Принцип работы датчика холла: принцип работы и применение на практике

Содержание

Датчик Холла Arduino: инструкция по подключению

Датчик Холла представляет собой устройство, регистрирующее, когда изменяется напряжение магнитного поля. Он применяется, чтобы измерять:

  • скорость вращения — прибор применяется в автомобилестроительной отрасли, прочих сферах, где нужно устанавливать скорость, с которой вращается предмет; датчики, основанные на эффекте Холла, заменили собой герконы;
  • приближение — в качестве примера можно назвать складной чехол телефона, подсвечивающий дисплей при раскрытии;
  • поворотный угол;
  • уровень вибрационного воздействия;
  • параметры магнитного поля — прибор задействуется в магнитометрах, цифровых компасах;
  • силу электротока;
  • воздушные зазоры, количество жидкости.

Основные преимущества данного прибора:

  • выполнение нескольких функций — посредством устройства можно определять расположение, скорость, вектор движения;
  • длительный эксплуатационный период — в приборе нет подвижных элементов;
  • отсутствие необходимости в особом техобслуживании;
  • высокая прочность;
  • невосприимчивость к вибрационному воздействию, защита от пылевых частичек, влаги.

Минусы прибора заключаются в следующем:

  1. Невозможность измерения электротока на дистанции больше 0.1 м. Решить данную проблему возможно, используя мощный магнит, генерирующий поле большой ширины.
  2. Влияние внешних полей на показания прибора.
  3. Повышенные температурные показатели действуют на сопротивлении проводника. Это отражается на подвижности носителя электрозаряда, делает устройство менее чувствительным.

Принцип работы

Прибор функционирует по следующему принципу:

  1. Когда электроток проходит через сенсор, электроны прямо двигаются к нему.
  2. Когда на прибор действует внешнее поле, происходит отклонение носителей электрозаряда (сила Лоренца).
  3. Из-за отклонения отрицательно заряженные частички будут сдвигаться к одной стороне прибора, а частицы с положительным зарядом — к другой.
  4. Из-за подобного скопления отрицательно и положительно заряженных частиц на различных сторонах пластинки напряжение может наблюдаться промеж сторон пластинки.
    Данное напряжение прямо зависит от электротока и напряжения магнитного поля.

Сенсоры с аналоговым выводом включают в себя регулятор напряжения, элемент Холла, усилитель. Их чаще всего применяют, когда нужно измерить приближение. Также все сенсоры можно поделить на би- и униполярные. Первым для работы нужно частицы, которые заряжены как положительно, так и отрицательно. Вторым необходимы только частицы с положительным зарядом.

Как подключить модуль с датчиком Холла к плате «Ардуино»

Устройство, базирующееся на эффекте Холла, включает в себя такие элементы:

  • резистор подстройки;
  • компаратор с 2 каналами;
  • несколько резисторов для согласования;
  • 2 светодиодных элемента;
  • сенсор.

Резистор подстройки предназначен для того, чтобы настраивать чувствительность сенсора. 1-й светодиодный элемент показывает, есть ли напряжение электропитания на модуле. 2-й светодиод подает сигнал, когда магнитное поле превышает определенный порог срабатывания.

Устройство содержит 4 вывода. Подключение датчика Холла к Arduino выполняется так:

  • вывод G подключается к разъему GND на плате «Ардуино», служит для заземления;
  • + подсоединяется к 5V, предназначен для электропитания от +2 до +10 В;
  • AO подсоединяется к A0, представляет собой аналоговый вывод, служит для измерения напряжения магнитного поля;
  • DO подключается к 12, является цифровым выводом, который подает сигнал, когда магнитное поле превышает установленный уровень напряженности.

Таким же образом можно подключить четыре и более датчиков Холла к Arduino, но постарайтесь не забыть расширить программу для всех устройств, это будет делаться обычным копированием и заменой номеров пинов.

Как считать показания с прибора

После подключения сенсора к плате можете выполнить проверку работы системы. Для этого можно создать стандартный скетч, выводящий полученные параметры в порт. Выполните загрузку скетча, проверьте, какая информация выводится в порт.

Как установить быстроту кручения предмета

Для вычисления скорости кручения нужно применять информацию с цифрового вывода сенсора на эффекте Холла. Подобная схема будет полезна, если вы, например, создаете велосипедный спидометр.

Расположите устройство так, что оно было неподвижным. Например, можете использовать тиски. На поверхности крутящегося объекта зафиксируйте постоянный магнит. В качестве крутящейся платформы можно использовать HDD, где закреплен магнит.

Угловая скорость равна частному от деления поворотного угла на время, за которое произошел поворот. В данном случае угол будет равняться 360 градусам. Требуется только посчитать время, за которое поворачивается диск.

В скетче будут происходить «отлов» поступления информации с устройства от HIGH к LOW, вычисление разницы между 2 производимыми последовательно переходами. Чтобы определить временной промежуток, воспользуйтесь базовой функцией millis(), возвращающей число миллисекунд, которые прошли после запуска платы «Ардуино».

Выполните загрузку скетча, запускайте кручение предмета с магнитом. Период оборота и угловая скорость будут выведены в консольное окно. Если на маленькой дистанции друг за другом на диске расположить 2 магнита, то можно будет установить не только скорость кручения, но и вектор. Для этого потребуется более сложный скетч.

Если говорить именно о велосипедном спидометре, то понадобится вспомнить еще одну формулу, показывающую зависимость линейной скорости от угловой. Соответственно с ней, линейная скорость равна произведению угловой скорости и радиуса велосипедного колеса. Благодаря данной формуле можно сделать усложненную версию скетча и определить направление вращения.

Показатели аналогового канала

Определим, что означают показатели датчика тока. Он показывает напряжение, изменяемое в зависимости от параметров поля. Индукционный вектор поля исчисляется в Гауссах. Соответственно с техническим описанием сенсора, измерительные пределы устройства 49Е – от −1. 2 тыс. до +1.2 тыс. Гаусс. Примерная чувствительность прибора равна 2.9 мВ/Гс.

Возвращаемся к 1-му скетчу. Значения, которые сняли с датчика Холла связанного с Ардуино, менялись в диапазоне 508–525 отсчетов. Если конвертировать их в вольты, то это будет как раз приблизительно нулевая точка шкалы отсчета сенсора, или 2.5 В. Если приблизить магнит полюсом к сенсору, то значения будут изменяться от 0 в одну сторону. При изменении полюса они будут меняться в противоположную сторону. Делаем вывод, что по показаниям аналогового выхода сенсора можно определять параметры поля, направление силовых линий.

Видео по теме

Хорошая реклама

 

Датчик Холла — принцип работы


В системах и устройствах каждого автомобиля есть масса приборов, которые несут только функцию информирования о том или ином процессе. На основе информации, которые эти устройства предоставляют, высшие по иерархии системы принимают решения о том или действии. Эти шпионы называются датчиками и собирают информацию о работе деталей и узлов, а после передают ее водителю. На современных автомобилях водитель избавлен от принятия большинства решений, поэтому всю работу делают за него электронные системы. Бесконтактная система зажигания и датчик Хoлла — яркий тому пример.

Содержание:

  1. Датчик Холла, что это такое
  2. Применение датчика в автомобиле
  3. Преимущества автомобильного датчика Холла
  4. Зажигание с датчиком Холла
  5. Подключение и проверка датчика Холла

Датчик Холла, что это такое

Все автомобильные датчики классифицируются по параметру, который они определяют. Это может быть датчик температуры, датчик массового расхода воздуха, датчик движения или датчик положения. Датчик на эффекте Холла как раз применяется для того, чтобы определять положение коленчатого или распределительного вала.

Вкратце разберемся с этим эффектом, тогда станет понятнее, что представляет собой это устройство. Гальваномагнитное явление было открыто в 1879 году Эдвином Холлом, а суть этого открытия в том, что при установке проводника с постоянным потенциалом в магнитное поле, появляется разность потенциалов, то есть электрический импульс. На основе этого являения работает не только часть системы зажигания автомобиля, но и ионные ракетные двигатели, приборы, которые измеряют напряженность магнитного поля, и даже во многих мобильных устройствах в виде основы для работы электронного компаса.

Применение датчика в автомобиле

Холловское напряжение давно применяется в машиностроении и конструкции серводвигателей. Он идеально подходит для того, чтобы определять углы положения валов, а на машинах архаичной конструкции, датчик применялся для определения момента возникновения искры. Схема датчика проста и мы ее помещаем ниже.

Суть работы устройства в том, что когда подают ток на две клеммы участка полупроводникового материала (на чертеже — клеммы «а») и помещают его в магнитное поле, на двух других клеммах возникает импульсное напряжение, а оно может восприниматься устройством-приемником, как сигнал к определенным действиям.

Автомобильный датчик Холла принцип работы которого показан на схеме ниже, но буквально ее воспринимать было бы ошибкой. Дело в том, что современные датчики Холла представляют собой все элементы начерченного датчика в одном крошечном корпусе. Это стало возможным тогда, когда появились миниатюрные полупроводниковые  приборы.

Преимущества автомобильного датчика Холла

Микроэлектроника позволила добиться от устройства очень маленьких размеров, при этом, сохранив полную функциональность. Основные преимущества устройства современного датчика Холла в следующем:

  • компактность;
  • возможность разместить в любой точке двигателя или любого другого механизма;
  • стабильность работы, то есть при любых оборотах вала, датчик будет корректно реагировать на его вращение;
  • стабильность не только в работе, но и стабильность характеристики сигнала.

Наряду с бесспорными достоинствами и функциональностью устройства, оно имеет некоторые проблемы:

  1.  Помехи — главный враг любого электромагнитного устройства. А помех в электрической цепи автомобиля более, чем достаточно.
  2.  Цена. Датчик, основанный на эффекте Холла дороже обычного магнитоэлектрического датчика.
  3.  Работоспособность датчика Холла сильно зависит от электронной схемы.
  4. Микросхемы могут иметь нестабильные характеристики, что может повлиять на корректность показаний.

Зажигание с датчиком Холла

Теперь попробуем применить датчик на практике, а, точнее, интегрировать его в систему зажигания. А установим мы его в прямо в трамблер для того, чтобы руководить процессом искрообразования в бесконтактной системе. Схема установки датчика Холла показана на рисунке. Он установлен возле вала прерывателя-распределителя, на котором установлена магнитопроводящая пластина. Пластина-ротор имеет столько вращающихся сердечников, сколько цилиндров у двигателя.

Поэтому при прохождении пластины ротора возле датчика с поданным на него напряжением, возникает эффект Холла, с выводов датчика снимается импульс и подается на коммутатор, а оттуда на катушку зажигания. Она преобразует слабый импульс в высоковольтный и передает его по высоковольтному проводу на свечу зажигания.

Подключение и проверка датчика Холла

Подключить любой датчик Холла довольно просто, поскольку он имеет всего три вывода, один из которых минусовой и идет на массу, второй — питание, третий — сигнальный, с него и поступает импульс на коммутатор. Проверить, работает ли датчик довольно просто. Если автомобиль подает признаки неисправности системы зажигания, которые выражаются в плохом пуске или нестабильности работы, первое, что нужно проверить — именно этот датчик.

Для этого не нужно никаких сложных осциллографов, хотя по науке ДХ проверяют именно при помощи осциллографа. Для проверки работоспособности устройства, достаточно просто закоротить 3-й и 6-й вывод на колодке трамблёра. При включенном зажигании закороченные выводы приведут к образованию искры, что говорит о том, что датчик свое отжил.

Замена датчика — занятие на 10 минут, но чтобы не покупать новый, лучше проверить установленный, вполне возможно, что зажигание работает некорректно по другой причине. Таким образом, можно обнаружить поломку, сэкономить время и не покупать лишние детали. Следите за простейшими приборами, и неприятные сюрпризы будут обходить автомобиль стороной. Плотной всем искры и удачи в дороге!

Читайте также:


устройство, принцип работы, виды и области применения преобразователя

Датчик Холла — прибор, предназначенный для измерения напряженности магнитного поля. Его работа основана на эффекте Холла, который представляет собой явление возникновения разности потенциалов в магнитном поле при помещении в него проводника с постоянным током. Это устройство нашло широкое применение в различных приборах и механизмах.

История создания прибора

В конце XIX века американский ученый из Балтимора Эдвин Герберт Холл поместил полупроводниковую пластину в магнитное поле и подключил к ней электрический ток. Такое действие привело к появлению напряжения на широких сторонах пластины.

Это явление получило название эффекта Холла и привлекло внимание общественности. Спустя 75 лет, когда промышленность начала выпускать полупроводниковые пленки, это открытие нашло широкое применение в области техники. Сегодня датчики используются:

  1. В электронном зажигании на автомобилях.
  2. В двигателях компьютерного дисковода и вентилятора.
  3. Как основа электронного компаса в смартфонах.
  4. В бесконтактных электрических приборах для измерения силы тока и напряжения.
  5. В некоторых моделях ионных реактивных двигателей.

Первые разновидности датчиков стали выпускаться в середине XX века. В 1965 году американские специалисты создали твердотельный прибор, который значительно улучшил работу оборудования. Датчики считаются практически вечными, так как не имеют взаимодействующих и трущихся элементов.

Конструктивные особенности

Наиболее эффективными материалами для изготовления датчика считаются полупроводники арсениды галлия и индия. Чаще прибор представляет собой пленку, толщина которой не превышает 10 мкм. Датчик имеет три клеммы:

  • питающая с входным напряжением 6В;
  • нулевой контакт;
  • выходная, с которой сигнал поступает на коммутатор.

Клемма, к которой подходит питание, широкая и занимает всю сторону прямоугольника. Выходная клемма обладает точечным электродом. В качестве нулевого контакта выступает общая точка. Так как при отсутствии магнитного поля на контактах остается небольшой сигнал, то для коррекции выходных данных применяется дифференциальный усилитель.

Микросхема наносится на подложку методом литографии, что позволяет повысить точность показаний. Обычно в различных приборах это применяется для проверки положения элементов механизма.

Принцип действия

Принцип работы датчика Холла основан на гальваномагнитном явлении, которое показывает результат взаимодействия магнитного поля с полупроводником. Полупроводник подключен к электрической цепи, которая меняет его свойства.

Как только появляется поперечное напряжение, то сразу возникает эффект Холла. В этот момент заряд направлен перпендикулярно вектору поля. Такое явление объясняется воздействием на электроны или дырки силы Лоренца, которая и приводит к их отклонению.

Под воздействием этой силы частицы в полупроводнике двигаются в разные стороны, в соответствии со своим знаком. На одной стороне пластины собираются электроны (отрицательный заряд), а на другой частицы с положительным знаком.

По мере накопления зарядов между ними возникает электрический поток, который препятствует их перемещению под воздействием силы Лоренца. При достижении равенства этой силы и магнитного поля полупроводник вступает в фазу равновесия. Именно так и работает датчик Холла.

Виды устройств

Основной задачей этого прибора считается определение напряженности магнитного потока. Практически это сенсор определения значений магнитного поля. Существуют датчики двух видов:

  • цифровые;
  • аналоговые.

Цифровые приборы бывают биполярными и униполярными. Биполярные элементы работают в зависимости от полярности магнитного поля, то есть одна включает датчик, а вторая отключает.

Униполярные приборы включаются при появлении любой полярности и отключаются по мере ее уменьшения. Цифровые сенсоры измеряют индукцию и появление соответствующего напряжения, то есть наличие или отсутствие магнитного поля.

Прибор показывает единицу, когда индукция поля достигает пороговое значение. До этого момента сенсор будет показывать ноль. Такой датчик не сможет определить наличие магнитного поля со слабой индукцией. Кроме того, на точность показаний будет влиять дистанция до измеряемого объекта.

Применение датчика

Широко применяются преобразователи Холла в современной бытовой технике. С их помощью происходит взвешивание белья в стиральных машинах. При запуске агрегата вещи сначала намокают, а потом начинает вращаться барабан. По его скорости вращения определяется общий вес и происходит программирование машины на расход порошка, воды и ополаскивателя.

В серийном производстве впервые датчики стали использоваться в компьютерных клавиатурах. Здесь происходит взаимодействие чувствительного элемента на плате и магнита на клавишах. Упругость осуществляется за счет полимерного материала, который обладает большим сроком службы.

Единственным элементом, который может сломаться в клавиатуре является контроллер. Электрики очень часто пользуются датчиком Холла, когда замеряют бесконтактными клещами силу тока в проводах. Измерительный прибор реагирует на изменение электромагнитного поля вокруг кабелей и проводов.

Благодаря индуктивности из медной проволоки, находящейся в клещах, создается возбуждение и образуется электромагнитная волна. Часть ее значения оценивается сенсором, который передает данные в контроллер. По заложенным в нем формулам производится расчет, и результат выводится на дисплей.

Применяются датчики в сотовых телефонах для слежения за зарядом аккумулятора и его расходом. Но очень важным такой момент считается в эксплуатации электромобилей, так как наличие энергии в них занимает особое место. Используются преобразователи Холла в электронных компасах и в качестве стабилизатора изображений в мобильных камерах.

Но особенно широко эти приборы применяются в автомобильной промышленности. В автомобилях с их помощью происходит определение частоты вращения коленвала двигателя, положение дроссельной заслонки, скорости движения автомобиля и так далее. Применяется датчик в электронной системе зажигания. Находится он в трамблере и заменяет контакты для образования искры.

Использование сенсоров в смартфонах

Благодаря небольшим размерам датчики Холла нашли широкое применение в современных электронных гаджетах. В смартфонах они помогают возвращать экран в исходное положение, обеспечивают быстрый запуск GPS поиска, увеличивают срок службы аккумуляторной батареи и так далее.

Способность реагировать на магнитное поле используется в раскладывающихся телефонах и ноутбуках. Благодаря наличию датчика, происходит включение устройств при открытии и отключение при закрытии экрана. В смартфонах такую же функцию выполняет датчик, который взаимодействует с магнитом, встроенным в чехол книжку. Когда чехол открывается, то воздействие поля ослабевает и сенсор включает подсветку экрана. Преобразователь Холла в гаджетах выполняет следующие полезные функции:

  • обеспечивает ориентирование по отношению к горизонту земли;
  • работает в качестве компаса мобильного устройства;
  • совершает ориентирование экрана.

Немаловажное значение датчик имеет в устройстве видеокамеры. Вкупе со специальной микросхемой он позволяет корректировать качество изображения. Особенно это проявляется при съемках в вечернее время.

Датчик холла принцип работы: устройство и схема

Как работает датчик холла

В первую очередь датчик холла или ДХ является магнитоэлектрическим устройством, действие которого фундировано на физическом явлении. Последнее было открыто великим западным ученым еще в далеком 1879 году.

Общий принцип

Гениальность открытия заключалось в электромагнитном поле. Поставив в него металлический полупроводник, он заметил, что на противоположных торцах пластины возникает напряжение тока, способное достигать нескольких сот милливольт.

Как утверждают эксперты, ДХ устройства имеют фрикативную схему или принцип. Что это значит?

Чертеж шторки ДХ

Полупроводниковый материал расположен на одной из сторон отверстия, а постоянный магнит – с другой. При прохождении импульса тока в магнитном поле, на пластину воздействует сила.

Щель или зазор между пластиной и магнитом – это экран, задача которого замыкать силовые линии. Когда экран или шторка убирается, снимается и воздействие. Когда шторка в зазоре устройства – возникает сила, линии замыкаются.

Внимание. Экран – ничто иное, как лопасть ротора. При прохождении шторки через щель на выходе появляется напряжение.

Благодаря эффекту ДХ прибор удается применять в виде контроллера в устройствах без механических контактов. В автомобильной промышленности – это современная бесконтактная система зажигания (БСЗ). Именно ДХ в данном случае увеличивает ресурс функционирования этой системы.

Расшифровка или принцип современной БСЗ выглядит так:

  1. Катушка зажигания соединена через замок с АКБ и коммутатором. От нее же идет сигнал тока на свечи зажигания (на старых системах через распределитель).
  2. Коммутатор соединен с ДХ через разъем и тахометром.

Вообще, ДХ в зажигании эффективно управляет ходом искрообразования за счет того, что интегрирован около распределительного вала, где соответственно стоит магнитопроводящая пластина. Она наделена таким же количеством вертящихся элементов, сколько у ДВС цилиндров.

Принцип работы регулятора холла

При вращении роторного интерцептора возле ДХ с полученным напряжением, образуется «холловый» импульс. Подаваясь на коммутатор с ДХ, он снимается и идет в свою очередь на катушку зажигания, где и преобразуется в высоковольтное напряжение.

Разновидности ДХ

Известны на сегодня два основных вида ДХ устройств: датчики с цифровым действием и датчики с обычным.

ДХ обычного типа являются контроллерами, изменяющими индукцию магнитного поля. Значение, которое показывает этот ДХ, зависит полностью от двухполюсности и воздействия магнитоактивного поля.

Разновидности датчика холла

Напротив, цифровой ДХ не подразумевает магнитного поля. Принцип его функционирования основан на чередовании полюса и минуса импульсного напряжения. Несмотря на современный вид, цифровой ДХ имеет большой недостаток – низкую чувствительность.

Сегодня ДХ устройства нашли широкое применение в различных сферах человеческой деятельности. Авиация, электрика, машиностроение – это только начало. Причинами такой популярности ДХ называют высокие показатели надежности и точность показаний, который способен выдавать этот контроллер. И безусловно, низкая его стоимость.

В автомобильной промышленности использование ДХ оправдано тем, что такие датчики невероятно устойчивы к резким изменениям температур и вибраций мотора.

Внимание. ДХ применяется в современных автомашинах для контроля за положением и перемещением компонентов различных систем. Например, в системе зажигания – за контролем вращения распредвала и своевременной подачи импульса в коммутатор.

ДХ применяется в автомобиле также и как скоростной регулятор или как навигатор движения. В этом случае ценным становится его умение определяться по полюсам.

Вообще, так называемое «холловское» напряжение давно и успешно эксплуатируется в автомобилестроении и в механизмах с сервоприводами. Это идеальный прибор для определения углов и положений валов, а на автомобилях старой конструкции – для определения момента искрообразования.

Датчик холла систем зажигания автомобиля

Суть функционирования ДХ сводится к тому, что при подаче напряжения на две клеммы полупроводника, на двух противоположных возникает импульс, который расценивается получателем, как толчок к дальнейшим действиям.

Ученые всего мира совершенствуют ДХ. Уже сегодня удается расширить область применения этого прибора, ведь создаются различные классы датчиков холла.

Преимущества ДХ

Абсолютная работоспособность при малых размерах – это называют преимуществом ДХ. И действительно, устройство крохотного размера невероятно компактно, и его удается поместить в любом месте ДВС или другого автомобильного механизма.

Датчик холла моделирование

Помимо этого, ДХ стабилен в функционировании, не изменяет точность показаний при любых вращениях распредвала. Он корректно реагирует на любые изменения – таков его принцип. И стабильность ДХ проявляется не только в работе, но и в стабильности характеристик сигнала.

Безусловно, ДХ имеет и свои недостатки, на первое место среди которых выходит его чувствительность. Однако имеются и другие. Рассмотрим их подробнее.

  • Помехи считаются главным врагом любого электромагнитного прибора. Не исключение и этот случай, ведь помех в автоэлектрической цепи более, чем достаточно.
  • Стоимость хоть и низка, но по сравнению с ценой обычного магнитоэлектрического регулятора, выше.
  • Нормальная функциональность ДХ зависит от электросхем, а последние часто могут иметь шаткие референции, что отрицательно скажется на корректность показаний.

Интеграция и проверка

ДХ наделен всего 3-я выводами, один из которых нулевой (минусовой). Первый и второй выводы соответственно связаны с питанием и импульсом. Другими словами, один из выводов служит для питания, а через другой – идет сигнал на коммутатор.

Проверка работы ДХ не столь сложна, как может показаться на первый взгляд. Если заметен затрудненный пуск двигателя или нестабильность его работы, сомнения мгновенно падают на датчик холла.

Проверка и замена датчика холла

Диагностика ДХ не требует применения каких-либо сложных осциллографов, хотя по теории так и должно быть. В данном случае достаточно будет замкнуть 3-й и 6-й выводы колодки трамблера. Если при этом возникнет искра, то датчик изжил себя и требуется его обновление.

Замена тоже не вызовет особых сложностей, с этим делом можно справиться всего за 10 минут. Однако лучше тщательнее проверить установленный датчик, так как причиной некорректной работы зажигания может выступить другой элемент.

Если никаких сомнений в поломке ДХ не остается, надо будет разобрать трамблер. ДХ расположен внизу распределителя, и чтобы его снять, придется разобрать немало механизмов и мелких элементов.

Научитесь следить за простыми компонентами своего авто. Это поможет избежать неприятных сюрпризов на дороге. Будьте внимательны!

Датчик Холла - что это такое? Подробное описание и принцип работы

Этот датчик контролирует положение распределительного вала, что нужно для правильного определения необходимого положения механизма газораспределения в зависимости от положения коленчатого вала двигателя. Сигналы, которые выдает этот датчик, попадают в систему управления двигателем и после обработки используются в качестве основы для формирования управляющих команд для систем зажигания и впрыска. Этот датчик работает в связке с датчиком, контролирующим частоту вращения коленчатого вала.

При этом вся работа этого устройства построена на использовании эффекта Холла, откуда собственно и название датчика.

Датчик выдает свои сигналы, основываясь на изменении значений напряжения, которые возникают в полупроводнике в момент изменения пересекающего этот полупроводник магнитного поля. Для создания магнитного поля в датчике размещен постоянный магнит. При этом магнитное поле изменяется в момент замыкания репером специального магнитного зазора. Репер или если проще металлический зуб может быть расположен, либо на задающем диске, который, в свою очередь, закрепляется на валу, либо на зубчатом колесе, которое находится на распределительном валу.

Как только репер проходит около датчика в последнем возникает импульс напряжения, и этот импульс затем попадает в блок управления, где и обрабатывается. Естественно, что чем быстрее вращается распредвал, тем чаще поступает сигнал от датчика. Основываясь на данных этих сигналов, блок управления без проблем просчитывает момент выхода поршня первого цилиндра в верхнюю мертвую точку такта сжатия и тем самым блок управления определяет время впрыска топлива, и зажигания топливной смеси.

Если двигатель имеет систему изменения газораспределительных фаз, то датчик Холла используют для регулирования работы именно этой системы. В этом случае датчик устанавливают на распредвал как впускного, так и выпускного клапанов.

1 - аккумулятор;
2 - замок зажигания;
3 - свечи зажигания;
4 - двухвыводная катушка зажигания;
5 - вольтметр;
6 - коммутатор;
7 - датчик Холла.

Управление дизельным двигателем

Что касается системы управления дизелем, то там этот датчик работает немного по-другому. Здесь сигналы датчика помогают блоку управления определить, когда и какой цилиндр выйдет в верхнюю мертвую точку в такте сжатия. Благодаря этому можно добиться правильного определения положения распредвала относительно коленчатого вала, и тем самым получаем быстрый пуск и устойчивую работу двигателя на всех режимах.

Для того чтобы реализовать выполнение этой функции конструктивно был несколько изменен задающий диск, который имеет репер для каждого из цилиндров двигателя. Как правило, эти реперы представлены либо набором зубьев, которые расположены на разном расстоянии друг от друга, либо это сегменты, имеющие разную угловую ширину. Например, дизельный, 4-х цилиндровый двигатель Рено Лагуна на своем задающем диске имеет 7-мь зубьев. 4-е зуба являются основными, из расчета по одному на цилиндр и размещаются под углом 90 градусов. Еще 3-и зуба – дополнительные, и используются они, для распознавания цилиндров. Для точного определения цилиндра дополнительные зубья располагают на разных расстояниях от основных зубьев, за счет чего возможно точно определить поршень какого цилиндра и в какой момент времени вышел в ВМТ такта сжатия.

Как проверить исправность датчика холла?

Если датчик Холла перестал выдавать сигнал, т. е. он неисправен, то система управления переключится на работу от датчика частоты вращения коленчатого вала. Двигатель будет работать дальше и даже запустится после остановки.

Интегральные малопотребляющие датчики положения на основе эффекта Холла

1 августа 2018

Компании Texas Instruments и Honeywell предлагают датчики Холла с ультрамалым энергопотреблением для компактных применений с автономным питанием. Имеются модели для определения фиксированного положения объекта и для измерения его движения. В чем же отличия датчиков TI и Honeywell, и какая модель лучше подойдет в том или ином случае?

Для передачи в электрическую схему информации о положении различных подвижных элементов, таких как валы, заслонки, крышки, роторы электродвигателей, в свое время были разработаны специализированные приборы, известные как датчики положения. Существуют датчики, основанные на электромеханическом, емкостном, индуктивном, ультразвуковом, магнитном или оптическом принципе работы, а также множество комбинированных устройств. Каждый тип датчиков обладает конкретными достоинствами и недостатками и имеет свою область применений. В последние десятилетия список типов датчиков положения пополнился еще одним типом – датчиками на основе эффекта Холла.

Отличительными характеристиками современной электроники являются компактность и экономичность. И если с компактностью у датчиков Холла особых проблем никогда не было, то с экономичностью до недавнего времени было непросто: в связи с появлением экономичных электронных приборов, позволяющих устройству несколько лет работать от одноэлементной литиевой батарейки, даже небольшой ток потребления обычного датчика Холла уже вносит ощутимый вклад в общее энергопотребление системы.

Поэтому в последнее время ведущие производители электронных компонентов, в том числе Texas Instruments и Honeywell, представили новый тип датчиков положения на основе эффекта Холла, отличающийся повышенной экономичностью. Ключевой особенностью этих микросхем является ультрамалый ток собственного потребления, который в совокупности с компактными размерами и высокой чувствительностью делает их идеальными для компактных приложений с батарейным питанием, например, для беспроводных датчиков охранных систем, устройств интернета вещей и других систем.

Особенности малопотребляющих дискретных датчиков Холла

Различают линейные и дискретные датчики Холла (рисунок 1). Выходные сигналы линейных датчиков пропорциональны величине магнитной индукции. Основная сфера применения подобных устройств – измерители напряженности магнитного поля, датчики постоянных и переменных токов (рисунок 2), бесконтактные потенциометры, датчики угла поворота и прочие приложения, работающие с непрерывными сигналами. Кроме усилителя и схем температурной компенсации микросхемы, в зависимости от специализации, могут содержать множество других узлов, например, АЦП, компараторы тревожных сигналов для активизации центрального микроконтроллера, контроллеры популярных интерфейсов передачи данных, (USART, I2C, SPI и других), а также энергонезависимую память для хранения настроек.

Рис. 1. Структурные схемы датчиков Холла

Рис. 2. Датчик Холла для измерения тока

Когда абсолютное значение индукции магнитного поля не имеет значения, а важно определить лишь факт наличия или отсутствия магнитного поля – используют датчики Холла с дискретным выходом. В эти микросхемы обычно интегрируются один или несколько компараторов с гистерезисом, сравнивающих напряжение на выходе дифференциального усилителя с пороговыми уровнями. Областью применения дискретных датчиков Холла является широкий спектр автоматизированных приложений: датчики открытия дверей, частотомеры, синхронизаторы, автомобильные системы зажигания, контроллеры подвижных элементов (клапанов, задвижек, крышек и прочего), охранные системы, устройства управления электродвигателями и многие другие.

Классическим примером использования дискретных датчиков Холла являются электродвигатели, используемые в компьютерном оборудовании (рисунок 3). Размещенный на плате двигателя датчик Холла измеряет напряженность магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом ротора, формируя импульсный сигнал с логическими уровнями, частота которого пропорциональна частоте вращения, что позволяет оценить как исправность, так и производительность вентилятора.

Рис. 3. Датчик Холла в компьютерном вентиляторе

Относительно ново

Принцип работы датчика Холла

Анимация

Датчик Холла - это преобразователь, который изменяет свое выходное напряжение в ответ на магнитное поле. Датчики на эффекте Холла используются для бесконтактного переключения, позиционирования, определения скорости и измерения тока.

Рис. Колесо, содержащее два магнита, проходит мимо датчика Холла

В простейшей форме датчик работает как аналоговый преобразователь, напрямую возвращая напряжение.Зная магнитное поле, можно определить его расстояние от пластины Холла. Используя группы датчиков, можно определить относительное положение магнита.

Часто датчик Холла комбинируется со схемой, которая позволяет устройству работать в цифровом (вкл. / Выкл.) Режиме, и в этой конфигурации его можно назвать переключателем.

ПРИНЦИП РАБОТЫ

датчик Холла содержит соединение полупроводникового кристалла индия, такие как антимонида индия, установленный на опорной пластине алюминия, и инкапсулированный в головке зонда.

Когда зонд Холла удерживается так, что силовые линии магнитного поля проходят под прямым углом через сенсор зонда, сенсор показывает значение плотности магнитного потока (B). Через кристалл проходит ток, который при помещении в магнитное поле создает на нем напряжение «эффекта Холла». Эффект Холла наблюдается, когда проводник пропускается через однородное магнитное поле. Возникающее напряжение на эффекте Холла указывает на то, что магнитный объект прошел вокруг него.Следовательно, напряжение эффекта Холла является выходным сигналом и используется для обнаружения объекта рядом с ним.

Также читайте: Анимация бесконтактного переключателя

ПРЕИМУЩЕСТВА

Датчик на эффекте Холла может работать как электронный переключатель.

  • Такой выключатель стоит меньше механического выключателя и намного надежнее.
  • Может работать на частоте до 100 кГц.
  • Он не страдает от дребезга контактов, потому что используется твердотельный переключатель с гистерезисом, а не механический контакт.
  • На него не повлияют загрязнения окружающей среды, поскольку датчик находится в герметичной упаковке. Поэтому его можно использовать в тяжелых условиях.

В случае линейного датчика (для измерения напряженности магнитного поля) датчик Холла:

  • может измерять широкий диапазон магнитных полей
  • Модель
  • может измерять магнитные поля северного или южного полюса.
  • может быть плоским

НЕДОСТАТКИ

Датчики

на эффекте Холла обеспечивают гораздо более низкую точность измерения, чем феррозондовые магнитометры или датчики на основе магнитосопротивления.Более того, датчики на эффекте Холла значительно дрейфуют, что требует компенсации.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Определение положения

Обнаружение присутствия магнитных объектов (связанное с определением положения) является наиболее распространенным промышленным применением датчиков Холла, особенно тех, которые работают в режиме переключения (режим включения / выключения). Датчики на эффекте Холла также используются в бесщеточном двигателе постоянного тока для определения положения ротора и переключения транзисторов в правильной последовательности.

Смартфоны

используют датчики холла, чтобы определить, закрыта ли флип-крышка.

Трансформаторы постоянного тока
Датчики на эффекте Холла

могут использоваться для бесконтактных измерений постоянного тока в трансформаторах тока. В этом случае датчик на эффекте Холла устанавливается в зазоре магнитопровода вокруг токопровода. В результате можно измерить постоянный магнитный поток и рассчитать постоянный ток в проводнике. Эффект Холла также использовался для обнаружения постоянного тока в сверхпроводящем трансформаторе постоянного тока.

Автомобильный указатель уровня топлива

Датчик Холла используется в некоторых автомобильных индикаторах уровня топлива. Основной принцип действия такого индикатора - определение положения плавающего элемента. Это можно сделать либо с помощью вертикального поплавкового магнита, либо с помощью датчика с вращающимся рычагом.

  • В вертикальной поплавковой системе постоянный магнит установлен на поверхности плавающего объекта. Токоведущий провод закреплен на верхней части резервуара на одной линии с магнитом.Когда уровень топлива повышается, к току прикладывается увеличивающееся магнитное поле, что приводит к более высокому напряжению Холла. По мере того, как уровень топлива уменьшается, напряжение Холла также уменьшается. Уровень топлива отображается и отображается надлежащим сигналом напряжения Холла.
  • В датчике с вращающимся рычагом диаметрально намагниченный кольцевой магнит вращается вокруг линейного датчика Холла. Датчик измеряет только перпендикулярную (вертикальную) составляющую поля. Измеренная сила поля напрямую зависит от угла рычага и, следовательно, от уровня топливного бака.

Что такое датчик эффекта Холла? - Принцип действия датчика Холла, типы обнаружения

Определение: Датчик эффекта Холла - это твердотельное устройство , которое переключается в активное состояние при нахождении в магнитном поле . Выходное напряжение датчика Холла зависит от магнитного поля вокруг него. Когда магнитное поле на полупроводниковой пластине изменяется, плотность магнитного потока также изменяется, из-за чего изменяется выходное напряжение датчика Холла.

Принцип датчика Холла

Датчик Холла работает по принципу эффекта Холла .

Согласно эффекту Холла, когда полупроводниковая пластина помещается в магнитное поле, при условии, что силовые линии магнитного поля перпендикулярны оси полупроводникового образца и ток проходит вдоль оси полупроводникового образца, то на носители заряда полупроводникового прибора действует магнитная сила .

Благодаря этой магнитной силе они сдвигаются в сторону i.е по направлению к краям плиты. Вследствие этого создается электрическое поле из-за скопления носителей заряда по краям. Таким образом, выходное напряжение зависит от изменения магнитного поля. Эффект Холла основан на принципе Лоренца.

Датчики

на эффекте Холла используют это явление эффекта Холла для измерения фундаментальных величин, таких как положение, скорость, полярность и т. Д. Два ключевых термина, связанных с магнитным полем, - это плотность магнитного потока и полярность (Северный полюс и Южный полюс).Датчики на эффекте Холла используют эти термины для определения чувствительности.

Выходное напряжение, создаваемое датчиком, напрямую зависит от плотности магнитного потока. Таким образом, если магнитное поле на датчике изменяется, выходной сигнал эффекта Холла также изменяется. Таким образом, он обеспечивает операцию считывания.

Датчик эффекта Холла и магнитный датчик

Вы, должно быть, думаете, что магнитный датчик тоже делает то же самое. Итак, можем ли мы связать датчик Холла с магнитным датчиком? Да, датчик Холла - это только тип магнитного датчика.Магнитные датчики также определяют положение и скорость с помощью изменения плотности магнитного потока.

Принципиальная схема переключателя на эффекте Холла с датчиком на эффекте Холла

Выходное напряжение датчика Холла очень мало. Даже при большой величине магнитного поля создаваемое выходное напряжение остается низким. Таким образом, усилители постоянного тока используются для усиления выходного напряжения. Кроме того, для получения регулируемого напряжения используются также регуляторы и схемы переключения.

Датчик Холла может обеспечивать как линейный, так и нелинейный выход i.е. Цифровой выход. Напряжение Холла изменяется линейно с напряженностью магнитного поля H в случае линейного выхода.

Изменение выходного напряжения в зависимости от плотности магнитного потока показано на диаграмме ниже.

Датчик Холла с линейным выходом и цифровым выходом

Выше мы обсуждали, что линейные аналоговые датчики генерируют выходное напряжение, которое изменяется с изменением плотности магнитного потока приложенного магнитного поля. По истечении определенного времени значение выходного напряжения становится постоянным со значением плотности магнитного потока. Таким образом, достигается стадия насыщения.

На этой стадии насыщения выходное напряжение не будет больше увеличиваться с увеличением плотности магнитного потока. Он становится насыщенным. Выходное напряжение будет низким, если напряженность магнитного поля низкая, и выходное напряжение будет высоким, если напряженность магнитного поля высокая.

В случае Цифровой выход датчика Холла выход будет состоять только из двух ступеней, то есть ВКЛ и ВЫКЛ. В датчиках Холла с цифровым выходом триггер Шмита используется в координации с OP-AMP (т.е.е. Операционный усилитель), который образует встроенный гистерезис. Как следствие, нет колебаний выходного напряжения.

Датчики Холла с цифровым выходом

бывают двух типов: биполярный, и униполярный . Bipolar использует магнитное поле положительной полярности, то есть южный полюс, для активации датчика, а отрицательный полюс, то есть северный полюс, для деактивации датчика. Напротив, однополярный датчик Холла с цифровым выходом использует только положительный полюс, то есть южный полюс, для активации, а также для деактивации датчика Холла.

Типы обнаружения датчиком Холла

  1. Конфигурация обнаружения в лоб: При обнаружении в лоб магнит движется вперед по направлению к лицевой стороне датчика Холла. Магнитное поле перпендикулярно активной области элемента Холла. Эта конфигурация датчиков Холла генерирует выходное напряжение в соответствии с силой магнитного поля.

Это позволяет нам определять напряженность магнитного поля и плотность магнитного потока на определенном расстоянии от датчика Холла.

  1. Конфигурация бокового обнаружения: При боковом обнаружении датчика Холла он перемещается в сторону и удерживается около активной области датчика Холла .
  2. Обнаружение положения: Конфигурация обнаружения положения на эффекте Холла показана на диаграммах ниже. Здесь используется светодиод, мы также можем использовать транзистор, если выходной сигнал, генерируемый датчиком эффекта Холла, должен использоваться для процесса переключения более высокой нагрузки.

Применение датчика Холла

Датчики эффекта Холла используются для определения положения, поэтому они часто используются как датчики приближения . Их также можно использовать в приложении, в котором мы используем оптические и световые датчики. Датчики на эффекте Холла лучше использовать, потому что оптические датчики и light могут зависеть от условий окружающей среды, в то время как датчики на эффекте Холла также могут эффективно работать в пыли, воздухе или других внешних факторах окружающей среды.

Бесконтактные переключатели на эффекте Холла, датчики приближения на эффекте Холла, бесконтактный переключатель на эффекте Холла


Переключатели / датчики / элементы Холла
Датчики / переключатели лопатки Холла / зубчатого колеса
Датчики тока и напряжения Холла
Другие датчики / измерительные приборы

Информация для заказов на поставку:
Бесконтактные переключатели / датчики на эффекте Холла
Бесконтактный переключатель на эффекте Холла - это бесконтактный электронный переключатель, который состоит из постоянного магнит или ферромагнитная деталь в качестве триггерного посредника и ИС датчика Холла. ИС датчика Холла обнаруживает изменение магнитного поля, когда постоянный магнит приближается к нему и генерирует электрический сигнал. Этот сигнал усиливается и выпрямляется для управления выходным сигналом переключателя.

По сравнению с магнитоэлектрическими, оптоэлектронными и емкостными датчиками приближения, датчиками Холла имеют преимущества хорошей формы выходной волны, высокой стабильности, низких затрат, невосприимчивости к маслу, грязи и вибрации, и широкая рабочая температура и т. д.Они очень подходят для интеграции в системы ПК и различные виды промышленное оборудование управления и оптимальные переключатели для контроля положения, измерения скорости, подсчета, определение направления и автоматическая защита и т. д.

Температура окружающей среды: -25C / -40C ~ + 125C Влажность окружающей среды: 35% ~ 95%
Макс. ток питания: 25 мА Обратное напряжение питания: -35V
Диапазон частот: 0 ~ 50 кГц Повторяемость положения: 0.02 мм
Индикация перегрузки по току: Красный светодиод Обнаруживаемый объект: Магнит, S-полюс
Макс. выходной ток: 20 мА - 200 мА Источник питания: 5-30 В
Макс. расстояние срабатывания: 8 мм Макс. падение напряжения: 0,4 В - 1,0 В
Напряжение изоляции: AC 1500 В, 50/60 Гц, 1 мин. Материал корпуса: Хромированная латунь
Полярность / Защита от перенапряжения: Есть Защита от короткого замыкания на выходе: Да
Примеры бесконтактных переключателей Холла
Тип корпуса Каталожный номер Тип выхода Блок питания Выходной ток Размеры Длина кабеля
CYKN8-02CL0 OC, NPN, открытый, одиночный +4. 5 В ~ + 24 В постоянного тока 20 мА M8 x 20 мм 0,65 м
CYKP8-02CL0 OC, PNP, открытый, одинарный + 4,5 В ~ + 24 В постоянного тока 20 мА M8 x 15-20 мм 0,65 м
CYKN8-20DL2 OC, NPN, открытый, одиночный + 8 В ~ + 30 В постоянного тока 200 мА M12 x 40 мм 0.5 м, макс. 2м
CYBN8-20DL2 OC, NPN, закрытый, одинарный + 8 В ~ + 30 В постоянного тока 200 мА M12 x 40 мм 0,5 м, макс. 2м
CYKP8-20DL2 OC, PNP, открытый, одинарный + 8 В ~ + 30 В постоянного тока 200 мА M12 x 40 мм 0,5 м, макс.
CYBP8-20DL2 OC, PNP, закрытый, одинарный + 8 В ~ + 30 В постоянного тока 200 мА M12 x 40 мм 0.5 м, макс. 2м

Принцип работы, применение и ограничения ультразвуковых датчиков

Рисунок 1: Ультразвуковой датчик HC SR04. (Источник: Digikey

Ультразвуковой датчик (или преобразователь) работает по тем же принципам, что и радиолокационная система. Ультразвуковой датчик может преобразовывать электрическую энергию в акустические волны и наоборот. Сигнал акустической волны - это ультразвуковая волна, распространяющаяся с частотой выше 18 кГц. Известный ультразвуковой датчик HC SR04 генерирует ультразвуковые волны с частотой 40 кГц.

Обычно микроконтроллер используется для связи с ультразвуковым датчиком. Чтобы начать измерение расстояния, микроконтроллер отправляет сигнал запуска на ультразвуковой датчик. Рабочий цикл этого триггерного сигнала составляет 10 мкс для ультразвукового датчика HC-SR04. При срабатывании ультразвуковой датчик генерирует восемь акустических (ультразвуковых) волн и запускает счетчик времени. Как только будет получен отраженный (эхо) сигнал, таймер останавливается. Выходной сигнал ультразвукового датчика представляет собой мощный импульс той же длительности, что и разница во времени между переданными ультразвуковыми импульсами и принятым эхо-сигналом.

Рисунок 2: Представление триггерного сигнала, акустических всплесков, отраженного сигнала и выхода эхо-вывода. (Источник: Руководство пользователя HC-SR04)

Микроконтроллер интерпретирует сигнал времени на расстояние, используя следующие функции:

Теоретически расстояние можно рассчитать с помощью формулы измерения TRD (время / скорость / расстояние). Поскольку вычисленное расстояние - это расстояние, пройденное от ультразвукового преобразователя до объекта и обратно до преобразователя, это двустороннее путешествие. Разделив это расстояние на 2, вы можете определить фактическое расстояние от преобразователя до объекта. Ультразвуковые волны распространяются со скоростью звука (343 м / с при 20 ° C). Расстояние между объектом и датчиком составляет половину расстояния, пройденного звуковой волной. [Iv] Следующее уравнение рассчитывает расстояние до объекта, помещенного перед ультразвуковым датчиком:

Приложения

Ультразвуковые датчики используются во многих областях техники.«Бесконтактное» измерение расстояния очень полезно в автоматизации, робототехнике и приборостроении. Ниже мы исследуем области применения ультразвуковых датчиков:

Ультразвуковые анемометры

Рис. 3. Ультразвуковой анемометр 2D обнаруживает горизонтальную составляющую скорости и направления ветра (Источник: Biral).

Метеостанции обычно используют анемометры, поскольку они эффективно определяют скорость и направление ветра. 2D-анемометры могут измерять только горизонтальную составляющую скорости и направления ветра, тогда как 3D-анемометры могут измерять также вертикальную составляющую ветра.

Помимо измерения скорости и направления ветра, ультразвуковые анемометры также могут измерять температуру, потому что скорость ультразвуковых звуковых волн зависит от изменений температуры, при этом сохраняя независимость от изменений давления. Температура рассчитывается путем измерения изменений скорости ультразвукового звука.

Ультразвуковой анемометр более долговечен по сравнению с чашечным анемометром и крыльчатым анемометром, поскольку у него нет движущихся частей и он работает с использованием ультразвуковых звуковых волн.[vi]

Рис. 4. Ультразвуковой анемометр 3D измеряет как горизонтальные, так и вертикальные компоненты скорости и направления ветра. (Источник: Biral)

Мареограф

Датчик уровня моря используется для контроля уровня моря. Он также обнаруживает приливы, штормовые нагоны, цунами, волны и другие прибрежные процессы. [vii] Приливомер может использовать ультразвуковой датчик для определения уровня воды в реальном времени. Датчик часто связан с онлайн-базой данных, в которой ведется запись, и в случае рискованной ситуации система может вызвать тревогу.

Уровень в резервуаре

Измерение уровня жидкости в резервуаре аналогично манометру. Однако в этом случае текучая среда может быть чистой водой, коррозионно-активным химическим веществом или легковоспламеняющейся жидкостью. В отличие от оптических датчиков и поплавковых выключателей, ультразвуковые датчики менее подвержены коррозии, поскольку они не контактируют с жидкостью.

Функционален при солнечном свете

Солнечный свет на поверхности Земли на 52–55% состоит из инфракрасного света. [Ix] Если инфракрасный датчик обнаруживает объект с помощью инфракрасного света, процесс нарушается из-за интерференции инфракрасного света, присутствующего в солнечном свете.Однако на ультразвуковые датчики не влияет инфракрасный спектр солнечного света.

Веб-направляющие

Системы управления полотном позиционируют плоские материалы (например, газету, пластиковую пленку) и широко используют ультразвуковые датчики. По словам Максесса, «в 1939 году Ирвин Файф изобрел первое веб-руководство в своем гараже в Оклахома-Сити, штат Оклахома, решив задачу владельца газеты по поддержанию выравнивания бумаги в его высокоскоростной газетной машине». [X] Система веб-ориентиров использует бесконтактный датчик для обнаружения и отслеживания объектов на нескольких этапах.Цель состоит в том, чтобы обеспечить правильное расположение материала. Если материал движется не по центру, система механически помещает его обратно на рабочий тракт машины. Ультразвуковые датчики подходят для систем управления полотном, поскольку этот процесс требует бесконтактной, высокоскоростной и эффективной работы.

БПЛА навигационный

Рисунок 5: Ультразвуковой датчик, измеряющий высоту во время полета дрона. (Источник: RadioLink)

Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) или дроны обычно используют ультразвуковые датчики для наблюдения за любыми объектами на пути и удалении от земли.

Автономная функция определения безопасных расстояний позволяет самолету избегать столкновений. А поскольку траектория полета изменяется мгновенно, ультразвуковое определение расстояний может предотвратить падение дрона.

Рис. 6. Ультразвуковой датчик, измеряющий расстояние от объекта во время полета дрона. (Источник: RadioLink)

Ограничения ультразвуковых датчиков

Ультразвуковые датчики, такие как HC-SR04, могут эффективно измерять расстояния до 400 см с небольшим допуском в 3 мм.[xiii] Однако, если целевой объект расположен так, что ультразвуковой сигнал отклоняется, а не отражается обратно в ультразвуковой датчик, вычисленное расстояние может быть неверным. В некоторых случаях целевой объект настолько мал, что отраженный ультразвуковой сигнал недостаточен для обнаружения, и расстояние не может быть правильно измерено.

Кроме того, такие предметы, как ткань и ковер, могут поглощать звуковые сигналы. Если сигнал поглощается концом целевого объекта, он не может отражаться обратно на датчик, и, следовательно, расстояние не может быть измерено.

Рисунок 7: Изображение отклонения ультразвукового сигнала из-за положения целевого объекта, что приводит к ошибке. (Источник: Macduino)

Высокая чувствительность ультразвуковых датчиков делает их эффективными, но эта чувствительность также может вызывать проблемы. Ультразвуковые датчики могут обнаруживать ложные сигналы, исходящие от радиоволн, нарушенных системой кондиционирования воздуха, и импульсы, исходящие, например, от потолочного вентилятора.

Ультразвуковые датчики могут обнаруживать объекты, находящиеся в пределах их диапазона, но не могут различать разные формы и размеры.Однако это ограничение можно преодолеть, если использовать два датчика вместо одного. Оба датчика можно установить на некотором расстоянии друг от друга, либо они могут быть рядом. Наблюдая за перекрывающейся заштрихованной областью, можно лучше понять форму и размер целевого объекта.

Рисунок 8: Изображение перекрывающейся области при размещении двух ультразвуковых датчиков на расстоянии или рядом друг с другом. (Источник: msu.edu)

Артикул:

https: // www.mouser.com/ds/2/813/HCSR04-1022824.pdf[ii] https://www.mpja.com/download/hc-sr04_ultrasonic_module_user_guidejohn.pdf
https://www.mpja.com/download/hc- sr04_ultrasonic_module_user_guidejohn.pdf
https://www.teachengineering.org/activities/view/nyu_soundwaves_activity1
https://www.arrow.com/en/research-and-events/articles/ultrasonic-sensors-how-they- и как использовать их с arduino
https://en.wikipedia.org/wiki/Anemometer

Ультразвуковые датчики ToughSonic® помогают предупреждать о цунами


Принципы термической экологии: температура, энергия и жизнь; Кларк, Эндрю.2017
http://www.maxcessintl.com/fife
https://en.wikipedia.org/wiki/Web-guiding_systems
https://www.maxbotix.com/uav-ultrasonic-sensors.htm
https: //www.mouser.com/ds/2/813/HCSR04-1022824.pdf
http://cmra.rec.ri.cmu.edu/content/electronics/boe/ultrasonic_sensor/1.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *