Датчики, используемые в современном автомобиле

Размещено на http://www.allbest.ru

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ХАРЬКОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ»

Кафедра Материаловедения

Контрольная работа

По Электроматериаловедению

На тему: «Датчики, используемые в современном автомобиле»

Студента ІІ курса

Группы ТМЗ-11

Линник Артема Алексеевича

г. Харьков

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

І. ПОНЯТИЕ ДАТЧИКА

ІІ. КЛАССИФИКАЦИЯ ДАТЧИКОВ

ІІІ. ДАТЧИКИ В СОВРЕМЕННЫХ АВТОМОБИЛЯХ

1. Новые разработки датчиков

2. Датчики системы Парктроник

3. Датчики в автомобильных охранных сигнализациях

ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

За последние годы в технике измерения и регулирования параметров различных процессов всё более и более возрастает роль отрасли изготовления и применения датчиков. Эта отрасль, постоянно развиваясь, служит основой создания разнообразных вариантов систем автоматического регулирования.

Такое развитие обусловлено, прежде всего, гигантским прогрессом микроэлектроники. Широкий спектр применений микро-ЭВМ в бытовой технике, автомобилестроении и других областях промышленности всё в большей мере требует недорогих датчиков, выпускаемых крупными сериями. Как следствие этого появляются новые интересные и в то же время недорогие устройства на датчиках.

Постоянное совершенствование автомобилей является важнейшим фактором в развитии экономики нашей страны. Современный автомобиль состоит из большого количества механических узлов, которые достаточно совершенны. Поэтому в последнее время наметилась тенденция к усложнению и развитию электрического и электронного оборудования автомобилей, стоимость которого в современных грузовых автомобилях зачастую превышает 30% от общей стоимости.

Одной из важнейших проблем современного автотранспортного предприятия является быстрое и качественное выявление неисправностей у автомобилей. При эксплуатации автомобиля могут возникать скрытые неисправности внешне не чем себя не проявляющие, но, будучи незамеченными, они могут привести к серьезным поломкам, а, следовательно, к дорогостоящему ремонту.

Кроме того, профилактическая диагностика позволяет предприятию экономить значительные средства за счет выявления неисправностей и своевременного их устранения, что сокращает время простоя в ремонте, а, следовательно, позволяет снизить трудозатраты и стоимость ремонта.

Появление полупроводниковых приборов, интегральных микросхем, миниатюрных микро-ЭВМ позволяет быстро и качественно обнаруживать возникающие неисправности и устранять их как в процессе эксплуатации автомобиля, так и в процессе его подготовки к работе.

Для диагностирования тех или иных параметров автомобиля необходимы в первую очередь надежные, высокоточные датчики.

І. ПОНЯТИЕ ДАТЧИКА

Процесс управления заключается в приеме информации о состоянии объекта управления, ее контроле и обработке центральным устройством и выдачи им управляющих сигналов на исполнительные устройства. Для приема информации служат датчики неэлектрических величин. Таким образом, контролируется температура, механические перемещения, наличие или отсутствие предметов, давление, расходы жидкостей и газов, скорость вращения и т.п. датчик автомобиль парктроник сигнализация

На датчик могут одновременно воздействовать различные физические величины (давление, температура, влажность, вибрация, ядерная реакция, магнитные и электрические поля и т. д.), но воспринимать он должен только одну величину, называемую естественной величиной.

Датчики информируют о состоянии внешней среды путем взаимодействия с ней и преобразования реакции на это взаимодействие в электрические сигналы. Существует множество явлений и эффектов, видов преобразования свойств и энергии, которые можно использовать для создания датчиков.

Датчик, сенсор (от англ. sensor) -- понятие систем управления, первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину в удобный для использования сигнал.

Существует несколько определений понятия датчика. Широко встречаются следующие определения:

1. чувствительный элемент, преобразующий параметры среды в пригодный для технического использования сигнал, обычно электрический, хотя возможно и иной по природе (например, пневматический сигнал);

2. законченное изделие на основе указанного выше элемента, включающее, в зависимости от потребности, устройства усиления сигнала, линеаризации, калибровки, аналого-цифрового преобразования и интерфейса для интеграции в системы управления. В этом случае чувствительный элемент датчика сам по себе может называться сенсором.

3. датчиком называется часть измерительной или управляющей системы, представляющая собой конструктивную совокупность измерительных преобразователей, включающую преобразователь вида энергии сигнала, размещенную в зоне действия влияющих факторов объекта и воспринимающий естественно закодированную информацию от этого объекта.

4. датчик - конструктивно обособленная часть измерительной системы, содержащая один или несколько первичных преобразователей, а также один или несколько промежуточных преобразователей.

Эти определения соответствуют практике использования термина производителями датчиков. В первом случае датчик это небольшое, обычно монолитное устройство электронной техники, например, терморезистор, фотодиод и т. п., которое используется для создания более сложных электронных приборов. Во втором случае -- это законченный по своей функциональности прибор, подключаемый по одному из известных интерфейсов к системе автоматического управления или регистрации. Например, фотодиоды в матрицах и др. В третьем и четвертом определении акцент делается на то, что датчик является конструктивно обособленной частью измерительной системы, воспринимающей информацию, а следовательно обладающий самодостаточностью для выполнения этой задачи и определенными метрологическими характеристиками.

В настоящее время различные датчики широко используются при построении систем автоматизированного управления.

Датчики являются элементом технических систем, предназначенных для измерения, сигнализации, регулирования, управления устройствами или процессами. Датчики преобразуют контролируемую величину (давление, температура, расход, концентрация, частота, скорость, перемещение, напряжение, электрический ток и т. п.) в сигнал (электрический, оптический, пневматический), удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации информации о состоянии объекта измерений.

Исторически и логически датчики связаны с техникой измерений и измерительными приборами, например термометры, расходомеры, барометры, прибор «авиагоризонт» и т. д. Обобщающий термин датчик укрепился в связи с развитием автоматических систем управления, как элемент обобщенной логической концепции датчик -- устройство управления -- исполнительное устройство -- объект управления. В качестве отдельной категории использования датчиков в автоматических системах регистрации параметров можно выделить их применение в системах научных исследований и экспериментов.

В последнее время в связи с удешевлением электронных систем всё чаще применяются датчики со сложной обработкой сигналов, возможностями настройки и регулирования параметров и стандартным интерфейсом системы управления. Имеется определённая тенденция расширительной трактовки и перенесения этого термина на измерительные приборы, появившиеся значительно ранее массированного использования датчиков, а также по аналогии -- на объекты иной природы, например, биологические. Понятие датчика по практической направленности и деталям технической реализации близко к понятиям измерительный инструмент и измерительный прибор, но показания этих приборов в основном читаются человеком, а датчики, как правило, используются в автоматическом режиме.

ІІ. КЛАССИФИКАЦИЯ ДАТЧИКОВ

При классификации датчиков в качестве основы часто используется принцип их действия, который, в свою очередь, может базироваться на физических или химических явлениях и свойствах.

Классификация по виду выходных величин:

· Активные (генераторные);

· Пассивные (параметрические).

Классификация по измеряемому параметру:

Датчики давления:

· абсолютного давления;

· избыточного давления;

· разрежения;

· давления-разрежения;

· разности давления;

· гидростатического давления.

Датчики расхода:

· Механические счетчики расхода;

· Перепадомеры;

· Ультразвуковые расходомеры;

· Электромагнитные расходомеры;

· Кориолисовые расходомеры;

· Вихревые расходомеры.

Уровня:

· Поплавковые;

· Ёмкостные;

· Радарные;

· Ультразвуковые.

Температуры:

· Термопара;

· Термометр сопротивления;

· Пирометр;

· Датчик концентрации;

· Кондуктометры.

Радиоактивности (также именуются детекторами радиоактивности или излучений):

· Ионизационная камера;

· Датчик прямого заряда.

Перемещения:

· Абсолютный шифратор;

· Относительный шифратор;

· LVDT.

Положения:

· Контактные;

· Бесконтактные.

Фотодатчики:

· Фотодиод;

· Фотосенсор.

Датчик углового положения;

Сельсин;

Преобразователь угол-код;

RVDT;

Датчик вибрации;

Датчик Пьезоэлектрический;

Датчик вихретоковый;

Датчик механических величин;

Датчик относительного расширения ротора;

Датчик абсолютного расширения;

Датчик дуговой защиты.

Классификация по принципу действия:

· Оптические датчики (фотодатчики);

· Магнитоэлектрический датчик (На основе эффекта Холла);

· Пьезоэлектрический датчик;

· Тензо преобразователь;

· Ёмкостной датчик;

· Потенциометрический датчик;

· Индуктивный датчик.

Классификация по характеру выходного сигнала:

· Дискретные;

· Аналоговые;

· Цифровые;

· Импульсные.

Классификация по среде передачи сигналов:

· Проводные;

· Беспроводные.

Классификация по количеству входных величин:

· Одномерные;

· Многомерные.

Классификация по технологии изготовления:

· Элементные;

· Интегральные.

Рассмотрим основные виды:

Температурные датчики. Среди прочих датчиков температурные отличаются особенно большим разнообразием типов и являются одним из самых распространенных.

Рис. 1. Конструкция датчика температуры.

Стеклянный термометр со столбиком ртути известен с давних времен и широко используется в наши дни. Терморезисторы (рис. 1), сопротивления которых изменяется под влиянием температуры, используются довольно часто в разнообразных устройствах благодаря сравнительно малой стоимости датчиков данного типа. Существует три вида терморезисторов: с отрицательной характеристикой (их сопротивление уменьшается с повышением температуры), с положительной характеристикой (с повышением температуры сопротивление увеличивается) и с критичной характеристикой (сопротивление увеличивается при пороговом значении температуры). Обычно сопротивление под влиянием температуры изменяется довольно резко. Для расширения линейного участка этого изменения параллельно и последовательно терморезистору присоединяются резисторы.

Термопары особенно широко применяются в области измерений. В них используется эффект Зеебека: в спае из разнородных металлов возникает ЭДС, приблизительно пропорциональная разности температур между самим спаем и его выводами. Диапазон измеряемых термопарой температур зависит от применяемых металлов. В термочувствительных ферритах и конденсаторах используется влияние температуры соответственно на магнитную и диэлектрическую проницаемость, начиная с некоторого значения, которое называется температурой Кюри и для конкретного датчика зависит от применяемых в нем материалов.

Термочувствительные диоды и тиристоры относятся к полупроводниковым датчикам, в которых используется температурная зависимость проводимости p-n-перехода (обычно на кристалле кремния). В последнее время практическое применение нашли так называемые интегральные температурные датчики, представляющие собой термочувствительный диод на одном кристалле с периферийными схемами, например усилителем и др.

Оптические датчики. Подобно температурным оптические датчики отличаются большим разнообразием и массовостью применения. По принципу оптико-электрического преобразования эти датчики можно разделить на четыре типа: на основе эффектов фотоэлектронной эмиссии, фотопроводимости, фотогальванического и пироэлектрических.

Фотогальваническая эмиссия, или внешний фотоэффект, - это испускание электронов при падении света физическое тело. Для вылета электронов из физического тела им необходимо преодолеть энергетический барьер. Поскольку энергия фотоэлектронов пропорциональна hc/л (где h - постоянная Планка, с - скорость света, л - длина волны света), то, чем короче длина волны облучающего света, тем больше энергия электронов и легче преодоление ими указанного барьера.

Эффект фотопроводимости, или внутренний фотоэффект, - это изменение электрического сопротивления физического тела при облучении его светом. Среди материалов, обладающих эффектом фотопроводимости, - ZnS, CdS, GaAs, Ge, PbS и др. Максимум спектральной чувствительности CdS приходится приблизительно на свет с длиной волны 500-550 нм, что соответствует приблизительно середине зоны чувствительности человеческого зрения. Оптические датчики, работающие на эффекте фотопроводимости, рекомендуется использовать в экспонометрах фото- и кинокамер, в автоматических выключателях и регуляторах света, обнаружителях пламени и др. Недостаток этих датчиков - замедленная реакция (50 мс и более).

Фотогальванический эффект заключается в возникновении ЭДС на выводах p-n-перехода в облучаемом светом полупроводнике. Под воздействием света внутри p-n-перехода появляются свободные электроны и дырки и генерируется ЭДС. Типичные датчики, работающие по этому принципу, - фотодиоды, фототранзисторы. Такой же принцип действия имеет оптико-электрическая часть двухмерных твердотельных датчиков изображения, например датчиков на приборах с зарядовой связью (ПЗС-датчиков). В качестве материала подложки для фотогальванических датчиков чаще всего используется кремний. Сравнительно высокая скорость отклика и большая чувствительность в диапазоне от ближней инфракрасной (ИК) зоны до видимого света обеспечивает этим датчикам широкую сферу применения.

Пироэлектрические эффекты - это явления, при которых на поверхности физического тела вследствие изменений поверхностного температурного "рельефа" возникают электрические заряды, соответствующие этим изменениям. Среди материалов, обладающих подобными свойствами и множество других, так называемых пироэлектрических материалов. В корпус датчика встроен полевой транзистор, позволяющий преобразовывать высокое полное сопротивление пиротехнического элемента с его оптимальными электрическими зарядами в более низкое и оптимальное выходное сопротивление датчика. Из датчиков этого типа наиболее часто используются ИК-датчики.

Среди оптических датчиков мало найдется таких, которые обладали бы достаточной чувствительностью во всем световом диапазоне. Большинство датчиков имеет оптимальную чувствительность в довольно узкой зоне ультрафиолетовой, или видимой, или инфракрасной части спектра.

Основные преимущества перед датчиками других типов:

1. Возможность бесконтактного обнаружения.

2. Возможность (при соответствующей оптике) измерения объектов как с чрезвычайно большими, так и с необычайно малыми размерами.

3. Высокая скорость отклика.

4. Удобство применения интегральной технологии (оптические датчики, как правило, твердотельные и полупроводниковые), обеспечивающей малые размеры и большой срок службы.

5. Обширная сфера использования: измерение различных физических величин, определение формы, распознавания объектов и т.д.

Наряду с преимуществами оптические датчики обладают и некоторыми недостатками, а именно чувствительны к загрязнению, подвержены влиянию постороннего света, светового фона, а также температуры (при полупроводниковой основе).

Датчики давления. В датчиках давления всегда испытывается большая потребность, и они находят весьма широкое применение. Принцип регистрации давления служит основой для многих других типов датчиков, например датчиков массы, положения, уровня и расхода жидкости и др. В подавляющем большинстве случаев индикация давления осуществляется благодаря деформации упругих тел, например диафрагмы, трубки Прудона, гофрированной мембраны. Такие датчики имеют достаточную прочность, малую стоимость, но в них затруднено получение электрических сигналов. Потенциалометрические (реостатные), емкостные, индукционные, магнитнострикционные, ультразвуковые датчики давления имеют на выходе электрический сигнал, но сравнительно сложны в изготовлении.

В настоящее время в качестве датчиков давления все шире используются тензометры. Особенно перспективными представляются полупроводниковые тензометры диффузионного типа. Диффузионные тензометры на кремниевой подложке обладают высокой чувствительностью, малыми размерами и легко интегрируются с периферийными схемами. Путем травления по тонкопленочной технологии на поверхности кристалла кремния с n-проводимостью формируется круглая диафрагма. На краях диафрагмы методом диффузии наносятся пленочные резисторы, имеющие p-проводимость. Если к диафрагме прикладывается давление, то сопротивление одних резисторов увеличивается, а других - уменьшается. Выходной сигнал датчика формируется с помощью мостовой схемы, в которую входят эти резисторы.

Полупроводниковые датчики давления диффузионного типа, подобные вышеописанному, широко используются в автомобильной электронике, во всевозможных компрессорах. Основные проблемы - это температурная зависимость, неустойчивость к внешней среде и срок службы.

Датчики влажности и газовые анализаторы. Влажность - физический параметр, с которым, как и с температурой, человек сталкивается с самых древних времен; однако надежных датчиков не было в течение длительного периода. Чаще всего для подобных датчиков использовались человеческий или конский волос, удлиняющиеся или укорачивающиеся при изменении влажности. В настоящее время для определения влажности используется полимерная пленка, покрытая хлористым литием, набухающим от влаги. Однако датчики на этой основе обладают гистерезисом, нестабильностью характеристик во времени и узким диапазоном измерения. Более современными являются датчики, в которых используются керамика и твердые электролиты. В них устранены вышеперечисленные недостатки. Одна из сфер применения датчиков влажности - разнообразные регуляторы атмосферы.

Газовые датчики широко используются на производственных предприятиях для обнаружения разного рода вредных газов, а в домашних помещениях - для обнаружения утечки горючего газа. Во многих случаях требуется обнаруживать определенные виды газа и желательно иметь газовые датчики, обладающие избирательной характеристикой относительно газовой среды. Однако реакция на другие газовые компоненты затрудняет создание избирательных газовых датчиков, обладающих высокой чувствительностью и надежностью. Газовые датчики могут быть выполнены на основе МОП-транзисторов, гальванических элементов, твердых электролитов с использованием явлений катализа, интерференции, поглощения инфракрасных лучей и т.д. Для регистрации утечки бытового газа, например сжиженного природного или горючего газа типа пропан, используется главным образом полупроводниковая керамика, в частности, или устройства, работающие по принципу каталитического горения.

При использовании датчиков газа и влажности для регистрации состояния различных сред, в том числе и агрессивных, часто возникает проблема долговечности.

Магнитные датчики. Главной особенностью магнитных датчиков, как и оптических, является быстродействие и возможность обнаружения и измерения бесконтактным способом. Но в отличие от оптических датчиков этот вид датчиков не чувствителен к загрязнению. Однако в силу характера магнитных явлений эффективная работа этих датчиков в значительной мере зависит от такого параметра, как расстояние, и обычно для магнитных датчиков необходима достаточная близость к воздействующему магнитному полю.

Среди магнитных датчиков хорошо известны датчики Холла. В настоящее время они применяются в качестве дискретных элементов, но быстро расширяется применение элементов Холла в виде ИС, выполненных на кремниевой подложке. Подобные ИС наилучшим образом отвечают современным требованиям к датчикам.

Магниторезистивные полупроводниковые элементы имеют давнюю историю развития. Сейчас снова оживились исследования и разработки магниторезистивных датчиков, в которых используется ферромагнетики. Недостатком этих датчиков является узкий динамический диапазон обнаруживаемых изменений магнитного поля. Однако высокая чувствительность, а также возможность создания многоэлементных датчиков в виде ИС путем напыления, т. е. технологичность их производства, составляют несомненные преимущества.

ІІІ. ДАТЧИКИ В СОВРЕМЕННЫХ АВТОМОБИЛЯХ

1. Новые разработки датчиков

Новый аккумуляторный датчик от Bosch. Концерн Bosch разработал электронный датчик состояния автомобильной батареи (EBS). Встроенная измерительная электроника датчика определяет основные физические параметры батареи - напряжение, силу тока и температуру, а программные алгоритмы рассчитывают величины, точно описывающие ее состояние. Кроме того, датчик выполняет ситуативный прогноз состояния заряда.

В современных автомобилях эта информация используется блоком управления энергоснабжением, что дает возможность всегда поддерживать достаточный уровень заряда батареи для надлежащего запуска двигателя даже после длительного простоя. Данные, на основании которых осуществляется управление генератором и двигателем, позволяют снизить расход топлива и, следовательно, объем выхлопа, а также увеличить срок службы батареи. Контроль состояния батареи играет большую роль и в гибридных автомобилях с функцией «старт-стоп».

Датчик состоит из чипа с электронной начинкой и резистивного элемента для измерения тока. Вместе с полюсной клеммой они образуют монтажный блок, который подключается непосредственно к аккумулятору и помещается в углублении рядом с клеммой на стандартных автомобильных батареях. Новинка выигрывает по сравнению с другими решениями в этой области за счет значительной экономии свободного места и средств.

Помимо аппаратной основы датчика, Bosch в сотрудничестве с Varta разработал программное обеспечение для определения состояния батареи, алгоритмы которого полностью интегрируются в чип EBS. Датчик напрямую измеряет температуру, напряжение и ток батареи и по этим данным вычисляет ее емкость и состояние заряда, а также текущую и будущую производительность. Информация передается через LIN-интерфейс в вышестоящий блок управления энергоснабжением автомобиля, что позволяет оптимизировать состояние заряда батареи.

Bosch начала производство первых в мире модулей дроссельной заслонки из композиционных материалов для бензиновых двигателей. Новое изделие весит на 25% меньше и более экономично в изготовлении, нежели традиционные модули из металла. К другим преимуществам новинки относятся: более точная регулировка угла открытия, упрощенная адаптация к разным двигателям и моделям автомобилей, а также как и повышение безопасности при ДТП: детали, изготовленные из композитов, под воздействием внезапного удара разбиваются на мелкие составные части.

В системе электронного управления положением дроссельной заслонки модуль дроссельной заслонки является главным элементом регулирования потребления воздуха двигателем и, таким образом, регулирования выходной мощности двигателя. На основе информации о положении педали газа блок управления двигателя вычисляет необходимый угол открытия дроссельной заслонки, угол опережения зажигания и количество впрыскиваемого топлива. По сигналу датчика положения дроссельной заслонки контролируется фактическое положение дроссельной заслонки и обеспечивается точное соблюдение заданного положения. К тому же, отпадает необходимость включения модуля дроссельной заслонки в контур циркуляции охлаждающей жидкости, так как низкая теплопроводность синтетического материала значительно снижает опасность обледенения.

Корпус и заслонка нового поколения модулей DV-E8 состоят из долговечного прочного стекловолокна укрепленного термопластиком, который обладает высокой термо- и износостойкостью. Конструкция обеспечивает легкую адаптацию к разным моделям двигателей и транспортных средств.

Motorola разработала новое поколение автомобильных датчиков для контроля давления в шинах, а также новой серии инерционных датчиков.

Приборы для контроля давления имеют оригинальный дизайн и монтируются в штатный вентиль колеса. Они обеспечены автономным питанием от поставляемых в комплекте батареек и могут легко устанавливаться на любой автомобиль.

Помимо датчиков эта система включает бортовой приемник, который принимает сигналы от датчиков и преобразует его в понятные для водителя данные.

Промышленное производство этих приборов обещали наладить к 2008 году.

Помимо датчиков давления Motorola заявила к серийному выпуску системы инерционного контроля за движением. Они отслеживают изменение динамики автомобиля в зависимости от манипуляций водителя и в состоянии предупредить занос и опрокидывание машины.

Инерционные датчики Motorola предназначены для поставок на сборочные автозаводы в составе оригинальной системы ESP разработки этой фирмы. Motorola надеется на промышленные заказы автоконцернов на новую продукцию и была намерена адаптировать ее к перспективным моделям 2006 года.

2. Датчики системы Парктроник

Парковочный радар, также известный как, Акустическая Парковочная Система (АПС), парктроник или Ультразвуковой датчик парковки -- вспомогательная парковочная система, устанавливаемая на некоторых автомобилях; это система, облегчающая процедуру парковки автомобиля, движение его задним ходом в тёмное время суток и маневрирование в узких местах. Он сводит к минимуму риск повреждения кузова автомобиля о приближающееся препятствие, так как своевременно предупреждает водителя о сокращающемся расстоянии до объекта. Некоторые модели парктроников сами предотвращают возможное столкновение с приближающимся объектом.

Парктроник измеряет расстояние до приближающегося объекта с помощью ультразвука. Система использует ультразвуковые датчики (рис. 2, 3), врезанные в переднем и заднем бамперах для измерения дистанции к ближайшим объектам. Система издаёт прерывистый предупреждающий звук (и, в некоторых вариантах исполнения, отображает информацию о дистанции на дисплее, встроенном в приборную панель, в зеркало заднего вида или установленным отдельно) для индикации того, как далеко находится машина от препятствия.

Рис. 2. Ультразвуковой датчик типа MA40MF14-18.

Дисплеи и датчики парктроников являются высокоточными и показывают водителю, не только направление приближающегося препятствия, но и расстояние до него, если оно меньше полутора метров. В это время, с уменьшением расстояния, звуковой сигнал звучит чаще, а когда расстояние становится меньше 25 см, звуковой сигнал парктроника становится непрерывным.

Датчики парковки (сами сенсоры), которые входят в комплект, бывают разных размеров и цветов. Они монтируются в бампер автомобиля. Многие модели автомобиля имеют штатные места для установки датчиков парктроника, либо для их установки вырезаются отверстия. Внешний вид автомобиля в этом случае не ухудшается.

Многие марки автомобилей выпускаются в настоящее время с изначально установленными датчиками парковки (парктрониками), что подтверждает необходимость наличия данной системы.

Рис. 3. Ультразвуковой датчик типа MA40S5.

Существует множество разновидностей парковочных систем, различающихся, в основном, количеством и расположением ультразвуковых датчиков-излучателей.

Самые простые системы используют два датчика, устанавливаемые на задний бампер автомобиля. Система активируется при включении водителем передачи заднего хода. Количество датчиков зависит от конструкции парктроника. Число их может составлять от двух до восьми. От количества датчиков зависит точность парктроника.

Датчики могут быть врезными или накладные. Для врезных датчиков просверливают специальные отверстия в теле бампера, а затем, подготовив места, устанавливают датчики. Это самый распространённый способ установки. А для установки накладных датчиков ничего просверливать не нужно. Датчики просто крепятся посредством специального клея на бампер автомобиля.

В России завод АвтоВАЗ устанавливает штатно парковочный радар на автомобили Лада Приора в комплектации Люкс. Практически на любой автомобиль, на котором парковочный радар отсутствует штатно, его можно установить в качестве дополнительной опции.

3. Датчики в автомобильных охранных сигнализациях

По конструктивному исполнению автосигнализации делятся на два типа: компактные и модульные.

Сигнализация в компактном исполнении представляет собой моноблок, содержащий в себе почти все элементы системы: электронные узлы, сирену, датчики. Ввиду того, что электронные компоненты располагаются в корпусе сирены, которая устанавливается под капотом, они более доступны злоумышленникам.

Сигнализация в модульном исполнении состоит из отдельных частей: центрального блока, сирены и внешних датчиков. Центральный блок располагается в салоне автомобиля, в защищенном от доступа месте, и не подвергается атмосферным воздействиям. Этот тип сигнализации также оборудуется дополнительными датчиками и исполнительными устройствами (центральным замком, замком багажника, стеклоподъемниками и т. п.). Имеет более широкий набор сервисных функций.

Почти во всех сигнализациях используются сервисные системы, такие как контроль и проверка ложных cpабaтываний:

· Auto Testing -- автоматически проверяет все датчики сигнализации, определяет любые неисправности, избавляя пользователя от их длительного и дорогостоящего поиска;

· обход неисправностей (Auto Bypass) с автоматическим мониторингом. Система автоматически (по желанию пользователя) отключает неисправные датчики или контура, сохраняя общую работоспособность сигнализации и защиту автомобиля.

Автомобильные охранные сигнализации используют множество датчиков от самых простых (контактных) до сложных, представляющих собой практически самостоятельные интеллектуальные электронные устройства (объемные датчики).

Контактные датчики, как правило, используют все сигнализации. Эти датчики предназначены для защиты дверей автомобиля, капота и багажника. В качестве таких датчиков обычно используются кнопочные выключатели (как правило, штатные дверные).

Датчик битого стекла реагирует на характерный звук разбитого стекла. Это датчик микрофонного тина и может быть одноуровневым иди двухуровневым. Срабатывание такого датчика в большей степени зависит от типа стекла, его толщины и расположения микрофона. Одноуровневый датчик реагирует только на характерный звук разбиваемого стекла. Двухуровневый - регистрирует звук удара по стеклу и собственно звон разбиваемого стекла. Для срабатывания и выдачи соответствующего сигнала в центральный блок такой датчик должен зарегистрировать два тина сигналов с интервалом не более 150 мс.

Принцип работы этих датчиков - реагирование на колебания с частотой порядка 1500 Гц, производимые разбиваемым стеклом, или на колебания высокой частоты, обусловленные внутренними напряжениями стекла, когда его раскалывают или вырезают.

Датчик электромеханический заключен в герметичную ампулу. Его контакты выполнены в виде двух электрических нитей, полупогруженных в ртуть. Колебания, генерируемые при разбитии стекла, вызывают кратковременные размыкания электрического контакта.

Акустический датчик предназначен для улавливания колебаний с частотой около 1500 Гц, которые появляются при разрушении стеклянных перегородок. Сигнал, принятый микрофоном, усиливается и анализируется электронной схемой, связанной с датчиком.

Датчик пьезоэлектрический - это более точный детектор, поскольку обладает высокой избирательностью. Он не реагирует на низкие частоты, возникающие при ударе по стеклу, если оно не разбилось, а улавливает колебания около 200 кГц, обусловленные внутренними напряжениями разбиваемого стекла. Таким образом, исключаются несвоевременные срабатывания сигнализации, случающиеся, например, при проезде тяжелого или скоростного автомобиля вблизи от стеклянной перегородки или при проникновении сквозь стену авиационного гула.

Датчик удара (вибрации), как правило, поставляется в базовом комплекте автосигнализации. Он представляет собой устройство, регистрирующее вибрацию и удары по корпусу автомобиля. Если амплитуда вибрации превышает заданную величину, срабатывает сигнализация.

Датчик работает па основе пьезоэффекта или электромагнитной индукции, когда постоянный магнит перемещается вдоль обмотки катушки и тем самым, создает в ней переменный ток. Такой датчик называют электромагнитным, магниторезонансным или датчиком Piezosensor.

Редкий вариант устройства вибродатчика - вибродатчик с шариками . В покое электрический контакт замкнут. Один или оба шарика свободно лежат на двух контактах, которые конструктивно могут быть выполнены в виде двух металлических перилец. В момент удара шарики отскакивают от контакта, вызывая кратковременные размыкания, анализируемые электронной схемой, посредством которой регулируется чувствительность к ударам.

Чувствительность определяется по длительности размыкания контакта при отскакивании шариков друг от друга.

Датчик наклона - это очень простой датчик. Он пользуется большой популярностью у отечественных владельцев автомобилей. Датчик наклона состоит из двух магнитов и катушки. Один магнит закреплен неподвижно у основания катушки, а второй подвешен в магнитном поле первого. При наклоне корпуса датчика второй магнит смещается относительно первого, что приводит к изменению магнитного поля, в котором находится катушка. В обмотке катушки наводится ЭДС, которая усиливается и является информационным сигналом датчика. В зарубежных автосигнализациях такие датчики наклона применяются крайне редко, но находят широкое применение в мотоциклетных системах охраны.

Датчик падения напряжения в режиме охраны контролирует напряжение бортовой сети автомобиля. При возникновении бросков напряжения, вызванных, например, открыванием дверей автомобиля, датчик выдает соответствующий сигнал в блок управления сигнализации. Датчик такого типа встраивается в центральный блок и входит в состав базового комплекта большинства сигнализации.

Токовый датчик работает аналогично датчику падения напряжения. Однако в режиме охраны он регистрирует скачок тока, возникающий при подключении дополнительной нагрузки к источнику питания (например, при открывании двери автомобиля). Токовый датчик должен обладать очень высокой чувствительностью к малым броскам тока и поэтому в сигнализациях используется довольно редко.

Использование датчика обрыва питания в автосигнализациях считается традиционным. При обрыве цепи питания сигнализации (отсоединении клемм аккумуляторной батареи) датчик срабатывает и включает сирену с автономным питанием, если она подключена к сигнализации.

Датчик движения часто называют Proximity Sensor, поскольку он срабатывает при попадании объекта, излучающею тепло, например человека, в зону охраны датчика. Proximity Sensor обычно имеет одну зону чувствительности (90-110°) и устойчив к ложным срабатываниям. Недостатком самых простых и дешевых датчиков заключается в том, что они срабатывают при определенной скорости изменения теплового потока. Например, из-за прогрева солнцем салона автомобиля датчик может сработать.

Более совершенные датчики лишены этого недостатка. Их надежность и стойкость к тепловым помехам обеспечивается многоканальными головками и сложной электронной обработкой сигнала в самом датчике. В простых моделях обработка сигналов осуществляется аналоговыми методами, а в более сложных -- цифровыми, например, с помощью встроенного процессора.

Объемные датчики относятся к наиболее чувствительным системам охраны салона автомобиля. Они регистрируют любое перемещение в закрытом пространстве салона. Поэтому во многих сигнализациях предусмотрен режим дистанционного отключения датчика при помощи брелка. К объемным датчикам относятся:

1. Ультразвуковой датчик (Ultrasonic) предназначен для обнаружения перемещений в салоне автомобиля. Действие его основано на интерференции ультразвуковых колебаний. В состав датчика входят излучатель ультразвуковой частоты и приемник, которые разнесены в салоне автомобиля. При закрытых окнах и дверях пространство, контролируемое датчиком, ограничено салоном автомобиля, и в точке расположения приемника формируется устойчивая интерференционная картина. При проникновении какого-либо объема и салон устойчивость интерференционной картины нарушается и формируется сигнал тревоги. К основному недостатку ультразвукового датчика можно отнести ложные срабатывания при возникновении конвекционных потоков воздуха в системе отопления автомобиля.

2. Микроволновый датчик предназначен для обнаружения движения внутри салона и вблизи автомобиля. Поэтому его еще называют двухзоновым датчиком. Первая зона охраны находился за пределами автомобиля, а вторая собственно салон. Принцип действия датчика основан на регистрации изменений интерференционной картины радиоволн сантиметрового диапазона (прозрачного для стекол автомобиля), формируемой передатчиком. Устройство очень эффективно, но нуждается в тщательной регулировке чувствительности, так как зона охраны распространяется за пределами автомобиля, что может вызвать ложные срабатывания датчика.

Часто двухзоновые датчики используют для отпугивания лиц, приближающихся к автомобилю. При срабатывании первой зоны включаются фары, и раздается слабый звуковой сигнал. В наиболее совершенных моделях используется речевой синтезатор, предлагающий прохожим, приблизившимся к автомобилю слишком близко, отойти дальше.

3. Инфракрасный датчик (Infrasonic) также, как и ультразвуковой охраняет только салон автомобиля. Его действие основано на регистрации изменения интерференционной картины поля инфракрасного диапазона. Этот датчик способен контролировать закрытые помещения большого объема, поэтому рекомендуется для установки в салонах микроавтобусов, фургонов и т. п. Основной недостаток -- большой потребляемый ток по сравнению с другими объемными датчиками.

4. Датчик изменения объема предназначен для регистрации изменения давления воздуха в салоне автомобиля, возникающего, например, при открывании двери либо стекла автомобиля. Этот датчик имеет очень высокую чувствительность и в связи с этим, возможны его ложные срабатывания, особенно при остывании салона автомобиля в зимний период. В автосигнализациях применяется крайне редко.

ВЫВОДЫ

Для приема информации служат датчики неэлектрических величин. Таким образом, контролируется температура, механические перемещения, наличие или отсутствие предметов, давление, расходы жидкостей и газов, скорость вращения и т.п. На датчик могут одновременно воздействовать различные физические величины (давление, температура, влажность, вибрация, ядерная реакция, магнитные и электрические поля и т. д.), но воспринимать он должен только одну величину, называемую естественной величиной.

Датчики информируют о состоянии внешней среды путем взаимодействия с ней и преобразования реакции на это взаимодействие в электрические сигналы.

В настоящее время различные датчики широко используются при построении систем автоматизированного управления. Датчики являются элементом технических систем, предназначенных для измерения, сигнализации, регулирования, управления устройствами или процессами.

В последнее время в связи с удешевлением электронных систем всё чаще применяются датчики со сложной обработкой сигналов, возможностями настройки и регулирования параметров и стандартным интерфейсом системы управления.

Современные автомобили укомплектованы огромным количеством датчиков, которые контролируют температуру, давление, расходы жидкостей и газов, скорость вращения, наличие или отсутствие предметов вокруг машины во время парковки, а так же используются для охранных систем автомобилей. Все это позволяет ускорить процесс выявления поломок, а соответственно и ремонт автомобиля, а также, облегчает участь водителя в обращении с автомобилем.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1) Ютт В.Е. Электрическое и электронное оборудование автомобилей - М. Транспорт 1983г.

2) Како Н., Яманэ Я. Датчики и микро-ЭВМ. Л: Энергоатомиз дат, 1986г.

3) У.Титце, К.Шенк. Полупроводниковая схемотехника. М: Мир, 1982г.

4) П.Хоровиц, У.Хилл. Искусство схемотехники т.2, М: Мир, 1984г.

5) Справочная книга радиолюбителя-конструктора. М: Радио и связь, 1990г.

6) Виглеб Г., Датчики: устройство и применение, 1989г.

7) Осипович Л.А., Датчики физических величин, 1979г.

8) Современные датчики. Справочник. ДЖ. ФРАЙДЕН Перевод с английского Ю. А. Заболотной под редакцией Е. Л. Свинцова. М: Техносфера-2005 г.

9) Датчики. Перспективные направления развития. Алейников А. Ф., Гридчин В. А., Цапенко М. П. Изд-во НГТУ -- 2001 г.

10) Датчики в современных измерениях. Котюк А. Ф. Москва. Радио и связь -- 2006 г.

11) Пинский Ф.И., Давтян Р.И., Черняк Б.Я. Микропроцессорные системы управления автомобильными двигателями внутреннего сгорания: Учеб. пособие. - М.: Изд-во «Легион-Автокада», 2002 г.

12) Автомобили ВАЗ: Технология ремонта кузовов и кузовных деталей / Под ред. Б.В. Прохорова. - Л.: Машиностроение, 1987 г.

Размещено на Allbest.ru