Датчики, применяемые для сбора информации в автосигнализации

 

Рассмотрим наиболее часто встречающиеся типы датчиков, применяемые в автомобильных охранных системах.

Датчик удара (шок-сенсор). Присутствует практически в любой автосигнализации. Реагирует на ударное воздействие на автомобиль; имеет (почти всегда) регулировку чувствительности; в некоторых моделях может формировать разные сигналы при разных уровнях воздействия (режим предупреждения). Принцип действия может быть различным: пьезоэлектрический, электромагнитный, даже лазерный. При правильной установке и настройке хорошо работает любой.

Звуковой (акустический) датчик. Реагирует на такие воздействия, как звон разбитого стекла и другие высокочастотные звуки. Считаем важным отметить, что отечественный автомобиль проще вскрыть отмычкой, чем рисковать привлечь внимание, разбивая стекло.

Датчик качания. Реагирует на качок и попытки откатить машину. Позволим себе заметить, что нам не известен ни один такой датчик, который работал бы устойчиво.

Датчик изменения напряжения. Срабатывает при изменении напряжения бортсети автомобиля (при отключении аккумулятора или включении какого-либо потребителя электроэнергии, например, лампы освещения салона).

Ультразвуковой датчик. Реагирует на изменение объема салона автомобиля. Этим датчиком оснащаются большинство итальянских систем. Недостаток: ложные срабатывания от движения потоков воздуха при остывании двигателя зимой или нагревании салона на солнце летом.

Микроволновый датчик (радар). Реагирует на реальное движение как внутри салона, так и около машины (в зависимости от выставленной чувствительности). Удобно применять его для предупреждения о приближении к охраняемой машине (для систем, которые поддерживают данный режим). На наш взгляд, лучший бесконтактный датчик. Особенно эффектен при работе с пейджером.

Емкостной датчик. Реагирует на изменении емкости, главным образом, при приближении к машине. Недостаток: ложные срабатывания при изменении влажности (например, во время дождя, при таянии снега и т.д.).

Инфракрасный датчик. Срабатывает при появлении в охраняемом объеме источника тепла - руки, головы. Очень удобен при использовании в системах охраны большеобъемных автомобилей с мягким тентом, поскольку в таких условиях ни один из вышеупомянутых датчиков не работает устойчиво.

Во-первых, эффективнее работают двухуровневые датчики, включаемые на сработку и на предупреждение; во-вторых, очень удобно, когда есть возможность отключать при помощи брелка один или несколько датчиков (исключить ложные срабатывания около трамвайных путей, на автостоянках и т.д.)

 

Расчет датчиков

Датчик давления

Датчик давления реализован на емкостного датчика (конденсатора), одна обкладка (пластина) которого неподвижна, а другая перемещается под воздействием внешней силы.

Необходимо:

− рассчитать предельные значения емкости датчика давления и построить график зависимости емкости от расстояния между обкладками (пластинами) (считать, что ε = 100);

− построить график зависимости сопротивления датчика давления от частоты электрического сигнала для средней емкости;

− выбрать оптимальную рабочую частоту (f_опт) датчика;

− рассчитать и построить график падения действующего напряжения на датчике, который включен в электрическую измерительную цепь во всем диапазоне изменения емкости датчика. Измерительная цепь питается от генератора синусоидального сигнала.

Исходные данные:

− площадь обкладок пластин, м²;

− расстояние между обкладками конденсатора, м, м;

− напряжение, В;

− характеристика среды, ;

− диэлектрическая постоянная, ;

Предельные значения емкости определяем по формулам 1 и 2.

, (1)

; (2)

Ф,

Ф.

На рисунке 5 представлен график зависимости емкости от расстояния между обкладками конденсатора

 

Рисунок 5 − График зависимости емкости от расстояния между обкладками конденсатора

 

Среднее расстояние между обкладками конденсатора определяем по формуле 3.

 

, (3)

 

м.

Среднюю ёмкость определяем по формуле 4.

 

, (4)

 

Ф.

Сопротивление конденсатора рассчитывается по формуле 5.

 

. (5)

 

где f − частота электрического сигнала, Гц.

На рисунке 6 представлен график зависимости сопротивления конденсатора от частоты электрического сигнала .

 

Рисунок 6 − График зависимости сопротивления конденсатора от частоты электрического сигнала

 

Выбор оптимальной частоты f_опт сводится к нахождению касательной к графику, представленному на рисунке 9, которая имеет наклон 45°.

Итак, из графика Гц при Ом.

Схема включения в цепь датчика давления представлена на рисунке 7.

Рисунок 7 − Схема включения в цепь датчика давления

 

Генератор сигналов работает на оптимальной частоте. Сигнал от него имеет форму . Сопротивление R выбирается из условия R = r_с, где r_срассчитывается дляd_ср на f_опт.

Действующее значение напряжения для синусоидального сигнала не зависит от частоты и рассчитывается по формуле 6.

 

, (6)

 

В.

Напряжение в датчике определяем по формуле 7.

 

. (7)

 

В зависимости от расстояния между обкладками конденсатора формула 7 примет вид , где соответственно .

График падения действующего напряжения на датчике в пределах d [d_мин; d_мах] представлен на рисунке 8.

Рисунок 8 − График падения действующего напряжения на датчике

Датчик тока

Датчик тока выполнен в виде тороидальной измерительной катушки индуктивности, которая охватывает проводник с током. Эквивалентная схема измерительной цепи приведена на рисунке 9.

Необходимо:

− рассчитать и построить график коэффициента передачи датчика по току в зависимости от частоты сигнала, протекающего в проводе (для минимального

 

Рисунок 9 − Эквивалентная схема измерительной цепи

 

− построить график зависимости коэффициента трансформации датчика тока, от предельных значений радиуса провода.

Исходные данные:

− сопротивление нагрузки датчика, Z_н = 50 Ом;

− число витков катушки, ;

− коэффициент связи, g = 0,4;

− средний диаметр тора, м;

− диаметр среднего витка, м;

− радиус уединенного прямолинейного провода круглого сечения, м;

− постоянная составляющая, .

Индуктивность тороидальной катушки кругового сечения, представленной на рисунке 10 определяется по формуле 8.

 

Рисунок 10 − Тороидальная катушка кругового сечения.

 

, (8)

 

Гн.

Индуктивность уединенного прямолинейного провода круглого сечения определяем по формуле 9.

 

, (9)

 

Гн.

Коэффициент передачи датчика по току определяется по формуле 10.

 

, (10)

 

где − сила тока, протекающего по проводу, который охватывает измерительная катушка, А;

− сила трансформированного тока, протекающего в цепи датчика, А;

 

,

 

.

График изменения коэффициент передачи датчика по току в зависимости от частоты представлен на рисунке 11.

Коэффициент трансформации датчика тока определяем по формуле 11.

 

, (11)

 

.

 

Рисунок 11 − График изменения коэффициент передачи датчика по току в зависимости от частоты.

 

Зависимости коэффициента трансформации датчика тока, от предельных значений радиуса провода примет вид , где .

График зависимости коэффициента трансформации датчика тока, от предельных значений радиуса провода представлен на рисунке 12.

 

Рисунок 12 − График зависимости коэффициента трансформации датчика тока, от предельных значений радиуса провода.

Датчик Холла

Необходимо:

− определить максимальное выходное напряжение с датчика, если вектор магнитного поля ориентирован к вектору силы тока под углом φ. А изменение вектора индукции описывается по закону

 

, .

 

− построить график временной зависимости изменения выходного напряжения с датчика. Построить график зависимости падения напряжения на сопротивлении нагрузки.

Исходные данные:

− толщина кристалла, м;

− коэффициент Холла, Ом;

− сопротивление нагрузки, Ом;

− емкость конденсатора, Ф;

− магнитная индукция, Тл, Тл;

− сила тока, А;

− частоты, Гц, Гц, Гц;

− угол φ = 11°.

Для выходного напряжения с учётом угла φ и заданных законов, описывающих изменение вектора магнитной индукции, имеем зависимость

 

.

 

График зависимости выходного напряжения датчика от времени представлен на рисунке 13.

Максимальное выходное напряжение из графика (рисунок 16) В.

Определяем сопротивление конденсатора по формуле 12.

автосигнализация схема датчик

, (12)

 

Рисунок 13 − График зависимости выходного напряжения датчика от времени.

 

Ом.

Ток в цепи резистора в зависимости от времени определяется как

 

.

 

Падение напряжения на резисторе представляется зависимостью

 

.

 

График падения напряжения на сопротивлении нагрузки представлен на рисунке 14.

 

Рисунок 14 − График падения напряжения на сопротивлении нагрузки.