Оптические датчики в автоэлектронике.

Оптические датчики в автоэлектронике.

Датчики угла поворотаа.

Визирная линия реализует датчик на базе отверстия в экране - диске, насаженном на вал. Избирательность способа ниже, чем у магнитных датчиков из-за рассеяния света ординарными источниками (не считая лазера). Это можно скомпенсировать, введя зону нечувствительности фотоприемника.

Датчик давления.

А Б

Рис. А - оптический преобразователь мембранного датчика давления Оптические датчики в автоэлектронике..

Оптические датчики в автоэлектронике.

Все известные оптические (и многие неоптические) схемы детектирования движения сводятся к двум базисным схемам, показанным на рис. 73, 74. Схемы работы устройств проиллюстрированы рис. 75 [165–166].

Рис. Базисная схема оптического детектирования движения — прерыватель а–в — щелевой оптический (фотоэлектрический) датчик — оптопрерыватель (оптрон либо оптопара): 1 — корпус датчика; 2 — светодиод; 3 — фоточувствительный элемент (фототранзистор либо Оптические датчики в автоэлектронике. фотодиод); а — конструкция датчика: 4 — элементы для монтажа корпуса; 5 — терминалы для монтажа на печатной плате; б — линейный прерыватель — датчик линейной скорости (цифровой индикации определенного линейного положения): 4 — линейный ротор (линейно перемещающийся элемент) с чередующимися оптически прозрачными и оптически непрозрачными участками; 5 — терминалы для монтажа на печатной плате; в — датчик угловой скорости (индикации определенного Оптические датчики в автоэлектронике. углового положения); 4 — крутящийся ротор — крыльчатка с непрозрачными лопастями; 5 — крутящийся вал; г — аналог оптопрерывателя — щелевой датчик скорости Холла: 1 — корпус датчика; 2 — магнит; 3 — датчик Холла (униполярный ключ); 4 — магнитопровод; 5 — терминалы для монтажа на печатной плате; 6 — крутящийся ротор — крыльчатка с лопастями из ферромагнитного материала; 7 — крутящийся вал.

Рис. а–в показывают механизм работы обычного Оптические датчики в автоэлектронике. щелевого оптического переключателя-оптопрерывателя, либо оптрона. В пластмассовом корпусе размещены светодиод и фотодетектор, к примеру фототранзистор, разбитые воздушным зазором в теле корпуса. Свет от светотодиода попадает на фототранзистор, который перебегает в состояние насыщения. Если в зазоре возникает непрозрачный элемент — ротор, путь света меж светодиодом и фототранзистором блокируется, что вызывает переключение Оптические датчики в автоэлектронике. выхода фототранзистора к высочайшему уровню.

Излучающие светодиоды могут работать как в видимом, так и в инфракрасном диапазоне. Для работы датчика нужно, чтоб конструкция корпуса и ширина частей ротора обеспечивали чередование светопередачи и перекрытия оптического канала. Значительно уменьшить ширину оптических кодовых частей и повысить разрешение устройства позволяют лазерные диоды Оптические датчики в автоэлектронике.. Расстояние от датчика до детектируемого объекта в границах ширины рабочего зазора несущественно, но если нужен больший рабочий спектр, также используются лазерные светодиоды.

Простым примером может служить проверка при помощи оптического оптопрерывателя открытия либо закрытия двери либо капота, которые для блокировки света снабжаются подвижным флагом, падающим в щель, более сложным Оптические датчики в автоэлектронике. — в энкодерах (будет рассмотрено дальше).

Щелевые оптопрерыватели обширно употребляются для детектирования скорости мотора, на валу которого расположен ротор, временами блокирующий оптический канал, но в автоэлектронике их применение ограничено чувствительностью к загрязнениям и температурам (обычно 80 °C). Стоит отметить, что некие современные устройства, к примеру инфракрасные диоды и фототранзисторы Honeywell, работают и при Оптические датчики в автоэлектронике. температурах до 125 °C.

В значимой степени делему также решает интерпретация схемы прерывателя на базе датчика Холла (рис. г), но, в отличие от оптопрерывателя, к размерам крыльчатки предъявляются требования малой ширины лопасти, что в свою очередь ограничивает пространственное разрешение датчика.

Рис. Оптический (фотоэлектрический) датчик рефлективного типа 1 — корпус датчика; 2 — светодиод; 3 — фоточувствительный Оптические датчики в автоэлектронике. элемент (фототранзистор либо фотодиод); 4 — терминалы для монтажа на печатной плате; а — конструкция датчика; б — датчик линейной скорости (индикации определенного линейного положения): 5 — линейный ротор с чередующимися участками с высочайшей отражательной способностью и низкой отражательной способностью (оптически прозрачными); в — датчик угловой скорости (индикации определенного углового положения); 5 — крутящийся ротор Оптические датчики в автоэлектронике. — крыльчатка с чередующимися участками с высочайшей отражательной способностью и низкой отражательной способностью (оптически прозрачными); 6 — крутящийся вал; г — датчик угловой скорости со специальной конструкцией ротора: 5 — крутящийся ротор с низкой отражательной способностью фона (темного цвета); 6 — чередующиеся полосы ротора с высочайшей отражательной способностью; 7 — крутящийся вал.

На рис. а–г проиллюстрирована работа рефлективного оптического датчика Оптические датчики в автоэлектронике., который работает аналогично, но конструктивно отличается тем, что фототранзистор в рефлективном датчике переключается светом, отраженным от детектируемой поверхности.

Светодиод и фототранзистор рефлективного датчика размещены с одной стороны поверхности детектируемого объекта. Рефлективные датчики обеспечивают огромную упругость монтажа, но характеризуются фокусным расстоянием (хорошим расстоянием от датчика до детектируемого объекта), на Оптические датчики в автоэлектронике. котором он должен быть помещен (обычно в границах 2,54–12,7 мм) и относительно которого варьируется рабочий спектр устройства.

При конструировании рефлективного датчика важным требованием к детектируемой поверхности является ее отражательная способность и качество отражения. К примеру, для задач детектирования скорости цвет вала мотора и ротора выбирается темный (рис. 74г), тогда Оптические датчики в автоэлектронике. полосы отражающего материала на валу обеспечивают периодическое переключение датчика.

Луч, отраженный от стандартной поверхности, не сфокусирован и представляет собой усеченный конус с основанием на рефлективной поверхности, образованным отражаемым коническим световым пучком светодиода, что не позволяет с высочайшей точностью обнаруживать малые отражающие объекты и ограничивает пространственное разрешение датчика. Для того чтоб уменьшить Оптические датчики в автоэлектронике. поперечник отражаемого луча, в качестве источников света используются лазерные светодиоды, а для фокусировки луча на его пути от светодиода к фотодетектору в датчик встраиваются линзы.

Производным от рефлективного типа датчиков является волоконно-оптический датчик перемещения, содержащий две группы волоконной оптики: передающие волокна, присоединенные к источнику света, и принимающие сигнал Оптические датчики в автоэлектронике. волокна, которые подсоединены к фотодетектору (фотодиоду) и объединены в одном корпусе. Свет от источника передается через оптоволокна на поверхность цели и отражается назад, часть отраженного света улавливается принимающими оптоволокнами и попадает на фотодетектор, регистрирующий интенсивность отражения, которая представляет собой нелинейную функцию параметров поверхности и расстояния до цели. Этот тип датчиков Оптические датчики в автоэлектронике. может востребовать повторяющейся калибровки.

Рефлективные датчики употребляются в почти всех сферах — в индустрии либо компьютерах (датчики для компьютерных мышей). В автоэлектронике данный тип устройств применяется довольно обширно — к примеру, для контроля положения пассажира, в датчиках дождика и в энкодерах, а не считая того, становится базисной схемой, увлекательной Оптические датчики в автоэлектронике. для преобразования измерительных концепций по отношению к другим типам датчиков.

Особенности схемотехники оптических устройств

Оптический датчик — это устройство, измеряющее интенсивность электрических волн в спектре от ультрафиолетового до близкого к инфракрасному.

Свет представляет собой пучок дискретных фотонов, любой из их является носителем кванта энергии, зависящей от источника света.

При содействии Оптические датчики в автоэлектронике. с атомами кремния фотоны, зависимо от длины волны (что эквивалентно количеству энергии), наращивают проводимость фотодиода. В нем при смещении генерируется электронный ток, и его можно измерить.

С физической точки зрения базисное измерительное устройство — это конкретно фотодиод, который при объединении с многофункциональной электроникой будет представлять собой пиксель (pixel — PIcture ELement).

Другой базисный тип Оптические датчики в автоэлектронике. фотодетектора — фототранзистор, под действием света он работает аналогично, но обеспечивает переключаемый логический выход.

Фотодиоды и фототранзисторы закладываются в линейные оптические массивы, CMOS-камеры.

Щелевые и рефлективные датчики (также оптоизоляторы1) работают идиентично с схожими чертами, важной из которых является коэффициент передачи тока.

Так как фототранзистор, при воздействии светового Оптические датчики в автоэлектронике. луча переходящий в состояние насыщения, обеспечивает готовый цифровой выход, в большинстве коммерчески доступных оптопрерывателей и рефлективных датчиков употребляется конкретно данный тип фотоэлектрического преобразователя. Для включения датчика во внешнюю цифровую схему будет нужно только токоограничивающий резистор в цепи светодиода и наружный резистор меж плюсом питания и выходом транзисторного ключа (рис. а Оптические датчики в автоэлектронике.).

Рис. Обычные принципные электронные схемы для включения оптопрерывателя и рефлектора а— схема на базе фототранзистора с цифровым выходом; б— схема на базе фотодиода с аналоговым импульсным выходом; в— схема на базе фотодиода с цифровым импульсным выходом; VD1 — светодиод; VD2 — фотодиод; VT1 — фототранзистор, R1, R2 — токоограничивающие резисторы.

Пара «светодиод–фототранзистор Оптические датчики в автоэлектронике.» характеризуется усилением наименее 1. Сумма выходного тока коллектора фототранзистора, отнесенная к величине входного тока светодиода, именуется коэффициентом передачи тока (КПТ, либо CTR — Current transmission ratio). Обычный ток светодиода 10–20 мА с обычным CTR щелевого тумблера порядка 0,1 соответствует 1–2 мА выходного тока коллектора 2.

КПТ находится в зависимости от черт светодиода и фототранзистора и Оптические датчики в автоэлектронике. различен для оптических датчиков в широких границах, потому значение резистора R2 должно гарантировать насыщение фототранзистора и стекание тока, достаточного для получения реальных амплитуд логических уровней при подключении оптического датчика к микроконтроллеру. К примеру, при токе светодиода 10мА и КПТ=0,1 значение резистора R2 должно быть выбрано приближенно равным 5 кОм Оптические датчики в автоэлектронике. [166]. (Наименьшее значение допустимо для оптического тумблера с высочайшим КПТ либо с огромным током светодиода и будет обеспечивать наилучшую шумовую устойчивость (наименьший импеданс) и поболее высшую скорость переключения.)

Скорость переключения фототранзистора в любом оптическом датчике достаточно неспешная, что ограничивает наивысшую детектируемую скорость устройства и должно учитываться программкой, считывающей выход датчика. Обычные Оптические датчики в автоэлектронике. значения времени включения (перехода в состояние насыщения) — 8 мс, времени выключения — 50 мс.

Рефлективные датчики также характеризуются КПТ, который в отличие от оптопрерывателей не постоянен и находится в зависимости от силы отраженного света, типа поверхности и расстояния от поверхности до датчика. КПТ рефлективного датчика специфицируется производителем со стандартной белоснежной рефлективной Оптические датчики в автоэлектронике. поверхностью, помещенной на фокусном расстоянии от датчика. В реальном проекте рассчитывается либо измеряется фактический КПТ.

Так как КПТ рефлективного оптического датчика варьируется в широком спектре, аналоговый выход (рис. 75б) может быть более желаемым, так как юзеру предоставляется возможность без помощи других подсоединять выход датчика к АЦП и программно выслеживать Оптические датчики в автоэлектронике. конфигурации в выходном уровне сигнала, что, как показано дальше, полезно и для интерполяции сигналов инкрементальных энкодеров, но в данном случае нужно больше времени для подборки АЦП.

Датчики рефлективного типа в основном подвержены воздействию механической непостоянности системы. Например, при вибрации, если остановка ротора соответствует краю отражающей полосы в рабочей области датчика, рефлективный Оптические датчики в автоэлектронике. датчик безпрерывно генерирует прерывания. В аналогичной ситуации с щелевым датчиком получение разнопланового выхода при частичном затемнении фототранзистора дает возможность избежать гистерезис в схеме компаратора, но рефлективный датчик востребует дополнительных аппаратных и программных средств. Для обнаружения необыкновенных критерий программка может иметь таймер, отслеживающий время меж прерываниями, при несогласовании Оптические датчики в автоэлектронике. которого подпрограмма обслуживания прерываний может их игнорировать.

Для корректности и безопасности системы нужна и гарантия того, что сбойные датчики будут локализованы. Так, сбойный либо отсоединенный светодиод позволяет фототранзистору предоставлять системе информацию об остановке мотора, закрытом капоте либо двери. Ту же самую информацию может предоставлять засоренный фототранзистор.

1-ый метод решения препядствия — применение Оптические датчики в автоэлектронике. 2-ух датчиков с инверсными выходами. Какой-то из них блокируется при открытом капоте, 2-ой — при закрытом. Сразу анализируется состояние 2-ух датчиков, которые для верификации состояния либо функциональности системы должны оба находиться в правильном состоянии.

Способ обнаружения отсоединенного светодиода — определение напряжения на аноде светодиода. Когда светодиод включен Оптические датчики в автоэлектронике., падение напряжения, определяемое компаратором, составит около 1,2 В (приемлимо), и выход компаратора будет высочайшим. Если светодиод раскрывается, напряжение на аноде вырастет до Ucc (более 3 В).

Для детектирования сбойных критерий закорачивания можно добавить 2-ой компаратор. Опорное напряжение в данном случае выбирается порядка 0,6 В, программное обеспечение заявляет ошибку, если напряжение падает ниже опорного Оптические датчики в автоэлектронике..

Оптические энкодеры Оптические способы довольно популярны в автоэлектронике, так как принцип их работы прост, а точность выше, чем у электронных способов.

В общих чертах теория энкодеров рассматривалась в части 5 данной публикации, так как требовалось объяснить механизм работы многообещающих магнитных угловых энкодеров Холла. В сопоставлении с оптическими энкодерами магнитные энкодеры Оптические датчики в автоэлектронике. владеют последующими преимуществами: работают в критериях завышенной загрязненности и больших температур, также обеспечивают уменьшенное число компонент. Как показано выше, оптоэлектронные схемы достаточно ординарны, но магнитные энкодеры концентрируют измерительные, вычислительные и интерфейсные функции в пространстве одной ИС, в конечном итоге обеспечивая общий малый размер устройства и малую стоимость.

Высшую Оптические датчики в автоэлектронике. точность, способность предоставлять информацию в цифровой форме, стабильность и помехоустойчивость обеспечивают конкретно принципы, лежащие в базе энкодерных технологий [165–172, 173–180]. Конкретно оптическая разработка предложила ряд традиционных методов для построения энкодера — датчика, предоставляющего информацию о движении, положении либо направлении или конкретно в цифровой форме, или генерирующего последовательность импульсов, из которой после оцифровки может быть Оптические датчики в автоэлектронике. сформирован цифровой код.

Угловые оптические энкодеры.

Рис. Инкрементальный энкодер — датчик относительного положения, скорости и направления а–б — угловой инкрементальный энкодер; в — конструкция измерительной головки: 1 — корпус датчика; 2 — светодиод — источник света для инкрементальных каналов А и Б; 3, 4 — простые фотодетекторы (фототранзисторы либо фотодиоды); 5 — светодиод — источник света для индексного канала; 6 — фотодетектор Оптические датчики в автоэлектронике. индексной метки; 7 — терминалы для монтажа на печатной плате; 8 — элементы для монтажа корпуса; 9 — 4-битный (24 = 16 положений) перфорированный ротор с прорезями; 10 — прорези для инкрементальных каналов; 11 — прорезь — индексная метка; 12 — крутящийся вал; г — вариант выполнения 4-битного инкрементального ротора из стекла; д–е — варианты сигналов инкрементального энкодера: д — цифровой инкрементальный энкодер (инкрементальные каналы А и Б, индексный Оптические датчики в автоэлектронике. выход В фототранзисторов, канал скорости).

Угловой оптический энкодер состоит из узкого оптического диска и стационарного блока — измерительной головки, включающей источник света и фотодетектор. Измерительная головка может быть построена как по принципу прерывателя, так и рефлектора, но прерыватель проще реализуется и употребляется почаще.

Оптический диск прерываемого энкодера включает кодированную Оптические датчики в автоэлектронике. последовательность прозрачных и непрозрачных участков. Маркеры могут представлять собой, к примеру, отверстия в железном листе либо метки на стеклянном диске. При вращении диска, зависимо от его типа, маркеры пропускают либо перекрывают луч света, направленный от светового источника к фотоприемнику (фотодиоду либо фототранзистору).

Фотодетектор генерирует сигнал частотой, равной частоте Оптические датчики в автоэлектронике. следования кодовых частей, в цифровой форме (фототранзистор) либо аналоговый импульсный сигнал, который также может быть усилен и оцифрован. При подключении наружного счетчика прямоугольных импульсов оптический способ позволяет определять угловую скорость вращения диска. Средством нанесения специальной индексной отметки, индицирующей изначальное положение диска, уже можно определять относительное угловое положение вала в спектре Оптические датчики в автоэлектронике. 360° . Этот тип датчиков представляет собой так именуемые инкрементальные энкодеры — самые обыкновенные и менее дорогие оптические устройства.

При добавлении 2-ой пары «светодиод-фототранзистор» с угловым смещением относительно первой, подходящим четверти периода сигнала, может быть получена 2-ая последовательность импульсов — канал Б с фазовым смещением относительно канала А на 90° (рис. д–ж). Инкремен тальный Оптические датчики в автоэлектронике. энкодер, который употребляет три оптических датчика (один для детектирования положения фазы 0° — канал В, два других — для формирования инкрементальных каналов с фазовым смещением сигналов в 90°), позволяет сразу умножать разрешение при измерении положения и скорости и детектировать направление.

Разрешение инкрементальных энкодеров измеряется в импульсах за оборот (pulses per revolution Оптические датчики в автоэлектронике., ppr). В предстоящем разрешение может быть увеличено средством нанесения большего числа линий на оптический диск и прибавления пар «светодиод–фотодетектор» в измерительной головке. Наибольшее число счетов за вращение представляет собой функцию поперечника энкодерного диска и черт светопередачи, определяющих допустимый размер кодовых частей.

Есть разные методы нанесения маркеров на Оптические датчики в автоэлектронике. оптический диск. В ранешних системах почаще использовались железные диски с перфорацией (рис. 76а–б), но наибольшая площадь отверстий для увеличения разрешающей возможности и точности датчика ограничена — должно оставаться некое количество материала, обеспечивающее форму и крепкость диска. Современные диски делаются из стекла, маркеры на котором вытравливаются (рис. г). Этот способ Оптические датчики в автоэлектронике. позволяет получить приемлимо 100–6000 частей, что соответствует разрешению в 3,6–0,06°.

Рис.. Инкрементальный энкодер — датчик относительного положения, скорости и направления д–е — варианты сигналов инкрементального энкодера: е— инкрементальный энкодер с аналоговыми выходами (выходы фотодиодов и оцифрованные сигналы); ж— поведение инкрементального энкодера при изменении направления (обобщено для аналоговых и цифровых сигналов).

Одним из основных недочетов инкрементального Оптические датчики в автоэлектронике. энкодера будет то, что последовательность импульсов запасается во наружном буфере либо счетчике. При нарушении в подаче питания счет будет потерян. Не считая того, если машина с инкрементальным энкодером подразумевает отключение на ночь, то на последующий денек энкодер не сумеет предоставить информацию о четком положении вала, пока не будет активирован Оптические датчики в автоэлектронике. наружный тумблер (home-detection switch) либо программка подключения, крутящая вал до прохождения индексной отметки, которая потом всякий раз обнуляет буфер счетчика, начиная отсчет относительного положения.

Решение данной трудности предоставляют абсолютные энкодеры, которые употребляют более четкий способ определения положения, основанный на кодировке абсолютного положения средством множественных групп частей, размещенных на Оптические датчики в автоэлектронике. диске по линиям концентрических окружностей.

Рис. Абсолютный энкодер — датчик абсолютного положения и скорости а–б — 4-битный угловой абсолютный энкодер; в — конструкция измерительной головки: 1 — корпус датчика; 2 — массив светодиодов; 3 — массив фотодетекторов (фототранзисторов либо фотодиодов); 4 — терминалы измерительной головки; 5 — 4-битный ротор с кодом Грэя; 6 — крутящийся вал; г — вариант выполнения 4-битного абсолютного ротора с Оптические датчики в автоэлектронике. двоичным кодом из стекла; д — выходной цифровой код двоичного абсолютного энкодера; е, ж — линейный 4-битный абсолютный энкодер с двоичным кодировкой и оцениванием средством V-выборки; 1 — корпус измерительной головки; 2 — измерительная линейка; 3 — массив фотодетекторов V-выборки; е — оценивание средством V-выборки: AB0, A1…A4, B1…B4 — фотодетекторы в составе 2-ух Оптические датчики в автоэлектронике. линеек V-выборки (избираемые для оценивания подсвечены желтоватым); ж — иллюстрация линейного абсолютного энкодера.

Концентрические окружности начинаются в центре энкодерного диска, при всем этом любая последующая окружность характеризуется количеством частей, двойным по сопоставлению с предшествующей. 1-ое кольцо будет иметь только один прозрачный и один непрозрачный сектор, 2-ое — два прозрачных Оптические датчики в автоэлектронике. и два непрозрачных, третье — по четыре тех и других и т. д. Число окружностей определяет разрядность энкодера: 4 окружности соответствуют 4-разрядному энкодеру (24 = 16 положений), 16 — 16-разрядному устройству с 32 767 секторами и угловыми положениями.

Для считывания двоичного кода средством абсолютного энкодера нужен один источник света и один фотоприемник для каждой полосы на энкодерном диске. В измерительной Оптические датчики в автоэлектронике. головке светодиоды и, что более принципиально, фотодетекторы соединяются воединыжды в линейные массивы (рис. в).

Так как абсолютный энкодер образует последовательность битов, различную для каждого углового положения, он всегда предоставляет информацию об угловом положении системы, при включении и выключении не нуждается в тумблере нулевого положения и программке Оптические датчики в автоэлектронике. подключения и поболее устойчив к шумам, потому что последующее за сбойным положение будет прочитано верно.

В энкодере на рис. а-б четыре оптических датчика детектируют маркеры диска с четырехбитным кодом Грэя, который позволяет закодировать 16 положений диска без опорной отметки: для каждого перехода сигнал меняется лишь на один бит. Код Оптические датчики в автоэлектронике. Грея характеризуется отсутствием ошибок, но его недочет — применение разных схем кодировки, более сложное оценивание сигналов и неоднозначность сигнала при внезапном сбросе.

Другой вариант — внедрение стандартного бинарного (двоичного) кода, но на практике этот тип энкодеров имеет один недочет: при переходе от 1111 к 0000 все четыре бита меняются сразу, и если переход в реальной Оптические датчики в автоэлектронике. системе выполнен не сразу, это может приводить к ошибкам.

Для минимизации ошибок в двоичном коде предназначена так именуемая V-выборка, принцип которой для диска, развернутого в прямую линию, проиллюстрирован на рис. 77е. Две линейки светодиодов и фотодетекторов располагаются в V-образной форме, для которой фотодетектор AB0 является общим. Для оценки Оптические датчики в автоэлектронике. V-выборки разработан особый метод, согласно которому логическое значение «0» либо «1» для данного положения сенсора, избранного в полосы i, определяет, какой сенсор — «B» либо «A» — должен быть активирован в полосы (i+1). Если AB0 соответствует логическая «1», во 2-ой полосы анализируется A1, если AB0 соответствует логический «0», анализируется B1. Так как Оптические датчики в автоэлектронике. A1 на рис. 77е — «0», в полосы 3 берется сенсор B2. Последовательность избранных фотодетекторов на рис. 77е подсвечена желтоватым цветом.

Линейные оптические энкодеры. Линейные измерения средством оптических энкодеров реализуются достаточно легко, если выполнить разворот оптического диска инкрементального либо абсолютного энкодера в прямую линию. Угловое положение вала может быть преобразовано также Оптические датчики в автоэлектронике. в линейное положение средством редуктора на валу энкодера.

4-битный линейный абсолютный энкодер с двоичным кодировкой и V-выборкой, позволяющий детектировать расстояние L. Разумеется, что главный неувязкой данного устройства является постоянный компромисс меж длиной L энкодерной линейки и разрешением устройства, для увеличения которого нужно добавлять дополнительные кодовые полосы и пары «светодиод–фотодетектор Оптические датчики в автоэлектронике.» в измерительной головке. В отличие от угловых энкодеров измерительная линейка будет отличаться значимой длиной, соответственной полному рабочему ходу устройства, и еще более высочайшей ценой, так как идет речь о разработке линейки с уникальными кодами для каждого положения в границах всей ее длины и поддержании в производстве нескольких вариантов Оптические датчики в автоэлектронике..

Для минимизации данной трудности существует два главных варианта. Один метод — конвертировать линейное движение в угловое, оцениваемое, обычно, при помощи многооборотной схемы энкодеров, соединенных меж собой цепочкой передач. Для грубой оценки пройденного расстояния (к примеру, каждого м, дм либо см) употребляется один энкодер, в границах которого положение выслеживает более точно 2-ой Оптические датчики в автоэлектронике. энкодер. Для предстоящего увеличения точности оценки число энкодеров может быть увеличено. Та же схема применяется и для отслеживания угловых перемещений более 360° — к примеру, нескольких полных оборотов.

2-ой метод — поиск новых способностей на базе использования разных оптических эффектов, одним из которых является интерферометрия Муара.

Многооборотные угловые энкодеры. Преимуществом Оптические датчики в автоэлектронике. абсолютного энкодера будет то, что частота вращения может быть понижена до 1-го оборота энкодерного диска в течение полного углового пути машины. Это позволяет с завышенной точностью детектировать реальные угловые перемещения наименее 360°. Если же требуется выслеживать угловые перемещения более 360° — к примеру, в несколько полных оборотов вала, применяется многооборотный угловой энкодер Оптические датчики в автоэлектронике., который обычно представляет собой несколько энкодерных дисков, соединенных меж собой цепочкой передач. Для грубой оценки вращения — подсчета числа оборотов — употребляется малый энкодер, в границах которого положение выслеживает более точно 4-битный энкодер. Малый энкодер совершает только одно вращение, к примеру, за 2000°, преодолеваемых огромным энкодером. Для предстоящего увеличения точности оценки число энкодеров может Оптические датчики в автоэлектронике. быть увеличено.

Рис. Многооборотный абсолютный энкодер а — конструкция: 1 — корпус датчика положения в границах 360°; 2 — массив светодиодов; 3 — массив фотодетекторов; 4 — 4-битный ротор с двоичным кодом; 5 — крутящийся вал; 6 — редуктор; 7 — 2-битный ротор с двоичным кодом; 8 — измерительная головка — счетчик числа оборотов; б–в — сопоставление принципов функционирования однооборотного и многооборотного энкодера: б — однооборотный энкодер; в — многооборотный Оптические датчики в автоэлектронике. энкодер.

Способ интерферометрии Муара. Способ интерферометрии Муара применяется для измерения положения в границах значимых линейных расстояний — от нескольких см до нескольких метров. Разработка, реализованная, к примеру, германской компанией Heidenhain, употребляет длинноватые перемещающиеся стеклянные пластинки с очень тонкими линиями, выполненными способами микроструктурирования с малым неизменным периодом C. Свет Оптические датчики в автоэлектронике. просачивается через щели пластинки, остальная поверхность которой металлизирована.

Рис. 79. Инкрементальный линейный энкодер на базе интерферометрии Муара а— конструкция: 1— подвижная стеклянная пластинка; 2— лампа; 3— линза; 4— недвижная пластинка с прорезями 5; 6— массив инкрементальных фотодетекторов смещенных синусоидальных сигналов; 7— массив фотодетекторов индексной отметки; б— механизм работы устройства

Рис. Инкрементальный линейный энкодер на базе интерферометрии Муара в — синусоидальные Оптические датчики в автоэлектронике. сигналы инкрементальных фотодетекторов, фотодетекторов индексной отметки и синусно-косинусные дифференциальные сигналы.

Измерительная головка датчика включает источник света, которым в отличие от лазерного интерферометра может быть неважно какая лампа, чей свет просачивается через прорези малой фиксированной пластины-коллиматора, размещенной меж лампой и подвижной пластинкой (рис. а). Период прорезей и Оптические датчики в автоэлектронике. период линий подвижной пластинки C согласованы (рис. б). Фотодетекторы, размещенные с другой стороны стеклянной пластинки, определяют светопередачу устройства.

При движении измерительной линейки и достижении фазового совпадения прорезей недвижной пластинки с подвижной обеспечивается очень высочайшая светопередача, в противофазе фотодетектор вполне затемнен, а меж этими точками сигнал фототока сенсора представляет собой синусоидальную Оптические датчики в автоэлектронике. функцию:

Для определения положения в инкрементальной системе употребляются 5 фотодетекторов (либо массивов фотодетекторов), предоставляющих 4 синусоидальных сигнала каждый и один индексный сигнал (рис. 79в). Четыре решетки в пластинке измерительной головки с схожим периодом C смещены на 1/4 периода так, что синусоидальные сигналы также смещены по фазе на 1/4 периода.

Разрешение данной системы составляет 1/4 периода Оптические датчики в автоэлектронике. C (2,5 мкм для C = 10 мкм), повышение которого до <0,5 мкм может быть средством интерполяции.

Дифференциальные синусно-косинусные сигналы с фазовым смещением в 90°, приобретенные при обоюдном вычитании сигналов фотодетекторов, позволяют определять направление движения. Так как сигналы имеют точку нулевой передачи, они просто оцифровываются.

Инкрементальные интерферометрические измерители позволяют детектировать расстояния до 30 м с Оптические датчики в автоэлектронике. шагами до 0,1 мкм.

На базе принципа интерферометрии Муара может быть сотворен и абсолютный энкодер, позволяющий получить информацию об абсолютном положении.

Рис. Абсолютный линейный энкодер на базе интерферометрии Муара 1 — подвижная стеклянная пластинка со строчками линий с разными периодами C0–C6; 2 — лампа; 3 — линза; 4 — недвижная пластинка со строковыми прорезями; 5 — массив Оптические датчики в автоэлектронике. строковых фотодетекторов (для формирования 4 смещенных синусоидальных сигналов в строке).

В конструкции абсолютного энкодера любая строчка подвижной стеклянной пластинки характеризуется разным периодом линий, размещенных в согласовании со особым методом. Каждой строке соответствует четыре фиксированных набора прорезей недвижной платы, позволяющих получить в каждой строке 4 смещенных сигнала, отслеживаемых массивом фотодетекторов.

Способ Оптические датчики в автоэлектронике. интерферометрии Муара предоставляет возможность воплотить измерение абсолютного положения с шагами порядка 0,1 мкм в границах длины до 3 м.

Способы линейной интерферометрии могут быть преобразованы также для детектирования углового положения.

Главные сферы внедрения оптических датчиков:

- датчики абсолютного углового положения, вращающего момента и скорости в системах электрического управления автомобилем drive-by-wire EPAS (electrically power Оптические датчики в автоэлектронике. assisted steering), EHPAS (electro-hydraulic power assisted steering), ESP;

- датчик окружающего света для автоматической регулировки характеристик освещения ЖК-- мониторов (контроля уровня тока подсветки и продления срока службы);

- оптические датчики для обнаружения пассажиров, измерения расстояния меж пассажиром и модулем подушки безопасности (оптимизация скорости наполнения подушки зависимо от веса и положения Оптические датчики в автоэлектронике. сидения и серьезности аварии);

CMOS-камеры для обнаружения положения пассажиров, задние камеры;

- датчики дождика Rain Sensor для контроля работы стеклоочистителей ветрового стекла (рефлективный датчик распознает дождевые капли на ветровом стекле);

- электрохроматические зеркала (датчик определяет приближающийся свет последующего тс и автоматом затемняет зеркала заднего вида);

- датчики солнечной Оптические датчики в автоэлектронике. нагрузки и датчики автоматического света Sun Load Sensors/Auto Light Sensors (для включения автоматического остывания воздуха);

- датчики положения натяжителя ремня Belt Pretensioner Sensors и положения сидения Seat Position Sensors в системах автоматической регулировки положения (преобразователи «свет–частота» и «свет–напряжение», линейные массивы);

- контроль закрытия двери;

- корректировка цвета светодиодов (TCS230-преобразователь цветового Оптические датчики в автоэлектронике. излучения светодиода в частоту);

- адаптивные системы фронтального света, автоматическое включение и контроль интенсивности фар Heads Up Display (HUD);

- контроль освещения интерьера автомобиля;

- обнаружение угарного газа;

- системы оптической идентификации;

- лазерные системы обнаружения и определения расстояния до препятствия, радары, видеодатчики и т. д.


optimalnie-usloviya-dlya-kazhdogo-klienta-monitoring-regionalnih-smi-6-noyabrya-2012-goda.html
optimalnij-naukometricheskij-resurs-analiz-i-vibor-referat.html
optimalnij-razmer-zapasov.html