В некоторых автомобильных системах необходима информация об угловой скорости или угловом положении вращающегося вала. Такая информация выра­батывается бесконтактными датчиками частоты вращения. Известен ряд таких бесконтактных датчиков, в основу работы которых положены различные физиче­ские явления: магнитоэлектрические, на эффекте Холла, высокочастотные, оптоэлектронные, токовихревые, на эффекте Виганда, фотоэлектрические.

Оптические датчики

В оптических датчиках относительного углового положения используются светомодулирующие (кодирующие) диски с симметричными прозрачными и непро­зрачными секторами. Для прецизионных датчиков диски стеклянные, для обыч­ных — металлические, которые стоят дешевле. Кодирующий диск освещается с одной стороны, с другой располагают фотоприемники. Кодирующий диск может иметь от 16 до 6000 позиций на оборот. Сектора часто располагают на двух радиу­сах, смещая их на половину длины отверстия, что в четыре раза увеличивает раз­решающую способность. Используется и третья дорожка для размещения маркера. На рис. А.23 в качестве примера оптического датчика углового положения показан датчик положения рулевого колеса. Датчик содержит вращающийся диск с проре­зями и три неподвижных оптоэлектронных пары. Диск вместе с рулем вращается между светодиодами и фототранзисторами. При повороте руля на фототранзисто­рах вырабатываются последовательности электрических импульсов, по которым ЭБУ определяет угол и скорость поворота. Для определения направления поворо­та необходимо иметь два фотопрерывателя ST-1 и ST-2. Третий прерыватель ST-N фиксирует центральное положение рулевого колеса.

Рисунок А.23 – Датчик положения рулевого колеса                                                                                                                                                                                                                                                                              

В конце 80-х годов на автомобилях Chrysler (США) и некоторых японских ав­томобилях в системе зажигания использовались оптические датчики углового по­ложения коленчатого вала и ВМТ. Датчик помещался в распределителе (рис. А.24) в защитной кассете для уменьшения загрязнения и световых помех. На рис. А.25 показан кодирующий диск датчика с прорезями на двух радиусах и выходные сигналы датчика. С внешнего радиуса диска снимается информация об угловом положении коленчатого вала шестицилиндрового ДВС, с внутреннего о ВМТ. Светодиоды и фототранзисторы приходится периодически очищать от загрязнения.

Рисунок А.24 – Распределитель автомобиля Chrysler

с оптическим датчиком: 1 - оптический датчик с интегральной микросхемой, 2 - задающий диск, 3 - прорези, 4 - защитная кассета

Рисунок А.25 – Задающий диск оптического датчика в распределителе:

1 - диск, 2 - прорези внешнего радиуса, 3 - прорези внутреннего радиуса, 4 - сигнал с внутреннего радиуса, 5 - сигнал с внешнего радиуса

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

Рисунок А.26 – Кодирующие диски: а — двоичный код, б — код Грея

При этом, например, для диска со 100 различимыми позициями частота вращения не может быть более 1000 мин^-1.

Оптические датчики абсолютного углового положения применяются там, где информация нужна сразу же после подачи питания. Оптические кодирующие дис­ки таких датчиков (рис. А.26) имеют разрешение от 26 до 216, формат данных — двоичный, двоично-десятичный, код Грея. На диске имеется N концентрических дорожек с секторами, где N — разрядность слова. Считывающее устройство может воспринять часть разрядов из соседнего сектора, тогда возникает ошибка считы­вания. Для уменьшения ошибок считывания, как правило, используется код Грея. В этом коде при изменении любого числа на единицу меняется только один дво­ичный разряд.

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

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