Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Простой датчик скорости для двигателей постоянного тока

Простой датчик скорости для двигателей постоянного тока

Простой безэнкодерный датчик скорости на одном транзисторе для маломощных двигателей постоянного тока с ТТЛ выходом, который может быть подключен к микроконтроллеру для контроля скорости вращения мотора.

Теория

Маломощные двигатели постоянного тока имею медный коллектор, который коммутирует обмотки (обычно 2) во время вращения ротора.

Когда щетки переключаются между контактами коллектора, в питающем мотор токе возникают импульсы, частота которых пропорциональна скорости вращения мотора, с определенным количеством импульсов за оборот.

Этот оффект можно наблюдать на осциллографе. Импульсы более выражены, когда мотор работает под нагрузкой. Добавление перед двигателем резистора сопротивлением 1 — 10 ом еще более усиливает этот эффект.


Как это работает

Схема довольно проста:

  • Подстроечным резистором настраивается рабочая точка, когда транзистор только-только закрылся
  • Коллектор двигателя генерирует импульсы напряжения
  • Каждый импульс кратковременно открывает транзистор
  • На выходе транзистора формируется сигнал ТТЛ-уровней.

    Ограничения

    Так как двигатель иногда может генерировать слишком много импульсов или пропускать импульсы, эта простая схема не предназначена для систем точного позиционирования или для измерения количества оборотов двигателя. Схема не может служить заменой оптическому или электромагнитному энкодеру.

    Но эта схема подходит для измерения скорости вращения маломощных двигателей постоянного тока под умеренной нагрузкой.

    Она подходит для иправления и контроля:

  • Вентиляторов
  • 12-вольтовых насосов (также можно обрануживать сухой ход без воды)
  • Маломощные ручные инструменты .

    Детали схемы

    импульсы напряжения должны быть размахом в идеале от 50mV до 100mV .

    R1 ( около 1 ом) требуется только когда разма импульсов меньше 50mV при нормальной работе мотора. Увеличение R1 дает большие импульсы и увеличивает чувствительность датчика, но уменьшает полезную мощность двигателя, рассеивая тепло.

    D1 (1N4148 или 1N914 (стекло)) нужен для мощных моторов (с током больше 2 А).

    C1 (около 1 мкФ) передает импульсы на базу транзистора.

    C2 ( от 0.1 мкФ до 1 мкФ) сглаживает импульсы, уменьшая шум и слишком большие всплески импульсов. Уменьшение C2 увеличивает чувствительность, но также увеличивает шумность схемыа. C1 и C2 под конкретный двигатель.

    Q1 — любой транзистор NPN-типа.

    Советы по использованию

    Подстроечным резистором настраивается точка наибольшей чувствительности.

    при больших расстояниях до двигателя сигнальный кабель к конденсатору C1 должен быть экранированным. Общий провод не требует особых подключений, но при использовании экранированного кабеля оплетка кабеля заземляется только со стороны датчика.

    Для настройки используйте осциллограф, размах импульсов на централльном выводе подстроечника в идеале должен быть 50mV .

    Еще лучше подключать выход датчика ко входу микроконтроллера, который имеет триггер Шмидта. Это даст дополнительное улучшение фронтов импульсов. .

    Важно! Коллектор двигателя не гененрирует равномерные хорошо сформированные импульсы с постоянной частотой, а формирует пачку импульсов за оборот вала. Скорость вращения лучше измерять усреднением количества импульсов за определенный период времени, а не измерять время между двумя импульсами! Усреднение по 50 импульсам за определенный промежуток времени будет достаточным.

    Набор инструментов для контроля частоты

    В рабочей практике происходит множество процессов, которые требуют подсчета частоты вращения или следования объектов. Например, это обязательный контроль частоты вала ленточного транспортера, привода крыльчатки бетономешалки, частоты следования ковшей нории, частоты вращения шестерни коробки передач.

    От выполнения этих задач зависит производительность оборудования, поэтому Вы стараетесь выбирать надежные и долговечные инструменты для их решения:

    • проверенные опытным путем
    • с гарантией качества
    • по выгодным, стабильным ценам
    • и с возможностью срочной/бесплатной доставки.

    В «ТЕКО» Вы получите полный спектр выгод и широкий выбор инструментов для подсчета частоты.

    Индуктивные датчики для контроля частоты вращения приводного барабана конвейера

    В случае провисания или обрыва конвейерной ленты, нарушается технологический процесс. Этого можно избежать, используя индуктивный датчик контроля минимальной скорости. После установки датчика на приводной барабан конвейера, Ваша система автоматически отслеживает частоту его оборотов, тем самым держит под контролем состояние ленты транспортера. В случае неисправности (снижении частоты ниже установленного минимума) на устройство управления будет подан сигнал о неполадках в работе системы.

    С помощью подстроечного резистора на датчике устанавливается минимальное пороговое значение частоты вращения приводного барабана (скорости движения ленты). Для того, чтобы датчик не выдал ложный сигнал по причине инерции конвейера, в нем предусмотрена величина задержки срабатывания при первоначальном запуске двигателя для разгона. В типовых датчиках она достигает 9 секунд, при необходимости — регулируется. Диапазон регулируемых частот: 0,1. 2,5 Гц; 2. 50 Гц

    Вариант успешного применения датчика контроля минимальной скорости: контроль исправности грохота. Датчик запрограммирован на определенную частоту прохождения грохота мимо чувствительного элемента. И в случае, если частота меняется, датчик сигнализирует о сбое в работе грохота (из-за обрыва троса, выхода из строя двигателя или другой возможной причины).

    Гарантия — 24 месяца

    Контроль частоты в специфических условиях, для индивидуальных обстоятельств

    При необходимости, любые типы датчиков «ТЕКО» могут выступать в качестве датчиков минимальной скорости: индуктивные, емкостные, оптические и магниточувствительные. Для этого их достаточно подключить к блоку контроля частоты CF1, который контролирует частоту импульсов входного сигнала и формирует сигнал на выходе при достижении частотой установленного порогового значения.

    Применение блока позволяет контролировать частоту следования объектов во взрывоопасных средах: в соединении со взрывобезопасными датчиками и блоком сопряжения.

    Для контроля объектов в «узких» местах конструкции, где крупногабаритный датчик разместить невозможно, возможно применение миниатюрных датчиков с блоком контроля частоты.

    Гарантия — 12 месяцев

    Датчики скорости (датчик частоты вращения) на эффекте Холла

    Для определения частоты вращения вала в коробках передач и подачи сигнала на тахометр и тахограф мы рекомендуем датчики частоты ВТИЮ.7019 и ВТИЮ.7030.

    Контроль частоты вращения механизмов широко востребован для определения скорости движения автотранспорта, мониторинга работы автокрана и для отлаженной работы оборудования, в составе которого присутствуют вращающиеся приводные устройства (от сепаратора до грохота).

    Измерение частоты вращения с помощью датчиков «ТЕКО» осуществляется бесконтактно и не влияет на срок службы оборудования.

    Датчики частоты ВТИЮ.7019 и ВТИЮ.7030. успешно применяются на автомобилях производства КАМАЗ, МАЗ и других известных производителей.

    Читать еще:  Эао 31п двигатель схема подключения

    Гарантия — 24 месяца

    Исправность трансмиссии всегда под контролем индуктивных датчиков

    Регулярная оценка рабочего состояния трансмиссии позволяет Вам избежать аварий, простоев и непредвиденных ремонтных работ. Специально для наблюдения за частотой вращения элементов трансмиссии предназначен датчик ВТИЮ. 7040. Частота вращения контролируемых элементов может составлять от 0 до 6000 Гц. При необходимости мы разрабатываем датчики под индивидуальные габариты.

    Датчик готовится к выпуску.

    Контролируйте частоту с помощью фотоэлектрических преобразователей

    Определяйте частоту вращающегося объекта с помощью фотоэлектрического преобразователя «ТЕКО» OT NK21A-311P-11-L-F.

    Принцип его работы в том, чтобы контролируемый объект или его деталь прерывала световой поток, излучаемый датчиком. Прерывание преобразуется в импульс на выходе датчика, который вы можете использовать для контроля частоты вращающегося диска или любой другой детали, совершающей обороты. Одному пересечению луча соответствует один выходной импульс, формируемый по окончанию прохождения затеняющего предмета.

    Гарантия — 24 месяца

    Мониторинг аварийных ситуаций с помощью тахометра

    Для подсчёта и индикации количества действий в единицу времени, а также для выдачи управляющего сигнала при достижении заданной установки частоты предлагаем использовать тахометр ТХ1 РЗЩ.

    Помимо постоянного мониторинга аварийных ситуаций (в системах контроля частоты вращения механизмов) Вы получаете:

    • Универсальность/взаимозаменяемость входных портов;
    • Функция «Слежение», управляющая выходным реле;
    • Непрерывная и динамичная индикация;
    • Программируемый коэффициент деления частоты входного сигнала;
    • Детектирование направления вращения при использовании двух сигналов;
    • Встроенный источник питания.

    Гарантия на прибор — 24 месяца

    Контроль частоты вращения зубчатого колеса обычным индуктивным датчиком

    Задачу контроля частоты вращения зубчатого колеса можно решить с помощью обычного индуктивного датчика. Для этого нужно знать максимальную рабочую частоту оперирования датчика, частоту вращения зубчатого колеса и число его зубьев.
    Для правильного определения рабочей частоты датчика необходимо определить частоту воздействия на него зубчатого колеса.

    Решение возможно с помощью простой формулы:
    m x n / 60= ƒ (Гц)
    где m — число зубьев, а n — частота вращения об/мин.

    Ту же задачу с помощью индуктивных датчиков «ТЕКО» можно решать в специфических условиях эксплуатации. Например, возможно внедрение индуктивного датчика ISBm WC48S8-31N-1,5-250-LZR14-1H-V в редуктор для контроля частоты вращения вала. Датчик безотказно и долго работает в условиях непрерывной вибрации и попадания брызг масла. Это возможно за счет герметичного и вибростойкого корпуса. Таким образом с помощью индуктивного бесконтактного выключателя Вы предотвращаете вероятность аварии, которая может случиться из-за сбоя в скорости вращения вала.

    Гарантия на прибор — 2,5 года

    Датчик контроля частоты тягового двигателя — ISBt A27B8

    Датчик ISBt A27B8 позволяет определять скорость вращения двигателя. Главное преимущество датчика — в возможности работать с высокой частотой переключения (до 10.000Гц) Именно эта характеристика позволяет использовать его с целью контроля частоты тягового двигателя. Однако, он применим и для контроля частоты других объектов.

    Датчик контроля скорости вращения в общепромышленном исполнении

    Бесконтактный датчик ВТИЮ.1345/1345-01 предназначен для контроля скорости вращения различных механизмов. Находит применение во взрывобезопасных условиях, где требуется контроль за минимальной скоростью, где есть риск самопроизвольного снижения скорости или проскальзывания. ВТИЮ.1345 может быть использован на цепных конвейерах, ковшовых элеваторах и других видах вращающихся и перемещающихся устройств.

    Выключатель минимальной скорости контролирует частоту прохождений определенных металлических объектов перед чувствительным элементом. Если частота меньше установленного значения, значит, скорость снижена. Тогда выключатель изменяет состояние выходных контактов, тем самым отключая исполнительный механизм или включая сигнал тревоги. Пороговое значение скорости, при которой происходит срабатывание датчика, устанавливается регулировкой. 10-ти секундная задержка в момент запуска системы позволяет механизмам вернуться к рабочему режиму.

    Корпус ВТИЮ. 1345 вандалоустойчивый.

    Гарантия на прибор — 24 месяца

    Датчики с увеличенной дальностью и высокой частотой оперирования

    Для обнаружения объектов с высокой частотой вращения (например, зубчатой шестерни или других механизмов) используйте индуктивные датчики с повышенной (относительно базовых моделей датчиков) частотой оперирования. Например, частота переключения датчика ISN FC21A-31P-6-LS4 с номинальным зазором в 6 мм составляет 2000 Гц.

    Высокая частота оперирования характерна не только для типовых датчиков «ТЕКО», но также для бесконтактных выключателей с увеличенным (относительно базового) расстоянием срабатывания.

    Подберите нужные вам варианты датчиков с повышенной частотой оперирования. Например:

    Пример встраимаевых датчиков в корпусе М12:

    Типовое исполнениеС повышенной чувствительностью
    ISB AC21A-31P-2-LZS4ISB AC21A-31P-4-LZS4
    Номинальный зазор — 2ммНоминальный зазор — 4мм
    Частота переключения — 3000 ГцЧастота переключения — 3000 Гц

    Пример невстраиваемых датчиков в корпусе M8:

    Датчик оборотов двигателя авто

    Когда у автолюбителей возникают те или иные проблемы с двигателем, они начинают интересоваться, какой датчик отвечает за обороты двигателя, поскольку первое подозрение зачастую падает на данные устройства.

    Однако это не всегда так, ведь обороты могут «плавать» по различным причинам. Лучше всего для начала убедиться в том, что какие-либо другие поломки отсутствуют, а измерители проверять после. Так или иначе, если вы хотите обнаружить нужный датчик, вам необходимо знать, как он выглядит, и где его искать.

    Основные понятия

    Чтобы синхронизировать работу систем зажигания, а также впрыска, предусматривается датчик оборотов, или, как его называют, измеритель частоты вращения. Именно он передаёт в электроблок, управляющий мотором, необходимые данные о том, какие вращения поддерживает коленчатый вал в данный момент.

    Этот измеритель силового агрегата – важнейший элемент автомобиля, без которого не обходится взаимодействие многих систем, ведь он помогает обеспечивать корректное функционирование всей машины в целом.

    Электронный управляющий блок авто обрабатывает особые сигналы, которые посылает этот измеритель, чтобы выяснить:

    • количество впрыскиваемого топлива в данный момент;
    • момент впрыска;
    • время, требуемое для активации клапана адсорбера;
    • момент зажигания (у бензиновых моторов);
    • угол поворачивания распределительного вала во время работы системы по изменению фаз механизма газораспределения.

    Чтобы определить работоспособность измерителя, необходимо узнать его местонахождение.

    Место расположения

    Датчик частоты вращения, или индукционный измеритель, обычно располагается над маркерным диском автомобиля.

    Диск, в свою очередь, может находиться:

    • на маховике;
    • на коленвале внутри блока цилиндров – такое бывает у марок Ford, Opel и т.д.;
    • спереди моторного отсека на коленвале, вместе со шкивом привода допагрегатов (Jaguar, BMW, ВАЗ и т.д.).
    Читать еще:  Что такое двигатель минарелли

    Лучше всего, когда маркерные зубцы маховика предназначаются лишь для измерения оборотов мотора. Чуть хуже, если маркерными являются стартерные зубцы: эта особенность присутствует у автомашин марок Audi и Volvo.

    Небольшая кривизна зубца маховика или маленький скол, присутствующий на нём, часто могут стать причиной в нарушении работы системы зажигания, из-за чего силовой агрегат не может функционировать на повышенных частотах вращения. В этом случае зачастую происходит хаотичное искрообразование, так как блок управления неправильно определяет количество зубцов.

    Важные особенности

    Следует обратить внимание, что на некоторых автомобилях датчик частоты вращения заменяет измеритель Холла: данное приспособление может передавать в главный блок управления не только сигнал о фазах механизма газораспределения, но и обороты двигателя. Если у вас именно такая ситуация, то найти прибор можно вблизи распределительного вала.

    В случае, когда измеритель частоты вращения коленчатого вала выйдет из строя, вы не сможете завести свой автомобиль: после доскональной проверки системы зажигания и подачи топлива, в ходе которой не будет обнаружено существенных отклонений, рекомендуется обязательно проверить работоспособность датчика оборотов.

    Заключение

    «Плавающие» вращения двигателя не так редки: это состояние может возникнуть вследствие нескольких причин, поэтому необходимо тщательно проверить все варианты.

    Если в работоспособности всех важнейших систем автомашины у вас сомнений не возникнет, рекомендуется задаться вопросом, какой из датчиков отвечает за обороты двигателя. Чтобы обнаружить причину быстро и более точно, рекомендуется своевременно провести диагностику авто, но не стоит забывать, что в некоторых случаях можно обойтись и без неё.

    Полезное видео:

    Автомобильный справочник

    для настоящих любителей техники

    Датчики скорости и частоты вращения

    Датчики скорости и частоты вращения измеряют количество оборотов или расстояние, пройден­ное за определенное время. Применительно к автомобилестроению в обоих случаях — это измеряемые переменные, возникающие между двумя компонентами или относительно поверх­ности дороги либо другого автомобиля. Однако иногда необходимо измерить абсолютную ско­рость вращения в пространстве, т.е. вокруг осей автомобиля (скорость вращения вокруг верти­кальной оси). Например, для системы динами­ческой стабилизации (ESP) скорость вращения автомобиля вокруг вертикальной оси должна вычисляться путем «считывания». Вот о том, какими бываю датчики скорости и частоты вращения, мы и поговорим в этой статье.

    В инкрементном определении относитель­ной скорости вращения вокруг вертикальной оси, в зависимости от количества и размера сканируемых периферийных меток ротора, различают следующие типы датчиков (рис. «Регистрация относительной частоты вращения» ):

    • Простой датчик оборотов, только с одной сканируемой меткой на оборот, что позво­ляет определить только среднюю скорость вращения;
    • Сегментный датчик, лишь с небольшим количеством сканируемых периферийных сегментов (например, эквивалентных ко­личеству цилиндров двигателя);
    • Инкрементный датчик с близко располо­женными периферийными метками.

    Что измеряют датчики скорости и частоты вращения

    До определенного момента эта форма дат­чика позволяет измерять мгновенную скорость в точках на окружности и, соот­ветственно, регистрировать очень мелкие угловые доли.

    Примерами относительной частоты враще­ния являются частота вращения коленчатого или распределительного вала двигателя, частота вращения кулачкового вала топлив­ного насоса высокого давления дизеля, ча­стота вращения колес автомобиля (ABS, TCS, ESP). Измерения в основном выполняются с помощью системы инкрементных датчиков, состоящей из шестерни и датчика частоты вращения.

    Формы датчиков скорости

    Используются различные формы датчиков (рис. «Различные формы датчиков» ): стержневые, вильчатые и кольцевые (внутренние и внешние). Благодаря простоте монтажа, самым распространенной формой датчика является стержневая. Стержневой датчик размещается рядом с ротором, зубья которого приближаются к нему и проходят в непосредственной близости. Однако датчики такой формы имеют самую низкую чувстви­тельность измерений. В некоторых случаях допускается использование вильчатых датчи­ков, нечувствительных к осевому и радиаль­ному люфту. В установленном состоянии этот датчик должен быть примерно совмещен с ротором. Тип датчика, в котором датчик окру­жает вал ротора в форме кольца, уже практи­чески не используется.

    Требования к новым датчикам скорости

    Во многих отношениях более ранние тра­диционные датчики индуктивного типа по­казывают очень неудовлетворительные ре­зультаты. Они выдают амплитуду, зависимую от частоты вращения, и поэтому непригодны для низких оборотов, допускают лишь от­носительно небольшие допуски воздушного зазора, и большей частью неспособны отли­чить колебания зазора от импульсов частоты вращения. По крайней мере, конец датчика- из-за своей близости к тормозу (в случае с датчиками скорости вращения колес), дол­жен быть стойким к высоким температурам. Эти недостатки находятся позади дополни­тельных функций, на которые нацелено но­вое поколение датчиков:

    • Статическое определение (т.е. при нуле­вой скорости: сверхмалые обороты колен­чатого вала или частота вращения колес);
    • Эффективное измерение в больших зазорах (не совмещенный монтаж с зазорами> 0);
    • Небольшой размер;
    • Эффективная работа независимо от колебаний зазора;
    • Термостойкость до 200 °С;
    • Определение направления (опция для системы навигации);
    • Определение опорной метки (зажигание).

    Магнитостатические датчики (датчики Холла, магниторезисторы, AMR) очень хорошо отвечают первым двум требованиям. И, как правило, они также обеспечивают соответствие второму и третьему требованиям.

    На рис. «Схема расположения датчиков, нечувствительных к колебаниям воздушного зазора» показаны три, в принципе, прием­лемые формы датчиков, обычно нечувстви­тельные к колебаниям зазора. Здесь следует различать датчики с радиальным и танген­циальным считыванием. Это означает, что, независимо от зазора, магнитостатические датчики всегда смогут отличить северный и южный полюса магнитноактивного полюс­ного колеса или роторного кольца. В случае с магнитнопассивными роторами знак выход­ного сигнала уже не будет зависеть от зазора при регистрации напряженности тангенци­ального поля (хотя тот факт, что зазор часто увеличивается из-за ротора, является здесь недостатком). Однако часто используются также радиально измеряющие градиентные датчики, которые по сути лишь регистрируют градиент радиального поля, изменяющий свой знак не при изменении зазора, а только при изменении угла поворота.

    Роторы

    Ротор имеет ключевое значение для измере­ния скорости вращения; однако он обычно поставляется автопроизводителем, в то время как сам датчик приходит от постав­щика. До недавних пор почти исключительно использовались магнитнопассивные роторы, состоящие из магнитомягкого материала, обычно железа. Они дешевле магнитотвер­дых полюсных колес и проще в обращении, поскольку не намагничиваются, и нет опас­ности взаимного намагничивания (например, во время хранения). Как правило, при оди­наковых инкрементной ширине и выходном сигнале, внутренний магнетизм полюсного колеса (полюсное колесо определяется как магнитноактивный ротор) допускает значи­тельно больший зазор.

    Читать еще:  Что такое провал оборотов двигателя

    Современные датчики скорости

    Гоадиентные датчики

    Содержат постоянный магнит, полюс ко­торого обращен к зубчатому колесу. Его поверхность гомогенезирована тонкой ферромагнитной пластиной, на которой расположены два гальваномагнитных эле­мента на расстоянии примерно половины зубчатого интервала. Таким образом, один из элементов всегда находится напротив межзубного промежутка, а другой — напротив зуба. Измеряется различие в напряженности поля в двух смежных местоположениях на окружности. Выходной сигнал приблизи­тельно пропорционален отклонению силы поля как функции угла на окружности, поэ­тому полярность не зависит от зазора.

    Тангенциальные датчики

    Тангенциальные датчики отличаются от их аналогов градиентного типа способом по­лучения вариаций в полярности и напря­женности магнитного поля, в компонентах, расположенных касательно к окружности ро­тора. Варианты конструкции включают тон­копленочную технологию AMR (вытянутые резисторы с поперечными полосками) или резисторы из одного сплава, по полу- или полной мостовой схеме. В отличие от гради­ентных датчиков, их не требуется адаптиро­вать к конкретному шагу зубьев ротора, и они могут выполнять считывание в данной точке. Требуется локальное усиление, хотя их изме­рительный эффект на 1-2 порядка выше, чем у кремниевых датчиков Холла (рис. «Датчик оборотов AMR в виде датчика тангенциального поля» ).

    При использовании интегрированного в подшипник датчика частоты вращения коленчатого вала, на общей рамке с вы­водами устанавливаются тонкопленочный анизотропный магниторезистивный датчик (AMR-датчик) и монолитная интегральная схема, производящая вычисления. С целью экономии пространства и защиты от влияния температуры, интегральная схема устанавли­вается под углом 90°.

    Колебательные гирометры

    Позволяют измерять абсолютную частоту вращения при поворотах автомобиля (от­клонения вертикальной оси). В частности, это требуется в системах контроля динамики автомобиля VDC, стабилизации заноса и на­вигации. Принцип действия базируется на свойствах механических гироскопов; при из­мерении используется ускорение Кориолиса, сопутствующее колебательному движению:

    Скорость vy изменяется синусоидально, в со­ответствии с колебательным движением:

    При постоянной скорости вращения вокруг вертикальной оси Ωz создается синусои­дальное ускорение Кориолиса с такими же частотой, положением и фазовым углом, а значение амплитуды будет следующим:

    Это ускорение можно измерить блоком на­блюдения, также движущимся на матери­альной точке т (рис. «Создание ускорения Кореолиса» ). Чтобы определить скорость вращения вокруг вертикальной оси, используется подходящий орган управления для эффективного поддержания амплитуды колебаний на постоянном уровне и выпрям­ления ускорения Кориолиса, измеренного на колеблющейся массе т с выбором фазы и частоты (например, с помощью синхронизи­рующего усилителя). В этом процессе удаля­ется нежелательное ускорение извне, напри­мер, ускорение кузова.

    Микромеханические кремниевые датчики скорости вращения автомобиля вокруг вер­тикальной оси обеспечивают недорогую и компактную альтернативу использующимся в настоящее время прецизионным пье­зоэлектрическим датчикам. Объединение технологий позволяет достигать высокой точности, необходимой для динамических систем автомобиля (рис. «Микромеханический датчик скорости вращения вокруг вертикальной оси ММ1 с электродинамическим приводом» ). Две толстые пастированные пластины, изготовленные из платы посредством объемной микромеха­ники колеблются в двухтактном режиме на своей резонансной частоте, которая опреде­ляется их массой и жесткостью сцепляющей пружины (> 2 кГц). Каждая плата снабжена располагаемым на поверхности микромеханическим емкостным датчиком ускорения, который служит для измерения ускорения Кориолиса (поворотного ускорения) Ωz в плоскости кристаллической пластины, расположенной перпендикулярно к направ­лению колебаний, когда кристалл датчика поворачивается вокруг своей вертикаль­ной оси с угловой скоростью. Получаемые сигналы пропорциональны произведению угловой скорости и скорости возвратно­-поступательного движения, которая регули­руется электроникой до установления по­стоянной величины. На колеблющейся плате имеется изготовленный печатным способом простой проводник, на который действуют силы Лоренца в поле постоянного магнита, направленном перпендикулярно поверхно­сти кристалла. Таким образом, проводник используется для измерения частоты ко­лебаний как напрямую, так и индуктивным способом при том же магнитном поле. Раз­личные физические характеристики приво­дных и сенсорных систем предупреждают недопустимые перекрестные помехи. Для того чтобы исключить внешнее ускорение (сигнал общего режима), два противопо­ложных сигнала датчика вычитаются один из другого (суммирование используется для определения внешнего ускорения). Точная микромеханическая структура помогает по­давить эффект большого колебательного ускорения, которое на несколько порядков выше ускорения Кориолиса нижнего уровня (поперечная чувствительность значительно ниже 40 дБ). Приводные и измерительные системы в понятиях механического и элек­трического действий являются строго изо­лированными.

    Если кремниевый датчик скорости враще­ния вокруг вертикальной оси изготавливать в полном соответствии с поверхностной микромеханикой (SMM), а магнитный привод и систему управления заменить электроста­тической системой, это изолирование может быть реализовано менее последовательно: установленный по центру роторный генератор, работающий по законам электростатики, слу­жит для получения колебаний с амплитудой, которая постоянно регулируется емкостным измерительным преобразователем (рис. Датчик вращения во круг вертикальной оси SMM ММ2 (поверхностная микромеханика) с элетростатическим приводом» ). В случае, когда Ω≠0, силы Кориолиса ини­циируют одновременное наклонное движение «вне плоскости» с амплитудой, пропорцио­нальной скорости вращения вокруг верти­кальной оси и определяемой емкостным спо­собом — электродами, расположенными под генератором. Для того чтобы это движение не слишком амортизировалось, датчик должен работать в вакууме. Хотя меньший размер кристалла и более простой процесс его изго­товления и уменьшают стоимость такого дат­чика, миниатюризация приводит к ухудшению точности измерения. Это предъявляет более высокие требования к электронике. Влияние внешних ускорений здесь уже устраняется механически. Это второе поколение датчиков скорости вращения вокруг оси обозначается аббревиатурой ММ2 и используется главным образом в системах защиты пассажиров для определения скорости вращения вокруг про­дольной оси (бокового раскачивания).

    Дальнейшие разработки в области систем стабилизации автомобилей предъявляют все более высокие требования к качеству и мощ­ности сигнала. Они требуют дополнительных осей измерения с высокой надежностью. Третье поколение датчиков (ММ3) отвечает этим требованиям. В этих датчиках используется новое поколение микромеханических элементов. Они измеряют угловые скорости вращения и ускорения, а измеряемые переменные подвергаются циф­ровой обработке.

    голоса
    Рейтинг статьи
  • Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector