Болл С.Р. Аналоговые интерфейсы микроконтроллеров (2007) (1264220), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Но следует заметить, что некоторые датчики дают на выходе напряжение, пропорциональ- 112 ° Глава 3. Датчики ное напряжению питания. Для большей точности датчик должен быть подключен к стабилизированному источнику с низким уровнем собственных шумов.
Типичный аналоговый датчик Холла имеет на выходе напряжение, равное половине напряжения питания при отсутствии магнитного поля. Если к датчику приближать северный полюс (М) магнита, напряжение на выходе будет уменьшаться, а если южный полюс (Ь) — то увеличиваться. Цифровые датчики Холла формируют на выходе логический уровень, индицируя присутствие магнитного поля. Они переводят свой выход в активное состояние, когда регистрируется заданная величина магнитного потока — точка включения (г)зе орегаге ро1пз), или в неактивное состояние, если магнитное поле падает ниже определенного уровня — точка выключения (ге!еазе ро1пг).
Датчики Холла характеризуются некоторым гистерезисом в диапазоне между точками включения и выключения. Выпускаются цифровые датчики униполярные и биполярные (защелки). Ьиполярные датчики имеют положительную точку включения (в области южного магнитного полюса) и отрицательную точку выключения (в области северного магнитного полюса). Униполярные ключи имеют положительные точки включения и выключения, при этом выключение происходит при меньшем значении индукции. Точки включения и выключения изменяются в зависимости от температуры. ИС и биполярных, и униполярных ключей обычно имеют выход с открытым коллектором. Для включения нескольких схем с открытым коллектором по схеме «Монтажного ИЛИ» требуется общий нагрузочный резистор. Датчики Холла обычно поставляются в 3-выводном корпусе, подобном ТО-92, или с выводами для поверхностного монтажа.
Назначение выводов — питание, обший вывод (земля) и выходной сигнал. Типичное напряжение питания датчиков находится в диапазоне 5...10 В, хотя встречаются датчики с напряжением питания до 30 В. При использовании датчиков Холла необходимо принимать во внимание блуждаюшие магнитные поля. При регистрации движения магнита на оси двигателя, например, следует удостовериться, что магнит не настолько намагничивает ось, чтобы исказить показания датчика. Помните, что магнитное поле спадает примерно обратно пропорционально квадрату расстояния (примерно потому, что размер и форма магнита, так же, как и окружающих намагниченных предметов, влияют на результат).
В любом случае, значение напряжения на выходе датчика Холла будет линейным по отношению к величине магнитного потока, но не будет линейным по отношению к расстоянию. 3.4. Пат чик и магнитного поля ° 113 Цифровой датчик Хавла контроля зубцов шестерни содержит магнит и датчик Холла в одном корпусе. Этот датчик предназначен для измерения скорости вращения шестерни посредством размещения датчика вблизи ее зубцов (Рис. 3.25).
Как только зуб шестерни проходит вдоль устройства, он усиливает магнитное поле между встроенными магнитом и датчиком Холла, в результате чего на выходе блока формируется импульс. выхад Рис. 3.25. Цифровой датчик Холла контроля зубцов шестерни Аналогавыи датчик Холла контроля угла поворота оси представляет собой потенциометр, основанный на эффекте Холла. Это устройство формирует выходное напряжение, пропорциональное повороту оси. Оно идеально подходит для разработок, где требуется ручка управления, но не устраивает недостаточная надежность обычных потенциометров.
3.4.2. Линейные дифференциальные трансформаторы Пинейный дифференциальный трансформатор (1!пеаг Уапаые О!(Тегепт!а! Тгапв(оппетв, 1МгТ) состоит из возбуждающей катушки, двух приемных катушек и подвижного магнитного сердечника (Рис.3.26). Сердечник обеспечивает магнитную связь между катушками. Две приемные катушки соединены последовательно, но так, что создаваемые ими магнитные поля были направлены навстречу друг другу. Когда к катушке возбуждения прикладывается переменное напряжение, в других катушках возникает ЭДС. Если сердечник находится точно в центре системы, в обеих катушках возникают равные, но противоположные по знаку ЭДС, и выходное напряжение остается равным нулю. Если сердечник сместится в какую-либо сторону, то одна из катушек для съема сигнала будет иметь большую связь с катушкой возбуждения и сформирует большее напряжение.
114 ° Глава 2. Яагичики Подвижный сердечнее Рис. 3.26. Линейный дифференциальный трансформатор 3.4.3. Датчики с переменным магнитным сопротивлением Датчик с переменным магнитным сопротивлением (ЪвпаЫе Ке1псгапсе Яепзогз, ЧКБ) или маги иторезистор (далее лля краткости будем называть его мавлиторвзисглорам или рй$-датчиком, подразумевая его русский перевод) состоит из катушки и магнита (Рис. 3.27а).
Принцип действия магниторезистора основан на зависимости его сопротивления от индукции магнитного поля. Когда зуб шестерни, находящейся на врагцающейся оси, проходит вблизи данного бесконтактного датчика-магниторезистора, поле магнита изменяется, возбуждая в катушке сигнал, что позволяет измерить скорость вращения оси.
С помощью магниторезистора можно измерить скорость вращения оси без подачи надатчикдополнительного питания. Ктомуже, не требуется никаких дополнительных полупроводниковых приборов, что позволяет применять магниторезистор в местах, где температура слишком высока для датчиков Холла, например, в двигателе автомобиля. В некоторых системах для измерений используется непосредственно зуб рабочей шестерни, и программное обеспечение микропроцессорной системы должно определить относительное положение оси. В других приложениях, используется дополнительное колесо, всего с одним зубом, надетое на ту же ось для определения начального положения оси. Выходной сигнал магниторезистора обычно усиливается и поступает на компаратор илн А11П, причем выход одного из них соединен с микро- 3 4.
Дагпчики магнигпного поля ° 115 Форма выходного сигнала Магнит Выход (2 провода) Усилитель Ко входам компаратора или АЦП ог й делитель, стабилитрон или другои источникопорного напряжениядпясмещенияпотенциала УЯЗ-датчика выше уровня земли Рис. З.й7. Магииторезистор процессором. Амплитуда выходного сигнала магниторезистора увеличивается, если увеличивается скорость вращения оси. В системах с большим разбросом скоростей может понадобиться ограничить напряжение на входе усилителя с помощью стабилитрона или диодов, подключенных последовательно с шиной питания.
На выходе магниторезистора формируется биполярный сигнал, с отрицательной компонентой. В однополярных системах сигнал, поступающий от магниторезистора на вход усилителя, должен быль смещен к уровню, составляющему половину напряжения питания (Рис. 327б). Следует отметить, что узел смещения магниторезистора должен обладать низким выходным сопротивлением на всех частотах работы, чтобы не уменьшить общий коэффициент усиления системы. Это значит, что понадобится слишком большая емкость при низкой скорости вращения оси или нужно будет использовать резистивный делитель. 116 ° Глава 3.
Датчики 3.5. Полупроводниковыетензодатчики движения/ускорения Иногда необходимо измерить ускорение, либо наклон объекта, либо еще какую-либо составляющую движения. Зто бывает необходимо, например, для определения условий раскрытия подушки безопасности в автомобиле.
Или при определении допустимой величины вибрации несбалансированной нагрузки двигателя. В таких случаях используют тензодатчики, работа которых основана на тензоэффекте (от лат. Гепзо— растягиваю), когда под действием прикладываемой силы изменяется сопротивление материала датчика. С помощью тензодатчиков можно измерять вес, ускорение, деформацию, давление, силу. В полупроводниковых тензодатчиках двихсения/ускорения используются микромеханическая подвижная балка и два фиксированных контакта; для определения этой силы измеряется емкость между балкой и контактами (Рнс. 3.28).
Балка снабжена пружинкой, удерживающей ее в центре между контактами при отсутствии внешнего ускорения. На неподвижные контакты подаются сигналы от одного генератора, отличающиеся на 180' по фазе. Результирующее напряжение на балке, на которую в этом случае не действует сила, равно нулю.
Когда на балку воздействует внешняя сила, балка приближается к одному нз контактов. Это приводит к увеличению емкости между балкой и одним из контактов и, соответственно, к уменьшению емкости между балкой и другим из контактов. В результате, амплитуда сигнала с приближающегося к балке контакта становится больше, чем с удаляющегося. Выходное напряжение можно представить как функцию отклонения балки от исходного положения. Типичной ИС полупроводникового тензодатчика ускорения является АОХА202 фирмы Апа!о8 бег(сед ИС АТ)ХБ202 представляет собой 2-координатный датчик ускорения, формирующий на выходе цифровой код, а не аналоговый сигнал, что более удобно при построении микропроцессорных систем.
На выходе ИС АОХЕ202 чередуются сигналы с большим и малым периодом повторения. Рабочий цшсл выходною сигнала соответствует измеряемому ускорению. При ускорении 08 рабочий цикл составляет примерно 50%. ИС АОХ(.202 измеряет величины ускорений от — 28 до 28, и рабочий цикл выходного сигнала варьируется при этом в отношении 12% на один 8. Например, рабочий цикл ускорения — 28 составит 26%, ускорения 28 — 74%. Частота выходного сигнала устанавливается с помощью внешних резисторов. Наклон может быть измерен с помощью датчика ускорения, как показано на Рнс. 3.29.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
