Електронні датчики автомобіля

Размещено на http://allbest.ru

Вступ

Зовсім природно, що в останні роки електронний уміст машин безупинно збільшується, оскільки усе більше бортових механічних систем перетвориться в електричні, електронні й мехатронні системи. Це відбувається як для максимальної оптимізації й координації роботи двигуна й інших автомобільних систем, відповідальних за підвищення паливної ефективності й зниження емісії, так і у зв'язку з підвищеним попитом на більш комфортабельні автомобілі, чия надійність визначається безперервною жорсткістю норм емісії, стандартів безпеки й впливом ринкової ситуації. Зокрема цей розвиток привів до появи гібридного привода. Але мені, авторові цього реферату дуже смішно й сумно читати публікації із фразами, наприклад «Гібридний привод Lexus - це воістину інноваційне мислення, що випереджає час». Про яке інноваційне мислення мова йде, якщо в США гібридні автомобілі почав розробляти Віктор Воук в 60-е - 70-е роки.

Значну частину автоелектроніки становлять датчики, необхідні для контролю коректного й погодженого функціонування автомобільних систем. І попит на подібні пристрої, що відрізняються точністю й надійністю, буде постійно збільшуватися. Одна з найважливіших тенденцій у розвитку цифрових імпульсних датчиків швидкості й положення, що спостерігалася на рубежі століть, -- перехід від пасивних аналогових (індуктивних) до цифрових (активним) пристроям.

Існує ще одна сенсорна стратегія електроніки, яка може виявити досить помітний вплив на використання датчиків швидкості й положення в системах контролю двигуна, -- це здійснення прямого керування тиском у двигуні, що пов'язане з необхідністю встановити більш тверді норми регулювання емісії. Реалізація даної стратегії приводить до розробки датчиків, здатних виконувати прямий моніторинг процесів горіння у двигуні. Відповідно, такі традиційні датчики й технології моніторингу, як датчик масової витрати повітря, датчик детонації й датчик розподільного вала, сьогодні вже вважаються застарілими. От чому в цей час Oem-Виробники електроніки проробляють можливість виключення цих типів датчиків зі своїх нових проектів.

Системи Powerdrivetrain (або Powertrain, або engine і drivetrain) -- найбільший і стабільний ринковий сегмент, у тому числі по споживанню автомобільних датчиків. Системи керування двигуном і трансмісією, включаючи датчики, мікроконтролери, ИС контролю живлення, становлять приблизно третину всієї електроніки автомобіля. Причому кількість датчиків Powerdrivetrain щодо загального числа автомобільних датчиків перевищує 50%. Передбачається, що таке положення не зміниться протягом першого десятиліття XXI століття, хоча й очікується помітне зниження темпів, росту продажів датчиків цієї групи на тлі інших сегментів автомобільної сенсорної платформи.

Найважливішими завданнями електроніки Powertrain є підвищення ефективності способів і характеристик керування й оптимізація роботи двигуна -- досягнення максимальної паливної ефективності й зниження емісії. У нових автомобілях електронні системи керування двигуном Powertrain здійснюють такі основні функції керування, як оптимізація упорскування й згоряння палива за допомогою контролю циклів інжекції, стиску й запалювання.

Робота систем контролю двигуна й емісії взаємозалежна: практично всі датчики систем контролю двигуна працюють на обидві системи (у першу чергу датчик концентрації кисню, а також датчики масової витрати повітря й тиску).

Оптимізація процесів згоряння (паливна ефективність) надає можливість заощаджувати бензинове паливо, що дорожчає. Оптимальне згоряння дозволяє зменшувати емісію шкідливих вихлопних газів CO, HC і Nox, а також часток сажі, які утворюються при згорянні бензинового або дизельного палива, що контролюється датчиками зворотного зв'язку систем контролю двигуна й нейтралізації вихлопів.

До появи численних нових розробок датчиків контролю емісії приводить і поява автомобілів наступного покоління -- гібридних, у яких звичайний двигун внутрішнього згоряння комбінується з електродвигуном, і машин, що працюють на природному газовому або водневому паливі (fuel cell vehicles) системах, що також бідують у датчиках і, рециркуляції.

1. Нові тенденції й перспективні технології автомобільних датчиків

1.1 Датчики швидкості й положення

Сучасні розробки активних датчиків положення й швидкості ( по статистиці вони становлять не менш третини від загального числа автомобільних датчиків і, як правило, вирішують саме завдання систем Powerdrivetrain) сфальцьовані на інтеграції сенсорних гнізд із обробкою сигналу в напівпровідникових КМОП ИС.

Прикладами є датчики положення розподільного й колінчатого валів, дросельної заслінки, датчик швидкості автомобіля, датчик клапана EGR (мал. 1).

Сьогодні індустрія напівпровідникових датчиків уже використовує друге покоління активних сенсорних технологій, що включають схеми компенсації помилок і обробки сигналу. Новітній напрямок -- розвиток нових цифрових інтерфейсів (наприклад, SPI) для аналогових лінійних датчиків, оснащених блоком керування, які характеризуються як підвищеною завадостійкістю, так і більшою ефективністю комунікації в реальному часі. Найбільш популярні типи подібних аналогових кутових датчиків положення Powertrain -- датчики положення дросельної заслінки й педалі акселератора. Колись відкриття дроселя виконувалося прямо пропорційно натисканню педалі акселератора, а зараз цьому допомагає електричний двигун, одержуючи керуючий сигнал від ECU, на вхід якого надходять сигнали з датчиків положення дросельної заслінки й педалі. Актуальність цифрового інтерфейсу ілюструє й датчик кермового колеса, використовуваний для контролю динаміки автомобіля.



Рис. 1. Типові приклади сучасних датчиків положення й швидкості систем Powertrain і контролю емісії: а -- активний датчик фази (розподільного вала) Bosch; б -- активний датчик колінчатого вала Siemensvdo; в -- активні датчики швидкості й положення систем контролю двигуна Honeywell; г -- датчик положення дросельної заслінки SS10459 Delphi; д -- датчик положення дросельної заслінки на основі ефекту Холу BEI; е -- потенціометричний датчик положення педалі 1029 Wabash (5 млн. циклів); ж -- індуктивний датчик положення педалі Hella; з -- потенціометричний датчик положення клапана EGR Alps Automotive (5 млн. циклів); і -- безконтактний датчик лінійного положення (педалі й EGR) Siemensvdo; л -- безконтактний датчик кутового положення на основі Мр-Технології або Triaxis Siemensvdo; м -- безконтактні магнітокеровані датчики RFK Novotechnik; н -- датчики АМР із магнітним ротором Continental Teves для коробки передач



Перевагою датчиків, створених на основі нових технологій, є їхня безконтактність, але, незважаючи на це, потенціометри дуже не швидко здадуть свої ринкові позиції, оскільки мають низьку ціну й збільшену надійність. Хоча й відома безліч технологій, що підходять для розв'язку кутових завдань, нові датчики положення (з абсолютною аналоговою передатною характеристикою) -- кутові й лінійні -- будуються в основному на ИС Холу, серед яких найбільшу популярність здобувають магнітні кутові енкодери, детектуючі абсолютне положення як малого дипольного, так і багатополюсного кільцевого магніту.

Збільшилося число розробок датчиків для автомобільних систем на основі будь-яких ефектів, що надають можливість безконтактних вимірів лінійного положення.

Що стосується цифрових систем, що вимірюють тільки швидкість (частоту обертання), для них найбільш актуальної стає технологія на основі ефекту Холу, що трохи випереджає по стану елементної бази ГМР. Можливий і новий сплеск популярності індуктивних пристроїв (мал. 1ш, щ) -- недорогі й надзвичайно надійні, вони не вимагають споживання енергії, дефіцит якої стає усе більш серйозною проблемою нових автомобілів.

1.2 Датчики концентрації кисню

Усе більш строгі норми регулювання емісії, прийняті в багатьох країнах, зокрема в Європі (Euro IV і Euro V), створюють великий ринок для збуту датчиків контролю вихлопних газів, серед яких виділяються два типи (мал. 2):

1. датчики концентрації кисню oxygen sensors, або л-зонди,

2. датчики оксиду азоту (Nox або nitrogen oxide sensors).



Рис. 2. Приклади сучасних датчиків концентрації кисню й газу: а-в -- датчик, що нагрівається, концентрації кисню із твердим електролітом _Zro2 Thimble Type Oxygen Sensor Bosch; а -- конструкція датчика; б -- конструкція й принцип роботи сенсорного гнізда: 1 -- сенсорна кераміка; 2 -- електроди; 3 -- контакт; 4 -- контакт рознімання; 5 -- вихлопна труба; 6 -- захисне пористе керамічне покриття; в -- передатна характеристика: а -- багата суміш, б -- бідна суміш; Us -- сенсорна напруга; г -- планарний датчик, що нагрівається, концентрації кисню Bosch; ,, -- універсальний датчик, що нагрівається, Bosch; -- зовнішній вигляд; -- конструкція й принцип роботи: 1 -- сенсорний елемент (комбінація гнізда Нернста й гнізда кисневого насоса); 2 -- подвійна захисна трубка; 3 -- ущільнювальне кільце; 4 -- ущільнювальна прокладка; 5 -- сенсорний корпус; 6- захисна гільза; 7 -- тримач контакту; 8-- контактний затискач; 9 -- PTFE (Polytetrafluoroethylene) -- трубка -- фільтр для очищення вхідного кисню від води й забруднень; 10 -- Ptfe-Сформована гільза; 11 -- 5 сполучних проводів; 12 -- ущільнення; ж, з-з -- датчики концентрації кисню Denso; з -- датчик широкого діапазону; і -- датчики на основі Tio₂ до, л - датчики газу Nox і співвідношення повітря/паливо Siemensvdo і NGK Spark Plugs



Основне завдання датчика концентрації кисню -- контролювати ТВС двигуна по змісту O₂ у газах, що відробили, щоб при коефіцієнті надлишку повітря л = 1 досягтися стехиометричного співвідношення повітря/паливо, відповідного до суміші, у якій усе паливо витрачається в процесі горіння. Для бензинових двигунів це співвідношення становить по вазі приблизно 14,7:1. Якщо повітря менше, паливо буде залишатися після згоряння -- така суміш є багатою. Недолік багатої суміші -- незгоріле паливо у вихлопних газах, яке стає джерелом забруднень. Якщо у ТВС у надлишку повітря, спостерігається викид кисню (бідна суміш). Це сприяє утвору забруднень у вигляді оксиду азоту, і в деяких випадках викликає порушення роботи двигуна.

Активна керамічна частина (Zro₂) Thimble-Датчика являє собою твердий електроліт у формі трубки, закритої на одному кінці, який нагрівається зсередини електрично (мал. 2а-б). Датчики, що електрично підігріваються (а не нагріваються вихлопним газом) особливо зручні для виміру параметрів двигуна, що діє на збідненій паливній суміші; вони працездатні й під час прогріву двигуна.

При високій температурі ( понад 350 °C) електроліт стає провідним і реагує на зміст кисню у вихлопному газі, утворюючи характерний гальванічний заряд, який знімається з електродів, що покривають внутрішню й верхню поверхні кераміки, -- шарів платини з мікропорами. Максимальне значення заряду відповідає л = 1. Заряд перетвориться у вихідну східчасту напругу датчика (мал. 2в) звичайно від 0,1 до 0,9 У с 0,45 В при досягненні стехіометричного співвідношення. Типовий опір становить 2-6,5 Ом. Даний тип датчика функціонує, порівнюючи чисте атмосферне повітря з вихлопами, тому дуже чутливий до різних забруднень -- бруду, маслу, від яких датчик необхідно захищати.

Для того щоб одержати аналоговий сигнал, пропорційний співвідношенню повітря/паливо, конструкція датчика широкого діапазону використовує дуальний сенсорний елемент, що включає гніздо Нернста в планарному виконанні, як у датчику narrow range, але з додатковим шаром кисневого насоса й дифузійним зазором. Корпус має також опорну камеру й нагрівальний елемент. Якщо існує різниця в рівнях концентрації кисню через елемент Zro₂, у сенсорному елементі протікає струм, на основі якого формується сигнал напруги.

Датчики концентрації кисню на основі оксиду титану Tio₂ (мал. 2і), що випускаються, наприклад, компанією NGK Spark Plugs, не здатні виробляти напруга самостійна. Замість цього варіюється опір елемента -- у діапазоні 1-20 кому. Ця значна зміна може прочитуватися ECU, який генерує вихідна напруга, питая датчик Tio₂ опорною напругою приблизно в 1 В. При багатій суміші опір датчика швидко падає, і рівень сигналу напруги в ECU стає високим; при бідній суміші опір швидкий збільшується, а напруга в ECU перемикається до низького рівня. Існують версії, що й нагріваються, датчика на основі діоксиду титану, що дозволяє понизити опір датчика до 4-7 Ом.

Необхідно враховувати, що автомобілі обладнаються ECU, розрахованим або на використання датчика на основі діоксиду титану, або датчика на основі діоксиду цирконію. Ці датчики не взаємозамінні. Датчики на основі Tio₂ більш надійні, оскільки здатні функціонувати в умовах сильних забруднень і не залежать від стану навколишнього повітря в опорній камері й інших факторів, важливих для датчиків на основі діоксиду цирконію, тому актуальні для автомобілів, експлуатованих у твердих навколишніх умовах.

Впливом вихлопних газів ( насамперед Nox), які викликають смог і кислотні дощі, обумовлена розробка нових датчиків газу. Уряду багатьох країн вимагають від автовиробників не тільки зниження емісії цих газів, але й обмеження у вихлопних газах інших продуктів горіння -- наприклад, CO, Sox, і CO₂. Датчики газу детектують зміст вихлопних газів і подають сигнали в керуючий блок для контролю ТВС і систему рециркуляції газів, що відробили, Exhaust Gas Recirculation (EGR).

Для того щоб з'ясувати величину концентрації Nox, звичайно використовуються дві вимірювальні камери. Перша камера за рахунок прикладання напруги до насосного гнізда заповнюється киснем, концентрація якого визначається вимірювальним гніздом і підтримується постійної. Друге сенсорне гніздо вимірює іони кисню, виділені з Nox при дисоціації в другій камері, і виробляє сигнал (іонний струм кисню), пропорційний концентрації Nox. Уточнені методи дозволяють детектувати нульову концентрацію.

Як приклад можна привести інтелектуальний датчик з багатошаровим сенсорним елементом Zro₂, який розроблений разом з NGK і випускається Siemens VDO (мал. 2к). Датчик допускає як прямий вимір Nox, так і співвідношення повітря/паливо. Інтелектуальний датчик включає газовий сенсорний елемент і електронний блок, що генерує три сигнали: Nox, двійковий, лінійний. Дані передаються до ECU двигуна за допомогою шини CAN. Датчик характеризується незалежністю від системних постачальників і системи керування двигуном.

1.3 Датчик масової витрати повітря Mass Air Flow Sensors

Зростаюча потреба в зниженні емісії CO₂ збільшує корисну роль датчика масової витрати повітря (мал. 3) у регулюванні співвідношення повітря/паливо для оптимізації процесу згоряння. Двигуни з іскровим запалюванням і електронним дозуванням подачі палива в якості основного керуючого параметра використовують саме витрату повітря.



Рис. 3. Сучасні автомобільні датчики масової витрати повітря: а -- мікромеханічний датчик масової витрати повітря Bosch; б -- еволюція вимірювальних технологій Bosch; в -- вимірювальний принцип мікромеханічного сенсорного елемента Bosch; г -- датчики масової витрати повітря Hitachi; д -- датчики масової витрати повітря Visteon; е -- датчик масової витрати природного газу Hitachi; ж, з, і -- датчики масової витрати повітря Siemensvdo Integrated Mass Airflow (SIMAF) до -- датчик витрати вторинних мас повітря Siemensvdo

У бензинових двигунах сигнал датчика масової витрати повітря разом із сигналами інших датчиків допомагає регулювати подачу палива у двигун. У дизельних двигунах датчик допомагає контролювати процес рециркуляції газів, що відробили, і обчислювати максимальна кількість інжекції.

Датчики масової витрати повітря забезпечують аналоговий, частотний або аналоговий пропорційний сигнал напруги, який передається до ECU і відповідає масі повітря, поданої у двигун.

Витрата повітря визначається при його проходженні через впускний патрубок двигуна, де встановлюється датчик. Виміряється маса повітря, що витрачається, хоча може визначатися обсяг і динамічний тиск. Максимальна маса повітря, що витрачається, залежить від ефективної потужності двигуна й перебуває в діапазоні 400-1000 кг/ч.

У датчику використовується три чутливі елементи, один з яких визначає температуру навколишнього повітря, два інших нагріваються до відомої температури, що перевищує температуру повітря. У процесі роботи двигуна вступник до нього повітря прохолоджує елементи, що нагріваються. Класична, але трохи застаріла методика визначення масової витрати повітря заснована на вимірі електричної потужності або струму, необхідного для підтримки заданого перевищення температури.

Сьогодні актуальні мікромеханічні Mems-Витратоміри маси повітря, що включають тонкоплівочні електронні елементи, що нагріваються й керуючі, розміщені на одній підложці (мал. 3а-в). вимірювальні резистори, Що нагріваються й, виконуються у вигляді тонких платинових шарів, депонованих на поверхню кристала кремнію, який установлюється на витончену підложку (подібна концепція використовується й у датчиках тиску). Датчик температури підігрівника й датчик температури навколишнього повітря допомагають підтримувати нагрівальний резистор на постійному рівні перевищення температури.

Більш новий метод, розроблений Bosch для одержання вихідного сигналу, не вимагає вимірювати струм підігріву, замість цього сигнал виводиться з різниці температур повітря, що заміряться двома датчиками, розташованими по обидві сторони від нагрівального резистора -- на шляху потоку по ходу його руху й назустріч йому. Диференціальний сигнал показує й напрямок руху потоку. Додаткова можливість -- забезпечувати сигнал з датчика температури.

Hitachi робить датчики масової витрати повітря також на основі датчика температури (мал. 3г). Датчики масової витрати повітря Visteon мають камеру оцінки повітря, що працює в широкому динамічному діапазоні (мал. 3д).

1.4 Датчики тиску Pressure Sensors

Два найважливіші типи датчиків тиску, актуальних сьогодні в будь-якому новому автомобілі, -- це датчик тиску повітря у впускному патрубку двигуна manifold air pressure sensor (MAP, 1-5 бар), який використовується в системах powertrain для регулювання співвідношення ТВС, і tire pressure sensor (TPS), призначений для перевірки оптимального тиску в шинах ( до 5 бар) для підвищення безпеки.

MAP дозволяє вивід мас повітря, що надходять у двигун, і допускає визначення палива й випередження запалювання, необхідні для оптимальної роботи. Кожний автомобіль, що використовує прямий вимір масової витрати, включає й датчик барометричного абсолютного тиску barometric absolute pressure (BAP) sensor, необхідний для компенсації висоти.

Нові застосування для датчиків тиску, створених, як правило, на основі інтегральних датчиків:

· контроль тиску в системах EGR;

· контроль витоку в паливній системі, витоку палива в бензобаку для контролю емісії летучих пар і діагностики фільтра (?0,5 бар або 0-100 мбар дифф.);

· тиск у системі упорскування палива (мал. 4);



Рис. 4. Приклади автомобільних датчиків тиску (систем Powertrain і контролю емісії): а -- датчик MAP Bosch з мікромеханічним сенсорним гніздом; б -- інтегральний кремнієвий п'єзорезистивний датчик MAP Bosch; в-н -- датчики тиску Kavlico Corporation: в -- датчик абсолютного тиску MAP Kavlico (ліворуч) і датчик Siemensvdo (праворуч) абсолютного тиску MAP-TMAP; г -- датчик, що повністю поринає, тиску трансмісійних рідин з п'єзорезистивним елементом; д -- датчик диференціального тиску для виміру швидкості витрати й стану клапана EGR з одночасним Map-Сигналом ( Incap-Технологія); е -- датчик тиску пари палива в бензиновому баку ( для визначення витоку згідно OBDII); ж -- датчик тиску безпосереднього упорскування бензинового двигуна GDI (з тонкоплівочним елементом) до 3000 psi і контролю вихлопів палива CNG ( зовнішній вигляд ідентичний); з -- датчики високого тиску паливної магістралі для бензинових і дизельних двигунів (Common-rail) з безпосереднім упорскуванням GDI і DDI; і -- датчик високого тиску (магістралей Common-rail і трансмісії)



Для автомобільних датчиків тиску існують і багато інші застосування:

· тиск у камері згоряння -- 100 бар ;

· тиск повітря в підвіску (160 бар) і амортизаторах (200 бар);

· керуючий тиск автоматичної трансмісії (35 бар) і тиск мастильної рідини трансмісії 100-700 psi і більш;

· тиск у гальмових циліндрах (200 бар);

· тиск в електропневматичних і гідравлічних гальмах;

· тиск масла двигуна (50 мбар - 2 бар);

· тиск охолоджувача;

· контроль електричного рульового керування;

· тиск упорскування у звичайному бензиновому двигуні (5-6 бар);

· тиск упорскування в дизелі (1000 бар);

· паливна інжекція під високим тиском: тиск у магістралі систем Commonrail двигунів з іскровим запалюванням (100-200 бар) і дизельних (1400-2800 бар);

· тиск у паливній магістралі газових двигунів;

· тиск при розгортанні повітряних подушок безпеки;

· тиск ваги пасажира;

· системи кондиціювання повітря і т.д.

Серед технологій, використовуваних для датчиків тиску, сьогодні найбільш затребувані Mems-Технології п'єзорезистивних датчиків, альтернативою яким уважаються ємнісні кремнієві MEMS- або керамічні датчики. У конструкціях сучасних MAP/ Bap-Датчиків переважають інтегральні мікромеханічні кремнієві п'єзорезистивні датчики тиску.

Розрізняють датчики абсолютного тиску, диференціальні датчики й так звані датчики відносного тиску Gauge Pressure. Датчики абсолютного тиску вимірюють зовнішній тиск щодо нульового опорного рівня (вакууму) в опорній камері, що відповідає при одній атмосфері 14,5 psi. Диференціальні датчики вимірюють різницю тисків, прикладених одночасно до протилежних сторін діафрагми. Gauge Pressure -- це спеціальний диференціальний датчик, у якому вимірюваний тиск прикладений до одній стороні, а до іншої сторони прикладений атмосферний тиск або вакуумне (Vacuum Gauge Pressure).

Датчики MAP -- датчики абсолютного тиску повітря у впускному патрубку двигуна ( за дросельним клапаном), по сигналах яких ECU розраховує кількість палива для кожного циліндра, що важливо для зменшення емісії.

Siemens VDO розробила датчик тиску в циліндрах, що вбудовується в з'єднувач запальної свічі Glow Plug Combustion Sensor або glow plug cylinder pressure sensor, який вимірює тиск протягом циклів стиску й горіння. (Аналогічна розробка, виконана компанією Honeywell.) Датчик Siemens VDO допомагає обчислювати кількість необхідного в процесі інжекції палива, сприяючи тим самим зменшенню емісії, а також збільшувати потужність двигуна й знижувати витрата палива. Робочий принцип заснований на вимірі деформації головки циліндра, що наводиться тиском у циліндрі (непрямий метод). Датчик існує в активній версії, що допускає калібрування, з керамічним нагрівальним елементом.

Пряме керування тиском у циліндрах, як уже згадувалося, може виключити необхідність датчика масової витрати повітря, датчика положення розподільного вала й датчика детонації.

1.5 Датчики температури

Ці пристрої надають інформацію про температуру в різних вузлах автомобіля. Наприклад, вони виконують наступні виміри температури (мал. 5):

· повітря у впускному патрубку (-40…170 °С);

· зовнішньої температури (навколишнього повітря) (-40…125 °С);

· повітря в салоні (-40…80 °С);

· охолодної рідини двигуна -- антифризу (-40…140 °С);

· масла двигуна (-40…170 °С);

· палива (-40…125 °С);

· трансмісії (трансмісійної рідини) (-40... 170 °C);

· повітря усередині шин (-40…125 °С);

· газів, що відробили (100…1000 С);

· скоб дискового гальма (-40…2000 °С);

· процесів згоряння палива у двигуні (0…260 °C);

· нагрівання головок циліндрів двигуна (40...230 °C);

· температури батареї акумулятора (-40…135 °С);

· систем опалення й кондиціювання, повітря у випарнику HVAC (-40…135 °С);

· випарника кондиціонера (-10…50 °С).

Рис. 5. Датчики температури

Застосування датчиків температури, проілюстровані мал. 5, ставляться в основному ( за деякими виключеннями) до систем Powertrain і контролю емісії, основні функції яких, як відомо, -- оптимізація роботи двигуна й зв'язаних систем, економія палива й мінімізація емісії. Нові автомобільні застосування для ИС датчиків в автомобілі, наприклад, -- контроль батарей гібридних двигунів і GPS.

Для більшості видів вимірів температури повітря в автоелектроніці найбільш популярним розв'язком є керамічний термістор (терморезистор) з негативним температурним коефіцієнтом (NTC) (мал. 5а-с). Терморезистори сntc являють собою датчики, які виготовляються з оксидів важких металів і оксидованих змішаних кристалів методами спікання й пресування з додаванням сполучних агентів, що ставляться до напівпровідникових матеріалів.

При постійній напрузі живлення зі збільшенням температури значно падає опір термістора й зростає вхідний струм. Більшість стандартних автомобільних датчиків цього типу, які застосовуються також і для вимірів температур різних автомобільних рідин, характеризуються нелінійною зворотною експонентною характеристикою з областю високої чутливості, використовуваної для вимірів температури в деякому діапазоні -- звичайно не вище 150 °C (мал. 5а). NTC термістори підходять і для вимірів температур у розширеному діапазоні -200…1000 °C і вище -- до 1100 °C (наприклад, MT250NB і HT1000 Thermometrics).

Для автомобільних застосувань NTC термістори випускаються в захищеному виконанні (мал. 5).

Точність термісторів залежить від виконання й звичайно коливається в межах 1-10%. Ще одна проблема термісторів -- схильність самонагріванню внаслідок протікання струму через резистор, для подолання якої між плюсом живлення в 5 У и виходом термістора додатково включається великий опір. Обробка первинного сигналу з терморезисторів проводиться в автомобілі в основному з використанням зовнішніх схем.

Для автомобільних високотемпературних застосувань пропонуються й можуть бути використані також термістори з позитивним температурним коефіцієнтом (PTC), металеві плівкові термоперетворювачі опору RTD (Resistive Temperature Detectors), термопари, кремнієві терморезистори з PTC і ИС датчиків температури.

Ptc-Термістори виготовляються з титанату барію, діапазон робочих температур -- +60…180 °C. Ці датчики використовуються для вимірів рівня будь-яких рідин -- від води до масла. Продукція GE Thermometrics включає також складені термістори -- із двох NTC і одного Ptc-Термістора, з робочою характеристикою, аналогічної одному NTC, але із плоскою областю.

Платинові тонкоплівкові RTD (мал. 5т-у), які пропонуються для автомобільних високотемпературних застосувань, крім високотемпературних термісторів, характеризуються найбільш широким діапазоном (-220…+1000 °C), у порівнянні, наприклад, з нікелем (-60…+320 °C). Інші типові матеріали RTD -- мідь і сплави нікель/залізо. У типовому платиновому RTD керамічна підложка підтримує структурований платиновий шар, покритий склом. Ці пристрої характеризуються високою точністю, повторюваністю, лінійністю (можливістю прямого підключення виходу до АЦП), довгочасною стабільністю, але невеликим позитивним температурним коефіцієнтом (PTC), меншою чутливістю до зміни температури й меншим базовим опором, чому термістори, а також більш високою ціною.

Термопари, що полягають із двох різних металів, внаслідок ефекту Зеебека генерують термоЕРС (термоелектрична напруга) при нагріванні. Три найбільш популярні типи термопар, класифікованих залежно від використовуваної комбінації металів і сплавів, -- константан^-константан-залізо-константан (J), мідь-константан (T) і хромель-алюмель (K) (позначення відповідно ДО ДЕРЖСТАНДАРТУ й ANSI). Термопари K-Типу з досить високою лінійністю й точністю дозволяють вимірювати температури -270…+1370 °C, термопари J-Типу вимірюють температури порядку -150…+1250 °C, T-Типу -- -200…+350 °C. Термопари із благородних металів, наприклад, B-Типу на основі платини/сплаву 30% платини з родієм дозволяють вимірювати більш високі температури порядку 800-1700 °C і вище. Відомі також вольфрам-ренієві термопари ТВР (позначення ДЕРЖСТАНДАРТ), які можуть вимірювати температури від 1000 до 2200 (2500) °C.

Вихідна напруга термопар є малою -- наприклад, 40 мкВ/°C для датчиків K-Типу. Обробку сигналів термопар спрощують спеціальні сигналооброблювачі, наприклад, MAX6674/5 Maxim для термопар K-Типу.

Кремнієві термістори з PTC Infineon серій KT і KTY і Philips серій KTY (мал. 5ф) призначені для виміру температур повітря, газів і рідин у діапазоні -55…150 °C [20, 21]. Термочутливий елемент -- це n-кремнієвий кристал, реалізований по планарної технології. Корпусування датчиків виконується в SMD корпусах типу SOT23 (KTY82-2 Philips).

У датчиках серій KTY використаний принцип опору розтікання Spreading Resistance -- похідний від однокрапкового методу виміру опору напівпровідникової підложки, яке, згідно із цим методом, залежить тільки від питомого опору матеріалу кристала й площі контакту й не залежить від товщини й площі підложки. Датчики характеризуються відсутністю p-n-переходів, більшим PTC, трохи меншою лінійністю, чому RTD, і проводяться за технологією, аналогічної виробництву ИС, що допускає включення додаткових активних і пасивних ланцюгів у кристалі датчика.

Одним з таких застосувань є термостати в системах водяного й масляного охолодження бензинових або дизельних двигунів. Хоча ИС термоперемикачів із двійковим цифровим або аналоговим виходом і (або) порогами зручні для автоматичного включення/вимикання вентилятора, для роботи при більш високих температурах (0-260 °C), чому можливі з технологією ИС, рекомендуються термостати на іншій основі, наприклад, комерційні версії від Honeywell (мал. 5щ).

В останні роки в автоелектрониці набувають актуальності безконтактні способи вимірів, які здатні детектувати дуже малі зміни в тепловому (інфрачервоному) випромінюванні об'єкта. Багато з Ir-Датчиків працюють за принципом порівняння інфрачервоного випромінювання об'єкта, що поглинається термочутливою мембраною, з температурою детектора, яку вимірює термістор ( Mems-Технологія). Різниця температур перетвориться в електричний потенціал за допомогою термоелектричного ефекту в термоелементі. Напруга живлення для датчика не потрібно.

Через те, що Ir-Датчики здатні вимірювати температури порядку -20…+100 °C і, безпосередньо, -- тільки твердотільних об'єктів або поверхонь із достатньої емітуючою здатністю, вони знаходять свої основні застосування в автомобільних системах безпеки (визначення положення пасажирів, відеосистеми спостереження в нічних і мрячних умовах), клімат-контролі, для виявлення конденсації на вікнах при тумані. Прикладами є MLX90247 Melexis, TS105-5 і інші Hl-planartechnik, ZTP-101 і інші Thermometrics. Розширення цих пристроїв -- інфрачервоні сенсорні масиви.

У різних вузлах автомобіля температура є часто другорядним параметром, який служить для компенсації вимірів основних параметрів або попередження ситуацій, коли висока температура може викликати збої й несправності роботи автомобільних систем. Наслідком цього є міграція датчиків температури в різні мультисенсорні модулі контролю основних параметрів (наприклад, актуальне об'єднання датчика масової витрати повітря й температури у впускному патрубку або датчика тиску й температури повітря). Але при цьому число датчиків, що виконують індивідуальні виміри температури в нових автомобілях, не зменшується, а, скоріше, збільшується. Нові застосування, наприклад, включають контроль температури рідини трансмісії, вихлопів, контроль роботи батарей гібридних автомобілів, а також клімат-контроль, вимір перегріву шин.



2. Датчики детонації й інші датчики контролю двигуна й паливної системи в системах Powertrain

Інші датчики, важливі для функціонування систем Powertrain, але обсяги споживання яких у відсотковому відношенні в порівнянні з іншими типами датчиків невеликі, -- це датчик детонації, датчики рівня рідин -- палива й масла, датчики крутного моменту двигуна й коробки передач.

Датчики детонації використовуються для гасіння детонації -- нерегулярного горіння й сильної вібрації двигуна (економія палива досягає 9%). Типова конструкція датчика детонації включає компресійний п'єзоелектричний елемент (кераміку або кристал), здатний реагувати на акустичні вібраційні коливання двигуна, генеруючи електричний сигнал, наприклад, якщо резонансна частота його характеристики збігається із частотою детонації (датчики резонансного типу). Існують датчики як резонансного, так і нерезонансного типу (мал. 6). Нерезонансні датчики характеризуються плоскої АЧХ у певному діапазоні порядку 1-15 кГц і більш гнучко адаптуються до різних типів двигунів, але резонансний датчик забезпечує при детонації більш помітні високі рівні сигналу. У цій сфері ринку ситуація залишається поки без змін, хоча й для заміни п'єзоелемента напрошується пошук нових розв'язків -- компактних і недорогих MEMS. У міру розвитку альтернативних технологій моніторингу процесів у двигуні датчик детонації може бути й виключений.

Учені Манчестерського університету розробили новий тип бездротових датчиків для вилученого моніторингу механічних систем і попередження збоїв коробка передач, двигунів, дизельних двигунів, підшипників коліс, механізмів дверей. Mems-Датчик буде відслідковувати вібрацію, температуру й тиск, може також вимірювати концентрацію металевих елементів, що збільшується при зношуванні, що допомагає уточнювати термін служби.



Ріст паливних цін і більш строгі норми регулювання ефективності й емісії транспортних засобів створюють глобальний попит на прецизійні датчики крутного моменту двигунів і вхідного/вихідного валів коробка передач (мал. 7), які актуальні як на стадії контролю, так і для роботи в режимі реального часу. Найважливіша актуальна технологія для цього типу пристроїв -- магнітострикційна, від MDI і Siemensvdo (мал. 7а-б), з поляризованим магнітопружним кільцем і безконтактним датчиком магнітного поля, яке пропорційно крутному моменту. Альтернативні актуальні методи являють собою бездротові й безбатарейні SAW пристрою (мал. 7в-г) на поверхневих акустичних хвилях, які розробили компанії Honeywell і Transense, -- резонатори, резонансна частота яких (номінальна 433 Мгц датчиків Honeywell) змінюється під дією механічної напруги.

Опитування датчиків здійснюється бездротовим методом -- радіочастотними імпульсами. Резонансна частота відгуку дозволяє обчислити крутний момент.

Обоє виду датчиків працюють при температурах до 150 °C, характеризуються високою точністю, міцністю, малим розміром і вагою датчика, довгочасною стабільністю, здатністю працювати в жорстких умовах навколишнього середовища, технологічністю й низькою ціною.

2.1 Датчики рівня масла

Ці пристрої використовуються сьогодні для визначення рівня й споживання масла і являють собою не що інше, як електронне заміщення механічного щупа, що виконує ті ж функції, але в реальному часі, указуючи на необхідність заміни масла двигуна. Наприклад, датчики, що вимірюють рівень масла, пропонують компанії Hella, GE Thermometrics (термістор з PTC), Siemensvdo (мал. 8).



Поточна лінійка Hella, наприклад, включає як відносно простий поплавковий перемикач, так і інтелектуальні термічні датчики для безперервних аналогових вимірів рівня масла (мал. 8а-в).

Будь-який тип датчиків гарантує виявлення відсутності масла й подачу команди про неможливість запуску двигуна, але конструкції на основі поплавкових перемикачів, хоча усе ще більш кращі, чому масляний щуп, уже трохи застаріли, оскільки функціональний принцип поплавкових перемикачів припускає спрацьовування датчика тільки у фіксованих крапках перемикання.

Теплові датчики Thermal oil level sensors Hella вимірюють рівні в діапазоні приблизно 50 мм і можуть опційно визначати температуру масла (мал. 8в). Згідно з термічним принципом рівень масла обчислюється за часом охолодження сенсорного елемента з лінійного співвідношення з рівнем при повному заповненні. Датчик з характеристикою аналогового типу по стану масла побічно забезпечує контроль стану двигуна, сприяючи ранньому виявленню збоїв.

Виміри здійснюються безупинно в процесі водіння, включаючи етапи переміщення машини по похилій поверхні, зупинки, бічне й поздовжнє прискорення, допуски, з індикацією мінімально необхідного або поточного рівня масла.

2.2 Датчики стану масла

Постійні зміни в технологіях автомобільних двигунів, основними цілями яких є оптимізація роботи двигуна й досягнення відповідності новим стандартам емісії, сформували потребу в нових багатопараметричних датчиках, розташовуваних у двигуні внутрішнього згоряння. Багато компаній в останні роки активно розробляють датчики стану масла двигуна Oil condition sensors (мал. 9) -- надійний і ефективний у вартісному вираженні спосіб розв'язку ряду проблем економічного й екологічного характеру. Ці датчики здійснюють комплексний моніторинг стану масла (і не тільки його рівня, тиски або температури) у реальному часі, інформуючи ECU, з метою:

· максимізувати корисний термін служби масла й фільтра, мінімізувати споживання натуральних ресурсів;

· мінімізувати ціну експлуатації масла й простої машини, допустити більші інтервали між замінами масла, зменшуючи споживчі витрати;

· точно вказувати строк заміни масла;

· підтримувати необхідний рівень масла;

· регулювати розташування масляного фільтра;

· захищати двигун;

· зменшувати гарантійні витрати;



Датчик стану масла допомагає захищати двигун за допомогою ранньої діагностики збоїв, подачі тривоги водієві й неможливості запуску, якщо падає не тільки рівень, але і якість масла, що може бути наслідком перевищення терміну служби масла або вказівкою на проблеми із двигуном. Датчик допомагає поліпшувати характеристики водіння транспортного засобу, тому що стан масла може значно різнитися залежно від багатьох умов. З високою точністю визначається оптимальний час заміни масла.

На старіння масла впливають різні фактори, такі як:

· індивідуальна поведінка водія при водінні;

· частота холодних стартів;

· якість палива;

· забруднення, наприклад, сажа в дизельних двигунах, утвір нітратів і окисів у двигунах з іскровим запалюванням, а також внаслідок витоку палива, охолоджувача, води;

· навколишні умови.

Наприклад, компанія Bosch розробляє багатофункціональний датчик стану й рівня масла SGM110 (мал. 9а), який вимірює температуру, рівень масла (20-100 мм), а також його в'язкість (3-300 мм²/с) і діелектричну проникність (мал. 10б-г). Камертонний резонатор і обробна електроніка розміщені в багатокристальної ASIC. Інтегральний датчик здатний діагностувати початок деградації масла (зменшення або забруднення, наприклад, кіптявою, або внаслідок витоку палива й охолоджувача).

2.3 Датчик якості палива для FFV

Двигун і паливна система Ffv-Автомобіля повинні бути адаптовані до запуску на корозійному спиртовому паливі. Для аналізу палива використовується спеціальний датчик flex fuel sensor (мал.).

Датчик Siemensvdo (мал. 10а) працює, вимірюючи діелектричну постійну й питому електропровідність, і забезпечує лінійний аналоговий вихід з температурною компенсацією. Датчик розрахований на різні застосування: розпізнавання палива двигуна, Fuel cell автомобілі (вода/метанол), визначення якості дизельного палива.

Система керування Ffv-Двигунами Bosch (мал. 10б) включає л-датчик концентрації кисню у вихлопах, по змісту якого система керування двигуном розраховує зміст спирту в паливі й регулює упорскування й запалювання.

2.4 Датчики для газових двигунів

Щоб успішно застосовувати паливо CNG, необхідно достатнє число датчиків тиску, які пропонує, наприклад, Kavlico Кількість палива в баку може бути обмірюване комбінованим датчиком тиску й температури Kavlico на основі тонкоплівкової технології в герметичному корпусі ( з метою запобігання витоку палива). Датчики менших тисків підходять для систем проходження палива.

Керамічний ємнісної датчик тиску Kavlico) скомбінований з NTC датчиком температури й спеціально розроблений для двигунів, що альтернативно харчуються (CNG/LPG).



3. Датчики струму й температури батарей для гібридних автомобілів

Значні споживачі електричної енергії електричні та гібридні автомобілі, які включають інтегрований стартер/генератор, електронно-нагреваємі каталітичні конвертери, електромагнітні клапани, електронне гальмування, електронне рульове управління, Hvac-Системы

Для задоволення зростаючої потреби в електроенергії в автомобілі стає актуальним перехід від батарей 14 У до батарей 42 В ( для середніх гібридів може знадобитися й більш -- до 60 В, а для повних -- порядку 450 В). Збільшення попиту на електроенергію викликане не тільки збільшенням числа гібридних автомобілів, але також і тим, що багато менш ефективні механічні й гідравлічні системи Powertrain, Carbody & Chassis заміщаються або доповнюються електричними й електронними системами (наприклад, електричного рульового керування EPS/EPAS). Електричне живлення потрібно для систем телеавтоматики, АБС, контролю динаміки -- ESP, ABS, електронного гальмування (EPB), електронно-керованих ковзних дверей, натяжників ременів безпеки, приводів автоматизованих ручних передач, а також розваг -- систем і приладів Entertainment.

Збільшення споживання електроенергії в транспортному засобі обґрунтовує застосування автомобільних датчиків струму -- для перевірки доступної енергії й реалізації функціональності керування батарейною енергією, а також температури батарей -- для оптимального заряду й регулювання перегріву (мал. 11). У зв'язку з актуальністю електричних двигунів у гібридах датчики струму й температури мігрують із групи електроустаткування автомобіля, що ставився згідно з ранніми класифікаціями до систем корпуса й ходової частини, у групу датчиків Powertrain.



Так, Siemensvdo розробила інноваційне сімейство безконтактних датчиків струму (мал. 13), що використовують ефект Холу або ГМР, спеціально для контролю систем стартер/генератор і гібридних транспортних засобів.

3.1 MLH - нова серія датчиків тиску Honeywell

Компанія Honeywell випустила унікальну по своїх техніко-економічних показниках серію датчиків тиску MLH Чому ж примітно це нове сімейство?

По-перше, завдяки використанню передовий тонко плівкової технології ATF (Advanced Thick Film) при виробництві чутливого елемента (мал.) і спрощеному процесу складання вартість цієї серії була знижена в 2 рази в порівнянні з п'єзо-резистивною серією ML і на 15-20% у порівнянні з аналогічною продукцією інших виробників. Суть технології ATF полягає в безпосередньому монтажі керамічної підложки з тензорезистивним мостом на зворотну сторону металевої діафрагми датчика, до якої прикладається тиск. Разом із цим інженерам Honeywell удалося побільшати діапазон виміру до 560 атм, розширити діапазони робочих температур і термокомпенсації до границь -40…+125 °С и при цьому підвищити точність виміру до ±0,25% при температурі +25 °С и ±1,0% у всьому діапазоні робочих температур. ( Для довідки: ринкова вартість датчика тиску такого класу при дрібнооптових партіях коливається в межах $70-90. А датчики серії MLH при тих же кількостях будуть коштувати близько $45.)

Другою важливою перевагою серії MLH є дуже широкий вибір діапазонів виміру (від 3,5 до 560 атм) зі зручним кроком, причому розроблювач сам може вибрати діапазон у зручній для нього одиниці виміру -- PSI (фунт сили на квадратний дюйм), бар, МПа, кг/див², а також вид вимірюваного тиску (надлишкове або абсолютне). Надлишковий тиск виміряється стосовно атмосферного тиску, абсолютне -- стосовно вакуумної порожнини, сформованої зі зворотної сторони мембрани датчика.

1. Датчики систем керування двигуном і основними вузлами й агрегатами, що забезпечують пересування автомобіля Powerdrivetrain:

· датчики паливної системи двигуна, запалювання й трансмісії;

· датчики бортової діагностики ONBOARD DIAGNOSTICS (OBD) у системах POWER TRAIN.

У цю групу входять датчики положення -- наприклад, розподільного й колінчатого валів, дросельної заслінки, педалі акселератора, датчик масової витрати повітря, датчик тиску повітря у впускному патрубку, датчик швидкості автомобіля, датчики температури ( зокрема, температури охолоджувача), датчик детонації, датчики рівня палива й масла. Крім того, у зазначену групу входять і нові типи, наприклад багатопараметричні й мультисенсорні датчики контролю процесу горіння в циліндрах (тиску й температури) або стану масла двигуна (мал. 13).



Рис. 13. Датчики систем POWER DRIVE TRAIN керування двигуном і основними вузлами й агрегатами: а -- індуктивний датчик швидкості двигуна або активний датчик швидкості Bosch для реєстрації швидкості й кута обертання колінчатого вала; б -- датчик положення розподільного вала Siemensvdo на ефекті Холу ; в -- програмувальний датчик кутового положення дросельної заслінки AN1011 Cherry; г -- датчик положення педалі акселератора Alps Automotive; д -- датчики масової витрати повітря Hitachi; е -- датчик тиску повітря у впускному патрубку Manifold Air Pressure (MAP) sensor Kavlico; ж -- датчик трансмісії Bosch на основі ефекту Холу; з -- датчики вхідної й вихідної швидкості коробки передач Siemensvdo; і -- датчик температури повітря, охолоджувача й масла Bosch



2. Датчики систем контролю емісії, до яких ставляться: датчик концентрації кисню, датчик положення клапана системи рециркуляції газів, що відробили, датчик емісії летучих пар, датчик газу, датчик температури газів, що відробили, і деякі інші. Серед нових застосувань датчик концентрації сечовини, яка допомагає в очищенні вихлопів дизеля мал. 14

3. Датчики систем контролю корпуса й коліс:

· напівактивна або активна підвіска;

· електронно-контрольована підвіска ECS (ELECTRONICALLY CONTROLLED SUSPENSION);

· АБС, TPMS (TIRE PRESSURE MONITORING SYSTEM) -- система контролю тиску шин;

· електронні системи контролю доступу в кабіну;

· контроль положення вікон, дверей, сидінь, сонячного даху, склоочисників, дзеркал.

До цієї групи ставляться датчик положення підвіски, датчик тиску повітря в амортизаторах, активні й пасивні дверні ключі, датчик струму батареї, датчик доступу до дверей без ключа, датчик швидкості колеса, датчик сили гальмування, датчики положення й деякі інші (мал. 14).

Сьогодні актуальні наступні технології датчиків oxygen sensors і Nox sensors:

· що електрично нагріваються датчики на основі діоксиду цирконію Zro₂ (датчики з діоксидом цирконію Zro₂, що нагріваються вихлопним газом, у цей час не актуальні);

· що електрично нагріваються планарні датчики з малою термічною масою на основі кераміки Zro₂;

· що електрично нагріваються датчики на основі діоксида титану Tio₂; що електрично нагріваються, планарні датчики з малою термічною масою, двокамерні датчики на основі Zro₂;

· двокамерні датчики на основі Zro₂.



Рис.14. Датчики систем контролю емісії, включаючи Powerdrivetrain: а -- лямбда-зонд для виміру концентрації кисню Bosch LSM11; б -- датчик концентрації кисню Denso; в -- датчик положення клапана системи рециркуляції газів, що відробили, Siemensvdo; г -- датчик Kavlico для контролю рівня палива в поточних і майбутніх застосуваннях ( з метою мінімізації емісії летучих пар) незалежно від змісту етанолу, метанолу й паливних аддитивів; д -- датчики газу Nox і співвідношення повітря/паливо Siemensvdo; е -- датчик температури газів, що відробили, Siemensvdo; ж, з -- датчики рівня й концентрації сечовини Kavlico (ж) і Siemensvdo (з), і -- диференціальний датчик тиску Kavlico для регулювання витрати (швидкості процесів) EGR -- для зниження утвору Nox; до -- датчик тиску пар палива в бензиновому баку Kavlico ( для визначення витоку згідно OBDII)

Ці датчики визначають состав вихлопних газів, гарантуючи, що він залишається в межах норм, і подають сигнали зворотного зв'язку до систем контролю двигуна -- для регулювання співвідношення ТВС із метою оптимізації згоряння палива й мінімізації емісії.

4. Мікромеханічні датчики масової витрати повітря MASS AIRFLOW SENSORS ( для регулювання ТВС).

5. Датчики температури TEMPERATURE SENSORS:

· термістори з негативним або позитивним температурним коефіцієнтом;

· резистивні датчики температури (плівкові платинові датчики);

· платинові термопари;

· безконтактні інфрачервоні датчики.

Зазначені датчики посилають інформацію автомобільному комп'ютеру про навколишню температуру в різних частинах автомобіля. Крім виміру температури в салоні, вони вимірюють температуру масла, повітря, охолодної рідини -- у впускному патрубку, коробці передач, на колінчатому валу й інших частинах автомобіля, а також детектують присутність або положення пасажира.

6. Датчики тиску Pressure Sensors застосовують наступні актуальні технології:

· П'єзорезистивні мікромеханічні датчики;

· П'єзорезистивні полікремнієві модулі на сталі;

· ємнісні мікромеханічні датчики;

· ємнісні керамічні модулі.

4. Автомобільні датчики положення. Сучасні технології й нові перспективи. Актуальні класичні принципи оптоелектроніки в автоелектрониці

Останнім часом у зв'язку з появою великого числа недорогих і надійних магнітокерованих ИС і, головним чином, нових магнітних енкодерів Холу інженери, що займаються питаннями автоелектроніки, стали негативно ставитися до використання оптичної технології в таких застосуваннях, як детектоване положення й швидкості за допомогою оптичних датчиків. Вагомим аргументом проти оптичних компонентів є їхня чутливість до забруднень і підвищеній температурі -- умовам, типовим для автомобільного середовища, а також більш висока ціна, якщо порівнювати такі компоненти з новими кутовими енкодерами Холу.

І все-таки за межами даних обмежень оптичні датчики -- більш високоточні, чому багато електричних вимірників, а крім того, характеризуються високою розв'язною здатністю й високою надійністю. Базові принципи технології розроблялися й вигострювалися багато років, і саме оптичні принципи становлять основу сьогоднішніх енкодеров, у тому числі й магнітних.

4.1 Оптичні датчики

Усі відомі оптичні (і багато неоптичні) схеми детектування руху зводяться до двох базових схем, показаним на мал. 15,16 Схеми роботи пристроїв проілюстровані мал. 15



Рис. 15. Базова схема оптичного детектування руху -- переривник а-в -- щілинний оптичний (фотоелектричний) датчик -- оптопреривач (оптрон або оптопара): 1 -- корпус датчика; 2 -- світлодіод; 3 -- фоточутливий елемент (фототранзистор або фотодіод); а -- конструкція датчика: 4 -- елементи для монтажу корпуса; 5 -- термінали для монтажу на друкованій платі; б -- лінійний переривник -- датчик лінійної швидкості (цифрової індикації певного лінійного положення): 4 -- лінійний ротор (, що лінійно переміщається елемент) з оптично непрозорими ділянками, що й чергуються оптично прозорими; 5 -- термінали для монтажу на друкованій платі; в -- датчик кутової швидкості (індикації певного кутового положення); 4 -- обертовий ротор -- крильчатка з непрозорими лопатами; 5 -- обертовий вал; г -- аналог оптопреривач -- щілинний датчик швидкості Холу: 1 -- корпус датчика; 2 -- магніт; 3 -- датчик Холу (уніполярний ключ); 4 -- магнітопровід; 5 -- термінали для монтажу на друкованій платі; 6 -- обертовий ротор -- крильчатка з лопатами з феромагнітного матеріалу; 7 -- обертовий вал