АВТОМАТИКА КУРСОВАЯ РАБОТА ПО ТЕМЕ Датчики ускорения! Звегинцев Алексей

Датчики ускорения (акселерометры) В области высоких частот применяются датчики ускорения. Акселерометры на сегодняшний день являются основными датчиками вибрации: их выходной сигнал можно легко подвергнуть однократному или двухкратному интегрированию и получить либо скорость, либо смещение

Типы акселерометров Интегральные емкостные акселерометры Пьезоэлектрические акселерометры Корпусированные акселерометры Тепловые акселерометры Гироскопы

Интегральные емкостные акселерометры Принцип работы акселерометров основан на измерении смещения инерционной массы относительно корпуса и преобразовании его в пропорциональный электрический сигнал. Емкостной метод преобразования измеренного перемещения является наиболее точным и надежным, поэтому емкостные акселерометры получили широкое распространение.

Структура емкостного акселерометра состоит из различных пластин, одни из которых являются стационарными, а другие свободно перемещаются внутри корпуса. Между пластинами образуется конденсатор, величина емкости которого зависит от расстояния между пластинами. Под влиянием силы ускорения емкость конденсатора меняется. Современные интегральные датчики изготавливаются на кристалле кремния по технологии iMEMS (integrated Micro Electro Mechanical System). Структура датчика представляет собой кремниевую подложку, на которой расположен чип датчики и схема усиления сигнала.

Диаграмма «цена–качество» для различных типов акселерометров

Пленочные пьезоэлектрические акселерометры Пленочные пьезоэлектрические датчики ускорения выполняются на основе многослойной пьезоэлектрической полимерной пленки. Многослойная пленка закреплена на подложке из окиси алюминия, и к ней присоединена инерционная масса из порошкового металла. При изменении скорости движения датчика в результате действия инерционных сил происходит деформация пленки. Благодаря пьезоэффекту возникает разность потенциалов на границах слоев пленки, зависящая от ускорения. Чувствительный элемент датчика обладает чрезвычайно высоким выходным сопротивлением, поэтому на подложке датчика имеется также полевой транзистор с малым током затвора, который представляет собой усилитель напряжения. Это позволяет измерять переменные ускорения со сравнительно низкой частотой. Датчики этого типа имеют плохую повторяемость характеристик в серийном производстве, высокую чувствительность к изменению температуры и давления. Они не могут контролировать постоянные ускорения и гравитационные силы. Основная область применения схемы управления надувными подушками безопасности.

Принцип действия подушки безопасности Принцип действия основывается на использовании простого акселерометра, инициирующего химическую реакцию в специальном баллончике. В результате реакции происходит быстрое наполнение газом нейлоновой подушки, которая уменьшает перегрузку, испытываемую пассажиром в момент резкой остановки при столкновении. Подушка также имеет небольшие вентиляционные отверстия, которые используются для относительно медленного стравливания газа после удара пассажира об нее.

Поскольку к надежности системы управления надувными подушками безопасности предъявляются чрезвычайные требования (представьте себе последствия ложного срабатывания подушки безопасности на оживленной автостраде при скорости 150 км/час), датчик снабжен системой самоконтроля. Ключевую роль в системе самоконтроля играет резистор-возбудитель, который нагревается пропусканием через него электрического импульса с силой тока 50 мА, напряжением 9 В и длительностью 50 мс. Когда балка, расположенная в средней части пластины 1, нагревается, происходит ее удлинение, поскольку температурный коэффициент расширения кремния положителен. А так как концы ее закреплены, она прогибается, отклоняет инерционную массу и изгибает балку, содержащую пьезорезисторы. Эта балка смещается примерно на 3 мкм в том же направлении, что и масса при столкновении автомобиля с препятствием.

Система цифровой маркировки для датчиков ускорения. XM M A S 40G 10 D XM- Моторола X-ducer M- Миниатюрный А- Измеритель ускорения S- Датчик 40G- Диапазон измерения 10- Допуск на чувствительность переменного тока D- Исполнение

Гироскопы Пьезоэлектрические гироскопы Гироскопы, наряду с компасами, широко применяются для решения задач навигации. Принцип работы гироскопов основан на эффекте ускорения Кориолиса. Пьезогироскоп для измерения вибрации функционально является датчиком угловой скорости. Чувствительный элемент датчика представляет собой биморфную структуру, состоящую из пьезоэлектрических пластин, в которых возбуждаются механические вибрации. Поворачиваясь вокруг оси, пластина начинает отклоняться в плоскости, поперечной плоскости вибрации. Это отклонение измеряется и поступает на выход датчика, откуда снимается внешней схемой для последующей обработки

ПРИЕМУЩЕСТВА Малый дрейф параметров Низкий уровень шума Компактный размер Быстродействие

Область применения Системы навигации Обеспечение устойчивости и отсутствия вибраций неподвижного оборудования Автомобильная электроника: бортовые записывающие устройства, счетчики пути, противоугонные системы, беспилотные средства передвижения Спутниковые антенны Офисная техника Бытовая техника (вращение диска микроволновой печи) Видеокамеры Системы экстренного оповещения об опасности Сборочное оборудование

Датчик ускорение фирмы HUBNER-BERLIN HUBNER-BERLIN Датчики ускорения служат для получения точных скоростных характеристик в реальном режиме времени - решения основной задачи в приводной технике. В идеале получаемый сигнал должен быть предельно точным и без какого либо запоздания. Во многих случаях эта цель достигается с помощью датчиков угловых и линейных перемещений, но при этом отрицательно влияют такие побочные эффекты как шум и вибрация. Совершенно другой метод измерения скорости заключается в получении сигнала ускорения. Приемущество этого метода в том, что каких- либо помех или статистических ошибок больше не существует. Для этой цели компания HUBNER-BERLIN разработала бесконтактные датчики ускорения. Принцип работы построен на обработке высоко динамических сигналов, которые в свою очередь прямопропорциональны изменению скорости

Примером описения технологии может служить простой физический опыт - когда постоянный магнит перемещают внутри кольца из немагнитного металла, а возникающие в кольце токи заставляют кольцо двигаться. На этом же принципе работает и датчик ускорения, с той лишь разницей, что перемещается не магнит, а алюминиевый диск, и измеряют не постоянные кольцевые токи в диске, а изменение этих токов. Датчики ускорений HUBNER не имеют ограничений по скорости так как реагируют только на её изменение