Датчик импульсов что это такое
Импульсный датчик в системе зажигания
Основная задача импульсных датчиков системы зажигания — обеспечить синхронизацию воспламенения топливо-воздушной смеси с движением поршней в цилиндрах.
История использования импульсного датчика
Бесконтактные системы зажигания, составной частью которых являются импульсные датчики, нашли широкое применение в автомобилях в начале восьмидесятых годов прошлого века. До этого они активно использовались в системах зажигания мотоциклетных и лодочных моторах. В автомобили зарубежного производства системы бесконтактного зажигания с датчиком-распределителем устанавливали относительно недолго, приблизительно с начала и до конца 80-х годов. С началом эпохи инжекторных двигателей их сменили микропроцессорные системы управления зажиганием.
Роль импульсного датчика в системе зажигания
Импульсный датчик – один из ключевых компонентов бесконтактной системы зажигания. Устанавливается датчик в непосредственной близости от приводного вала распределителя системы зажигания и отслеживает скорость его вращения. Чем быстрее вращается вал, тем чаще датчик передает электрические импульсы низкого напряжения на коммутатор, который генерирует сигналы возбуждения для первичной обмотки катушки зажигания.
В современной системе контроля за работой двигателя применяется несколько импульсных датчиков. Они отличаются внешним видом, но не конструкцией.
Вне зависимости от частоты вращения вала, смесь в цилиндрах должна воспламеняться именно в тот момент, когда это нужно, то есть когда поршень приближается к верхней мертвой точке.
Устройство и принцип работы импульсного датчика
Абсолютное большинство импульсных датчиков, применяющихся в системах зажигания, относятся к трем типам – индукционные, оптические и магнитоэлектрические (на основе эффекта Холла). Последние настолько распространены, что термин «датчик Холла» нередко применяется как общее определение генераторов импульсов, что не совсем правильно.
Российские автолюбители впервые столкнулись с датчиком Холла в системе контроля за работой зажигания ВАЗ 2105
Принцип работы датчика Холла основан на изменении проводимости специального полупроводникового материала под влиянием постоянного магнитного поля. Как правило, источник поля (постоянный магнит) и полупроводниковый элемент зафиксированы неподвижно и разделены шторкой с проемами – обтюратором. Обтюратор закреплен на валу распределителя и вращается вместе с ним. В моменты, когда шторка обтюратора оказывается напротив полупроводникового элемента, магнитное поле прерывается. Электрические импульсы формируются за счет чередования периодов наличия и отсутствия поля.
Работа индукционного генератора импульсов, как понятно из названия, основана на явлении электромагнитной индукции. Датчик состоит из постоянного электромагнита с обмоткой и зубчатого диска. При вращении диска магнитное поле замыкается либо через зуб, либо через впадину. Таким образом, магнитный поток, проходящий через обмотку, то возрастает, то снижается.
Эффект Холла использован в принципе действия ракетных двигателей летательных аппаратов, предназначенных для исследования дальнего космоса
Оптические датчики импульсов работают за счет прерывания шторками обтюратора инфракрасного луча, направленного на фототранзистор.
Вопросы эксплуатации импульсных датчиков
Как любой электронный компонент, не имеющий движущихся частей, сам по себе импульсный датчик практически вечен. При возникновении проблем в работе системы зажигания его диагностикой стоит заняться в последнюю очередь. Для обеспечения надежной работы генератора импульсов достаточно следить за чистотой и целостностью приходящего на него разъема. Если же подозрения по поводу исправности импульсного датчика все-таки возникают – достаточно присоединить к нему вольтметр и провернуть коленвал. Отсутствие перепадов напряжения на выходе будет однозначно свидетельствовать о выходе детали из строя.
Устройство бесконтактной системы зажигания
Бесконтактная система зажигания появилась благодаря развитию контактно-транзисторной системы. Отличие бесконтактной системы зажигания состоит замене контактного прерывателя на бесконтактный датчик.
Преимущества бесконтактной системы зажигания
Использование бесконтактной системы зажигания на автомобиле позволило повысить мощность, добиться более качественного сгорания горючей смеси, что не только позволило снизить расход, но и уменьшить выброс вредных веществ в атмосферу.
Устройство бесконтактной системы зажигания
Бесконтактная система состоит из следующих элементов:
Общее устройство бесконтактной системы зажигания напоминает строение контактной системы зажигания. Распределитель соединяется со свечами и катушкой зажигания при помощи высоковольтных проводов. Также в бесконтактной системе имеется датчик импульсов и транзисторный коммутатор.
Датчик импульсов служит для создания электро- импульсов низкого напряжения. Различают несколько датчиков импульсов: датчик Холла, индуктивный датчик и оптический.
В бесконтактной системе зажигания свое применение нашел датчик Холла (где под воздействием магнитного поля возникает поперечное напряжение в пластине проводника). Датчик Холла имеет не сложную конструкцию и состоит из постоянного магнита, полупроводниковой пластины, микросхемы и обтюратора (стального экрана).
В стальном экране имеется отверстие, через которое датчик пропускает магнитное поле, вследствие чего в полупроводниковой пластине возникает напряжение. Стальной экран, в свою очередь, не пропускает магнитное поле, и напряжение на полупроводниковой пластине не возникает. Такое своеобразное чередование прорезей в стальном экране содействует созданию импульсов низкого напряжения.
Транзисторный коммутатор предназначен для прерывания тока в первичной обмотке катушки зажигания в моменты сигналов датчика импульсов. Прерывание тока происходит за счет срабатывания выходного транзистора.
Как работает бесконтактная система зажигания
Датчик-распределитель приводится в действие от вращения коленчатого вала, формируя импульсы низкого напряжения, которые передает на транзисторный коммутатор. Коммутатор, в свою очередь создает импульсы тока в первичной обмотке катушки зажигания. Когда ток прерывается, индуцируется ток высокого напряжения во вторичной обмотке катушки зажигания, после чего ток высокого напряжения подается на центральный контакт распределителя. В зависимости от порядка работы цилиндров двигателя ток высокого напряжения распределяется по проводам высокого напряжения на свечи зажигания. Свечи зажигания осуществляют воспламенение горючей смеси.
Когда число оборотов коленчатого вала растет, за регулировку угла опережения зажигания отвечает центробежный регулятор опережения зажигания. При изменении режимов работы двигателя регулирование угла опережения зажигания производится вакуумным регулятором опережения зажигания.
Разработка универсального счетчика импульсов
В производстве и на конвейерных линиях часто возникает задача подсчета продукции или операций оборудования. Во многих случаях станки уже имеют комплекс аппаратных и программных средств, позволяющих получить данную информацию. Также существуют специализированные счетчики, адаптированные под конкретную задачу или оборудование. Но при наличии разнотипного оборудования затраты на программное сопряжение становятся существенными. Хотелось бы иметь простой универсальный счетчик, который легко адаптируется под разные задачи и передает события на сервер для дальнейшей аналитики. Об опыте разработке такого счетчика и пойдет речь в данной статье.
Оптические датчики и их особенности
Чаще всего при подсчете продукции или отслеживании механического перемещения внешним датчиком используются оптические датчики барьерного, рефлекторного или диффузионного типа.
Первый прототип датчика
Так как нам хотелось бы иметь устройство в едином корпусе, максимально адаптируемое под разные задачи, было решено: во-первых, использовать датчик работающий на отражение, во-вторых, реализовать блок подсчета на встроенном компьютере.
За отправную точку было решено взять аналоговую часть универсального тахометра, который работает на отраженном свете. В этом случае на движущийся механизм (например, вал) крепится яркая светоотражающая метка, наводится луч света, и прибор показывает частоту вращения. Источником света может выступать как лазер, так и обычный светодиод. В первом прототипе нашего счетчика импульсов за источник света был взят светодиод, использовалась линза с фокусным расстоянием 35 мм. На одном операционном усилителе был собран компаратор, на другом буферный элемент. Также была собрана цепочка, обеспечивающая плавающий порог срабатывания компаратора.
Испытания показали работоспособность в диапазоне 10-30 см с очень контрастными метками (использовали световозвращающий скотч). Но такой результат нас еще не устраивает, так так датчик на просвет работает на значительно больших расстояниях. Также система оказалась чувствительна к включению/выключению освещения в помещении, и при использовании подобного подхода от этого недостатка избавиться не получится.
Второй прототип датчика
В следующей версии для улучшения чувствительности и расстояния срабатывания датчика добавили гистерезис, настраиваемый с помощью подстроечного резистора. Остальные элементы были подобраны эмпирически в предыдущих опытах.
Третий прототип датчика
На операционном усилителе собран трансимпедансный усилитель тока фотодиода. Лазер модулируется дискретным сигналом от таймера, потому что в данном случае нет необходимости получать чистый синус. Для совместимости с предыдущими решениями был сделан дискретный вывод для использования аппаратного счетчика событий (1й пин разъема P1), а конфигурация осуществляется один раз при старте системы. Таким образом, сохраняется полная преемственность с уже написанным ПО.
Рисунок 5. Алгоритм обработки данных
Микрокомпьютер
С оптическим датчиком разобрались, теперь вернемся к самому устройству. Помимо датчика, нам также нужно реализовать подсчет импульсов и отправку данных на сервер для дальнейшей аналитики. Со всем этим справится одноплатный компьютер. Основные требования к нему следующие:
возможность запускать программу на Python 3,
место для пары сетевых библиотек,
интерфейсы Ethernet и Wi-Fi для связи с сервером,
питание по micro USB или PoE,
хранилище данных не требуется, так как мы хотим передавать их на сервер, и буфера в оперативной памяти будет достаточно.
Рисунок 6. Одноплатный компьютер VoCore.
Он немного больше, чем оригинальный VoCore, зато под модулем остается место для размещения компонентов, а также у модуля есть удобный разъем для подключения к основной плате. Схематика незначительно отличается от оригинального VoCore, так что конфигурацию от VoCore можно легко адаптировать под китайского товарища.
Конструктив
Для удобство калибровки системы было решено дать одну степень свободы оптическому датчику, разместив его в отдельной поворотной голове.
Рисунок 8. Поворотная часть корпуса.
От люфта и случайного поворота защищает пружина и фрикционная шайба. Для большинства задач этого оказывалось достаточно. Материнская плата, модуль PoE и сам компьютер расположены максимально компактно в основной части корпуса.
Рисунок 9. Основная часть корпуса.
Так как партии пока относительно небольшие корпус изготавливается методом SLS печати.
Итак, в итоге у нас получилась следующая архитектура устройства:
вычислительный модуль (одноплатный компьютер),
основная плата, на которой расположены разъемы Ethernet, USB, I2C, светодиоды и кнопка,
плата питания (устройство может питаться как от microUSB так и от PoE).
Подсчет срабатываний
Теперь пара слов о том, как реализован подсчет срабатываний датчика. Независимо от типа датчика, алгоритм подсчета импульсов остается одинаковым. Выход датчика подключается к GPIO процессора. Количество импульсов подсчитывалось через GPIO interrupt. Для этого требуется настроить GPIO на вход и включить прерывания. Об этом хорошо написано, например, тут. Число срабатываний можно посмотреть командой cat /proc/interrupts | grep gpiolib. Если же требуется реагировать на каждое событие или записывать время его срабатывания, то уже придется написать простую программу. Данный подход хорошо себя зарекомендовал и является необходимым и достаточным источником данных для подобного класса датчиков. В случае датчика с микроконтроллером, нужно перед началом работы загрузить необходимые параметры по I2C.
Заключение
Итак, что мы имеем на выходе? Компактное устройство для подсчета импульсов с оптическим датчиком и готовой реализацией отправки данных на сервер по Ethernet или WiFi. Была реализована передача данных по MQTT. Адаптивная архитектура также позволяет легко подключать практически любой другой датчик по I2C или SPI через переходник. На данный момент имеются такие варианты счетчиков: лазерный с аналоговой обработкой сигналов, лазерный с цифровой обработкой сигналов, а также индукционный счетчик для подключения внешнего промышленного индукционного датчика. Разработанный корпус позволил осуществлять поворот оптического модуля, а также его замену на другой тип датчика. В ближайших планах хотим подключить тепловизионный датчик для мониторинга нагруженных узлов в производстве.
датчик импульсов
Смотреть что такое «датчик импульсов» в других словарях:
датчик импульсов — генератор импульсов — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом Синонимы генератор импульсов EN impulse exciter … Справочник технического переводчика
датчик импульсов — impulsų keitlys statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. impulser; pulse transducer; pulser vok. Impulsgeber, m rus. датчик импульсов, m pranc. capteur d impulsions, m; impulseur, m; pulseur, m; transmetteur impulsif, m … Automatikos terminų žodynas
датчик импульсов — impulsų daviklis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. impulser; pulse transducer; pulser vok. Impulsgeber, m rus. датчик импульсов, m pranc. capteur des impulsions, m; impulseur, m; pulseur, m; transmetteur d impulsions, m … Automatikos terminų žodynas
датчик импульсов — impulsų jutiklis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Jutiklis, reaguojantis į impulsinius signalus. atitikmenys: angl. pulse sensing element vok. Impulssensor, m rus. датчик импульсов, m pranc. capteur d’impulsions, m … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
датчик импульсов — impulsų daviklis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. impulser; pulse sender; pulser vok. Impulsgeber, m rus. датчик импульсов, m pranc. impulseur, m; pulseur, m … Fizikos terminų žodynas
датчик импульсов — impulsų jutiklis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. pulse sensing element vok. Impulssensor, m rus. датчик импульсов, m pranc. capteur d’impulsions, m … Fizikos terminų žodynas
датчик импульсов времени — ritmiklis statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. timer vok. Zeitgeber, m; Zeitmarkengeber, m rus. датчик импульсов времени, m; таймер, m pranc. rythmeur, m … Radioelektronikos terminų žodynas
датчик интервалов времени — Нрк датчик импульсов датчик временных интервалов Часть аналоговой вычислительной машины, предназначенная для генерирования электрических импульсов, служащих для управления машиной по времени. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 84. Аналоговая … Справочник технического переводчика
датчик интервалов времени — датчик интервалов времени; отрасл. датчик импульсов; датчик временных интервалов Часть аналоговой вычислительной машины, предназначенная для генерирования электрических импульсов, служащих для управления машиной по времени … Политехнический терминологический толковый словарь
датчик временных интервалов — датчик интервалов времени; отрасл. датчик импульсов; датчик временных интервалов Часть аналоговой вычислительной машины, предназначенная для генерирования электрических импульсов, служащих для управления машиной по времени … Политехнический терминологический толковый словарь
Бесконтактное зажигание и датчик импульсов
Бесконтактное зажигание
Система зажигания, у которой отсутствуют контакты стала продолжательницей рода транзисторно-контактной системы, предназначенной для зажигания топливной системы. Отличия от предшественника заключаются в том, что такое зажигание имеет специализированный бесконтактный датчик. При этом, контактное и бесконтактное зажигание могут быть взаимозаменяемы. И если, например, у Вас установлено обычное зажигание, то Вы смело можете использовать бесконтактную систему зажигания.
Не так давно контактная система зажигания являлась своего рода стандартом для отечественных автомобилей. Поэтому, если Вы решили, что Вам нужна бесконтактная система зажигания, то ее следует приобрести и установить на Ваш автомобиль. Тем не менее на многих отечественных автомобилях с передним приводом устанавливают бесконтактную систему зажигания.
Преимущества бесконтактной системы зажигания
Одним из наиболее важных преимуществ, которой обладает бесконтактная система зажигания является подача куда большей энергии на свечу зажигания, благодаря чему существенно увеличивается искра, столь необходимая для сгорания топлива. Таким образом улучшается сгорание топливовоздушной смеси, что сказывается на маневренности автомобиля.
Не менее важным является и то, что форма и стабильность импульсов, на всех диапазонах работы двигателя, существенно улучшается. Это достигается тем, что используют датчик Холла, который используются для электромагнитного формирователя импульсов. Данный датчик собственно и заменяет контактную систему зажигания. Таким образом достигается не только улучшенная мощность и приемистость двигателя, но также снижается расход топлива. Экономичность в этом случае может достигать 1 л на 100 километров.
Схема бесконтактного зажигания не так сильно отличается от контактного. В частности, как мы уже говорили, отличия составляет датчик импульсов, а также транзисторный коммутатор.
Одним из преимуществ, доказывающих что бесконтактная система зажигания лучше, является существенное снижение потребности в обслуживании такой системы. В этом случае, как правило, для обслуживания используют смазку вала трамблера. Такое обслуживание выполняют каждые 10000 км пройденного пути.
Датчик импульсов
Датчик импульсов выполняет роль создания специализированных электрических импульсов, которые имеют низкое напряжение.
Датчики импульсов бывают различных типов:
Все датчики импульсов конструктивно объединены с блоком распределителя, составляя единое цельное устройство, которое так и называется – датчик-распределитель. Внешне, данный датчик похож на прерыватель, он также имеет схожий привод. При этом, привод соединяется с коленчатым валом двигателя.
В большинстве случаев бесконтактная система зажигания использует датчик Холла. При этом на прорези стального экрана проходит магнитное поле, благодаря чему возникает напряжение в полупроводниковой пластине. Поскольку прорези чередуются, на стальном экране создаются импульсы, состоящие из низкого напряжения.
Принцип работы БСЗ
Итак, мы получили представление о том, как выглядит, и для чего предназначена бесконтактная система зажигания.
Давайте же теперь разберемся с вопросом – как работает бесконтактная система зажигания?
Однако возможны и такие конструкции, в которых вал распределителя приводится в движение от шестерни масляного насоса. Распределение искры по свечам как раз и выполняет распределитель.
Схема бесконтактной системы зажигания практически не имеет недостатков. Она гораздо лучше справляется с поставленной целью. И позволит Вам выиграть в мощности и экономичности двигателя, а также снизить вредные выбросы отработанных газов.