ST-N

ST-1

ST-2

Нейтральная прорезь

Светодиод

Фототранзистор

Рис. 2.25. Датчик положения рулевого колеса

Рис. 2.26. Распределитель автомобиля Chrysler с оптическим датчиком: 1 - оптический датчик с интегральной микросхемой, 2 - задающий диск, 3 - прорези, 4 - защитная кассета

В конце 80-х годов на автомобилях Chrysler (США) и некоторых японских автомобилях в системе зажигания использовапись оптические датчики углового положения коленчатого вала и ВМТ. Датчик помещался в распределителе (рис. 2.26) в защитной кассете для у.меньшения загрязнения и световых по.мех. На рис. 2.27 показан кодирующий диск датчика с прорезями на двух радиусах и выходные сигналы датчика. С внешнего радиуса диска снимается информация об угловом положении колернщтого вала шестицилиндрового ДВС, с внутреннего о ВМТ. Светодиоды и фототранзисторы приходится периодически очищать от загрязнения.

синхроимпульс

nililllll

Рис. 2.27. Задающий диск оптического датчика в распределителе: 1 - диск, 2 - прорези внещнего радиуса, 3 - прорези внутреннего радиуса, 4 - сигнал с внутреннего радиуса, 5 - сигнал с внещнего радиуса

Выпускаются серийные микросхемы адя подключения к оптическим датчикам. Дешифруется относительное угловое положение и направление вращения. Угловое положение измеряется с погрешностью 10...40 минут. При вращении кодирующего диска может возникать погрешность из-за конечной крутизны фронтов сигналов. Типичный частотный диапазон для светодиода не более 100 кГц. При

01000153480202000100010001

а) б)

Рис. 2.28. Кодирующие диски: а - двоичный код, б - код Грея

этом, например, для диска со 100 различимыми позициями частота вращения не может быть более 1000 мин .

Оптические датчики абсолютного углового положе}1Ия применяются там, где информация нужна сразу же после подачи питания. Оптические кодирующие диски таких датчиков (рис. 2.28) имеют разрешение от 2 до 2 , формат данных - двоичный, двоично-десятичный, код Грея. На диске имеется N концентрических дорожек с секторами, где N - разрядность слова. Считывающее устройство может воспринять часть разрядов из соседнего сектора, тогда возникает ошибка считывания. Для уме)1ьшения ошибок считывания, как правило, используется код Грея. В этом коде при изменении любого числа на единицу меняется только один двоичный разряд.

Выпускаются также оптические датчики относительного линейного положения, например, для регулятора холостого хода с шаговым двигателем. Датчик и излучатели выполняются в виде модулей, количество отсчетов до 8 на миллиметр. Это дает разрешение до 30 микрон.

Исходя из стоимости производства, требований к точности, надежности помехозащищенности, стойкости к внешним воздействиям, датчики магнитоэлектрические и на эффекте Холла получили наибольшее применение и производятся у нас в стране и за рубежом крупными сериями.

Магнитоэлектрические датчики

Наиболее распространенным тигюм магнитоэлектрического датчика является генераторный датчик коммутаторного типа с пульсирующим магнитным потоком. Принцип действия такого датчика заключается в из.менении магнитного сопротивления магнитной цепи, а следовательно, и магнитного потока в ней, при изменении зазора с помощью ферромагнитного зубчатого ротора (коммутатора).

На рис. 2.29 показана принципиальная схема магнитоэлектрического датчика коммутаторного типа. При вращении зубчатого ротора в обмотке статора в соответствии с законом электромагнитной индукции возникает переменное напряже-

Uout -V

Uout о

Рис. 2.29. Принципиальная схема коммутаторного датчика и осциллограмма выходного

сигнала

ние с частотой, соответствующей частоте вращения зубчатого ротора. Напряжение определяется по фор.муле:

i/ , =kwn{d0/da),

где к - коэффициент, зависяншй от характеристик магнитной пени; w - количество витков обмотки; п - частота вращения зубчатого ротора; dФ/da. - изменение потока Ф в зависимости от угла поворота а.

Когда зубцы ротора 4 приближаются к но;1юсам 5 статора, в об.мотках 2, включенных последовательно и согласованно, нарастает напряжение U , . При совпадении фронтов зубцов ротора с полюсами статора (со средней их линией) напряжение i/ , достигает максимума, затем быстро меняет знак и при удалении зубцов увеличивается в противоположном направлении снова до максимума. Такие датчики еще и по настояптее время применяются в распределителях зажигания, в которых зубчатый ротор устанавливается на распределительный валик и изготавливается из .мягкой стали. Число зубпов зависит от числа цилиндров двигателя. Необходимое магнитное поле создают гюстоянные магниты I.

Интересно отметить, что в данной симметричной магнитной системе для каждого иоложения ротора обеспечивается усредненное значение зазора 3, за счет чего компенсируются погрешности изготовления отдельных деталей и биение ротора.

Датчики на эффекте Холла

Благодаря развитию .микроэлектроники широкое распространение получили датчики углового положения на эффекте Холла. Эффект Холла возникает в плюской полупроводниковой пластине, внесенной в магнитное поле, при пропускании через нее электрического тока. Если по.местить пластинчатый элемент то;щтиной h в магнитно.м гюле таким образом, чтобы направление индукции В магнитного поля было перпендикулярно плоскости пластины, и пропустить ток / через пластину в продольном направлении, то в поперечном }1аправлении между противоно-ложмыми гранями пластины возникнет ЭДС Холла;

£ = kIB/h,

где к- постоянная Холла, м/А.

Чувствительность элемента Холла зависит от соотношения между длиной и шириной пластины и повышается при уменьшении ее толщины. Для пленки толщина /г достигает 10 м, для пластины из полупроводникового кристалла - Ю м. Для изготовления элементов Холла используются германий, кремний, арсенид галлия (GaA.s), арсенид индия (InAs), антимонид индия (InSb).