eng
Недавно созданные специалистами ЗАО “Сенсор” бесконтактные датчики на магниторезистивном эффекте способны решать широкий круг задач по автоматизации различных процессов. Наиболее эффективно их использование в системах управления транспортных средств, в частности в автомобилях, где чрезвычайно жесткие условия эксплуатации.
Среди широко используемых классов датчиков важное место занимают бесконтактные датчики конечного положения и числа оборотов. До недавнего времени основными типами датчиков конечного положения считались индуктивные, емкостные и оптические. Но недостаточно высокие параметры не позволяли применять их в жестких условиях эксплуатации. Ситуация изменилась, когда специалисты ЗАО “Сенсор” (Москва, г.Зеленоград) разработали и освоили в производстве датчики положения, основанные на магниторезистивном эффекте в тонких магнитных пленках.
Новые датчики, созданные на отечественной элементной базе, обладают более широким, чем индуктивные, температурным диапазоном (от -40 до +750С) и весьма некритичны к пульсациям питающего напряжения, что позволяет использовать для их питания двухполупериодные выпрямители без сглаживающего фильтра. Эти достоинства дают возможность применять их там, где ранее использование бесконтактных датчиков традиционных типов было затруднено, в частности в различных транспортных средствах.
Основные параметры датчиков положения – дальность срабатывания и повторяемость точки срабатывания – определяют в последующем многие характеристики систем, для которых датчики предназначены. Поэтому конструктивные и схемные решения датчиков направлены прежде всего на обеспечение этих параметров. Конструкция магниточувствительного элемента нового датчика положения позволяет определять присутствие вблизи него объекта из магнитопроводящего материала (стали, никеля и др.). Как видно из рис.1, в состав магниточувствительного элемента входят постоянный магнит, магнитопровод и магниторезистивный элемент (MR4501). Наличие в конструкции магнитопровода способствует существенному (в полтора–два раза) увеличению сигнала с элемента, что, в свою очередь, обусловливает стабильность работы датчика в широком диапазоне температур и других внешних воздействий.
Электрическая схема датчика построена на микросхеме 521СА3, представляющей собой компаратор напряжений, которая обеспечивает устойчивую работу датчика без изменения основных параметров в достаточно широком диапазоне питающих напряжений (от 10 до 30 В). Основные параметры бесконтактных датчиков, имеющих такую конструкцию, а именно датчиков типа СМА2-М18М и СМА2-М30М, приведены в таблице.
Сейчас в ЗАО “Сенсор” ведутся работы по увеличению дальности срабатывания этих датчиков до 7 и 13 мм соответственно.
Достоинства устройств на магниторезистивном эффекте особенно хорошо проявляются в датчиках частоты вращения. Ранее для этих измерений широко применялись индукционные и оптические датчики. Однако, поскольку для индукционных датчиков характерна линейная зависимость выходного сигнала от скорости вращения, измерение малых оборотов представляет трудности, а при больших оборотах сигнал может достигать сотен вольт, что также усложняет работу. Оптические датчики свободны от этих недостатков, но обладают небольшим диапазоном рабочих температур и чрезвычайно высокой чувствительностью к загрязнениям.
От таких недостатков полностью свободны датчики числа оборотов на магниторезистивном эффекте. Процесс измерения скорости вращения ими, как правило, состоит в регистрации зубьев колеса, вращающегося вместе с узлом, число оборотов которого измеряется. При этом количество зубьев за один оборот определяет точность измерения. Весьма важным достоинством этих датчиков является то, что амплитуда выходного сигнала в них абсолютно не зависит от скорости вращения во всем диапазоне измеряемых скоростей.
Специалистами ЗАО “Сенсор” разработаны и выпускаются бесконтактные датчики, позволяющие измерять частоту вращения от единиц до 50 000 Гц. В конструкции магниточувствительного элемента этих датчиков (рис.2) магниторезистивный элемент расположен на полюсе магнита, причем между магнитом и элементом размещена пластина из материала с высокой магнитной проницаемостью. Наличие такой пластины (как и магнитопровода в датчике положения) позволяет значительно увеличить (почти в два раза) сигнал магниточувствительного элемента, что сказывается на эксплуатационных характеристиках датчиков оборотов. Так, эти датчики работают в широком температурном диапазоне (от -45 до +1350С) и позволяют определять обороты при частоте прохождения зубьев перед торцом датчика от 0 до 5000 Гц.
При высокой частоте оборотов возрастает влияние вихревых токов, наводимых постоянным магнитом во вращающемся узле, что приводит к росту напряжения смещения магниторезистивного элемента, вызывая тем самым изменение скважности выходных импульсов и даже их пропадание. Чтобы избежать этого, в схеме датчика оборотов используется фильтр верхних частот, отсекающий постоянную составляющую сигнала магниторезистивного элемента, в результате чего частотный диапазон регистрируемых скоростей вращения расширен до 50 000 Гц при нижней границе около 1 Гц.
По совокупности эксплуатационных характеристик датчики на основе магниторезистивного эффекта весьма перспективны для применения в автомобильной электронике, где условия их эксплуатации чрезвычайно жесткие. Достаточно сказать, что датчики в автомобилях подвергаются длительному воздействию высоких температур (до +1500С), постоянным вибрациям и ударам. В таких условиях находятся прежде всего датчики систем управления двигателем (системы электронного впрыска топлива) и антиблокировочной системы тормозов.
Разработанные в ЗАО “Сенсор” датчики типов СМВ2-Ф18М-02-213 (406.3847050) и СМВ2-Ф18М-12-100 предназначены для применения в системах управления двигателем автомобиля и имеют температурный диапазон от -45 до +1300С. При этом первый датчик предназначен для получения информации о скорости вращения распределительного вала двигателя, а второй – о скорости вращения коленчатого вала двигателя. Первый датчик устанавливается на первом цилиндре двигателя, обеспечивая синхронизацию его работы по впрыску топлива. Он регистрирует вращение вала в диапазоне от 10 до 4500 об/мин с рабочим зазором между торцом датчика и отметчиком до 2,3 мм. По документации ЗАО “Сенсор”, датчик СМВ2-Ф18М-02-213 сейчас серийно выпускается ОАО “Завод Компонент” для комплектации нового двигателя 406-10 автомобилей ГАЗ 3110. Датчик СМВ2-Ф18М-12-100 может также использоваться в антиблокировочной системе тормозов в качестве датчика скорости вращения колеса, при этом в отличие от индукционного устройства он позволяет измерять скорость практически до полной остановки автомобиля, что значительно повышает эффективность системы. Испытания отечественной антиблокировочной системы с такими датчиками скорости на автомобиле “ГАЗель” показали ее высокую эффективность.
Кроме того, в ЗАО “Сенсор” разработаны и производятся датчики частоты вращения типов СМВ2-М48-02-105, СМВ2-М80М-02-105 и СМВ2-М20М. Они предназначены для расходомеров ролико-лопастного типа, созданных ЗАО “МЦ-Восток” (г. Химки) и не имеющих аналогов за рубежом. Датчики через металлическую стенку толщиной до 1 мм эффективно регистрируют частоту вращения зубчатого колеса с числом зубьев 20 и 40, пропорциональную количеству проходимого газа или жидкости. Такой способ обеспечивает высокую точность измерения и позволяет сохранить герметичность измеряемого объема. В результате как за счет конструктивного решения, так и благодаря применению бесконтактных датчиков скорости вращения, эти расходомеры обладают совокупностью параметров, которой нет у других типов расходомеров.
ЗАО “Сенсор” разработало также бесконтактные датчики пройденного пути (одометры), которые нашли применение в автобусах ГК “Мосгортранс” в составе АСУ “Рейс” для контроля процесса движения автобусов на линии между остановками. Одометр устанавливается на датчике спидометра, и выдаваемые им при движении автобуса электрические импульсы позволяют АСУ постоянно его отслеживать.
Представляем автора статьи
ЮРОВ Алексей Сергеевич. Директор ЗАО “Сенсор”, кандидат технических наук. Окончил Горьковский государственный университет. Автор свыше 40 научных публикаций и 20 патентов и авторских свидетельств. Сфера профессиональных интересов – бесконтактные датчики различного назначения, магнитоэлектроника.
Контактный телефон: (095) 535-8145
Новые датчики, созданные на отечественной элементной базе, обладают более широким, чем индуктивные, температурным диапазоном (от -40 до +750С) и весьма некритичны к пульсациям питающего напряжения, что позволяет использовать для их питания двухполупериодные выпрямители без сглаживающего фильтра. Эти достоинства дают возможность применять их там, где ранее использование бесконтактных датчиков традиционных типов было затруднено, в частности в различных транспортных средствах.
Основные параметры датчиков положения – дальность срабатывания и повторяемость точки срабатывания – определяют в последующем многие характеристики систем, для которых датчики предназначены. Поэтому конструктивные и схемные решения датчиков направлены прежде всего на обеспечение этих параметров. Конструкция магниточувствительного элемента нового датчика положения позволяет определять присутствие вблизи него объекта из магнитопроводящего материала (стали, никеля и др.). Как видно из рис.1, в состав магниточувствительного элемента входят постоянный магнит, магнитопровод и магниторезистивный элемент (MR4501). Наличие в конструкции магнитопровода способствует существенному (в полтора–два раза) увеличению сигнала с элемента, что, в свою очередь, обусловливает стабильность работы датчика в широком диапазоне температур и других внешних воздействий.
Электрическая схема датчика построена на микросхеме 521СА3, представляющей собой компаратор напряжений, которая обеспечивает устойчивую работу датчика без изменения основных параметров в достаточно широком диапазоне питающих напряжений (от 10 до 30 В). Основные параметры бесконтактных датчиков, имеющих такую конструкцию, а именно датчиков типа СМА2-М18М и СМА2-М30М, приведены в таблице.
Сейчас в ЗАО “Сенсор” ведутся работы по увеличению дальности срабатывания этих датчиков до 7 и 13 мм соответственно.
Достоинства устройств на магниторезистивном эффекте особенно хорошо проявляются в датчиках частоты вращения. Ранее для этих измерений широко применялись индукционные и оптические датчики. Однако, поскольку для индукционных датчиков характерна линейная зависимость выходного сигнала от скорости вращения, измерение малых оборотов представляет трудности, а при больших оборотах сигнал может достигать сотен вольт, что также усложняет работу. Оптические датчики свободны от этих недостатков, но обладают небольшим диапазоном рабочих температур и чрезвычайно высокой чувствительностью к загрязнениям.
От таких недостатков полностью свободны датчики числа оборотов на магниторезистивном эффекте. Процесс измерения скорости вращения ими, как правило, состоит в регистрации зубьев колеса, вращающегося вместе с узлом, число оборотов которого измеряется. При этом количество зубьев за один оборот определяет точность измерения. Весьма важным достоинством этих датчиков является то, что амплитуда выходного сигнала в них абсолютно не зависит от скорости вращения во всем диапазоне измеряемых скоростей.
Специалистами ЗАО “Сенсор” разработаны и выпускаются бесконтактные датчики, позволяющие измерять частоту вращения от единиц до 50 000 Гц. В конструкции магниточувствительного элемента этих датчиков (рис.2) магниторезистивный элемент расположен на полюсе магнита, причем между магнитом и элементом размещена пластина из материала с высокой магнитной проницаемостью. Наличие такой пластины (как и магнитопровода в датчике положения) позволяет значительно увеличить (почти в два раза) сигнал магниточувствительного элемента, что сказывается на эксплуатационных характеристиках датчиков оборотов. Так, эти датчики работают в широком температурном диапазоне (от -45 до +1350С) и позволяют определять обороты при частоте прохождения зубьев перед торцом датчика от 0 до 5000 Гц.
При высокой частоте оборотов возрастает влияние вихревых токов, наводимых постоянным магнитом во вращающемся узле, что приводит к росту напряжения смещения магниторезистивного элемента, вызывая тем самым изменение скважности выходных импульсов и даже их пропадание. Чтобы избежать этого, в схеме датчика оборотов используется фильтр верхних частот, отсекающий постоянную составляющую сигнала магниторезистивного элемента, в результате чего частотный диапазон регистрируемых скоростей вращения расширен до 50 000 Гц при нижней границе около 1 Гц.
По совокупности эксплуатационных характеристик датчики на основе магниторезистивного эффекта весьма перспективны для применения в автомобильной электронике, где условия их эксплуатации чрезвычайно жесткие. Достаточно сказать, что датчики в автомобилях подвергаются длительному воздействию высоких температур (до +1500С), постоянным вибрациям и ударам. В таких условиях находятся прежде всего датчики систем управления двигателем (системы электронного впрыска топлива) и антиблокировочной системы тормозов.
Разработанные в ЗАО “Сенсор” датчики типов СМВ2-Ф18М-02-213 (406.3847050) и СМВ2-Ф18М-12-100 предназначены для применения в системах управления двигателем автомобиля и имеют температурный диапазон от -45 до +1300С. При этом первый датчик предназначен для получения информации о скорости вращения распределительного вала двигателя, а второй – о скорости вращения коленчатого вала двигателя. Первый датчик устанавливается на первом цилиндре двигателя, обеспечивая синхронизацию его работы по впрыску топлива. Он регистрирует вращение вала в диапазоне от 10 до 4500 об/мин с рабочим зазором между торцом датчика и отметчиком до 2,3 мм. По документации ЗАО “Сенсор”, датчик СМВ2-Ф18М-02-213 сейчас серийно выпускается ОАО “Завод Компонент” для комплектации нового двигателя 406-10 автомобилей ГАЗ 3110. Датчик СМВ2-Ф18М-12-100 может также использоваться в антиблокировочной системе тормозов в качестве датчика скорости вращения колеса, при этом в отличие от индукционного устройства он позволяет измерять скорость практически до полной остановки автомобиля, что значительно повышает эффективность системы. Испытания отечественной антиблокировочной системы с такими датчиками скорости на автомобиле “ГАЗель” показали ее высокую эффективность.
Кроме того, в ЗАО “Сенсор” разработаны и производятся датчики частоты вращения типов СМВ2-М48-02-105, СМВ2-М80М-02-105 и СМВ2-М20М. Они предназначены для расходомеров ролико-лопастного типа, созданных ЗАО “МЦ-Восток” (г. Химки) и не имеющих аналогов за рубежом. Датчики через металлическую стенку толщиной до 1 мм эффективно регистрируют частоту вращения зубчатого колеса с числом зубьев 20 и 40, пропорциональную количеству проходимого газа или жидкости. Такой способ обеспечивает высокую точность измерения и позволяет сохранить герметичность измеряемого объема. В результате как за счет конструктивного решения, так и благодаря применению бесконтактных датчиков скорости вращения, эти расходомеры обладают совокупностью параметров, которой нет у других типов расходомеров.
ЗАО “Сенсор” разработало также бесконтактные датчики пройденного пути (одометры), которые нашли применение в автобусах ГК “Мосгортранс” в составе АСУ “Рейс” для контроля процесса движения автобусов на линии между остановками. Одометр устанавливается на датчике спидометра, и выдаваемые им при движении автобуса электрические импульсы позволяют АСУ постоянно его отслеживать.
Представляем автора статьи
ЮРОВ Алексей Сергеевич. Директор ЗАО “Сенсор”, кандидат технических наук. Окончил Горьковский государственный университет. Автор свыше 40 научных публикаций и 20 патентов и авторских свидетельств. Сфера профессиональных интересов – бесконтактные датчики различного назначения, магнитоэлектроника.
Контактный телефон: (095) 535-8145
Отзывы читателей
