное внимание исследованиям влияния на дорожную безопасность различных вспомогательных действий, отвлекающих водителя, уделяет NHTSA. Так, еще в 1996 году NHTSA установила, что отвлечение водителя в различных его формах — это 20–30% от числа аварий, причем основную долю рискованных отвлечений составляют именно визуальные, а не слуховые и другие.NHTSA в 2002 году опросила 4010 водителей о наиболее обычных отвлечениях, которыми оказались: разговор с пассажирами — 81%;переключение радиостанций и замена CD или кассет — 66%;еда или питье — 49%;входящие звонки на сотовые телефоны — 26%, исходящие — 25%;дела, связанные с детьми, сидящими на заднем сиденье, — 24%;разбор карты или выяснение маршрута12%.

По статистике 2005 года (в исследовании принимало участие 100 водителей) около 80% из 72 записанных аварий и 65% из 761 ситуации, близкой к аварийным, показали, что они произошли в результате отвлечения водителя:дорожные знаки, другие водители — 37%, 29%другие пассажиры, включая детей, 19% в опросе, 11% по числу аварий; объекты или управление внутри автомобиля — 16% в опросе, 11% по числу аварий;сотовые телефоны — 2% в опросе и 2% по числу аварий.

У некоторых водителей все еще вызывает сомнение полезность датчиков окружающего света и цвета и связь функций, таких как автоматическая подсветка дисплеев, с дорожной безопасностью, при этом автоматическое отключение развлечений при определенных окружающих условиях и вовсе воспринимается как нежелательное неудобство.

Тем не менее, все больше владельцев автомобилей при покупке навигационной системы или телевизора отдают предпочтение дисплеям с повышенными рабочими характеристиками и дополнительными функциями, зеркалам заднего вида, оснащенными датчиками дождя и т. д.

Дата добавления: 2014-01-14