Датчики бортового моніторингу

Джерелом інформації для моніторингу в усіх системах є датчики, інформація з яких надходить на спеціалізовану ЕОМ для обробки із подальшою передачею водієві, оператору дорожнього руху, диспетчерові автотранспортного підприємства тощо. На підставі отриманої інформації працюють автоматичні системи керування окремими вузлами автомобіля, глобального позиціювання, автоматизовані системи диспетчерування.

Датчики, що використовуються на транспорті, базуються на відомих принципах, що впроваджені у засобах автоматизації різного рівня, проте з урахуванням тих складних умов, у яких працюють транспортні датчики. До таких складних умов роботи автомобільних датчиків належать вібрація, забруднення, вологість, коливання електромагнітного поля та температури тощо. Тому при виборі принципу дії датчика для контролю того або іншого параметра враховують не лише вартість, але і надійність роботи у складних умовах, простоту установки, діагностики, ремонту. Переваги надаються безконтактним конструкціям, без механічних елементів, що швидко зношуються. Навіть якщо використовується контактний датчик, то із вакуумним захистом від корозії й т. д. Нижче наведені принципи дії датчиків, що найбільш поширені в автомобільній техніці (табл. S.1). Вимірювані параметри розставлені за ступенем поширення їх контролю на автомобілі. За кожним параметром наведено декілька видів датчиків з різними принципами дії за їх розповсюдженням і використанням.

Таблиця 5.1 – Принципи дії транспортних датчиків

Як уже зазначалося, дані в інформаційних системах передаються у вигляді сигналів. У загальному випадку за видом вихідного сигналу розрізняють аналогові (безперервні) та дискретні (переривчасті) сигнали [12]. На рис. 5. 1. а зображений умовний вигляд аналогового сигналу, який присутній у будь-який момент часу t і може набувати будь-якого кількісного значення А у допустимому діапазоні його зміни. Вихідний сигнал може бути пропорційний вимірюваній величині за рівнем електричного сигналу певного типу (струм, опір, напруга), за частотою або періодичністю, за довжиною сигнального імпульсу.

Рисунок 5.1 – Умовний вигляд вихідних сигналі датчиків

На рис. 5. 1. б зображений умовний вид дискретного сигналу – сигнал, дискретний за рівнем та аналоговий за часом, який присутній у будь-який момент часу, але може кількісно набувати тільки точно певних значень. На рис. 5. 1. в – сигнал, аналоговий по величині, але присутній тільки у точно певні моменти часу. Відповідно дискретний сигнал може бути дворівневий (двійковий), багаторівневий з рівномірним або нерівномірним градуюванням, цифровий. Якщо певному кількісному значенню сигналу ставиться у відповідність деякий чисельний еквівалент, виражений у цифровій, як правило, двійковій системі числення, то цей еквівалент, існуючий у вигляді фізичного сигналу, називається цифровим сигналом.

Сигнали характеризуються такими параметрами, як:

• – тривалістю – інтервалом часу, у межах якого сигнал існує;
• – динамічним діапазоном – відношенням найбільшої миттєвої потужності сигналу до тієї номінальної потужності, яку необхідно відрізняти від нуля при заданій якості передачі;
• – шириною спектра – діапазоном частот, у якому зосереджена основна енергія сигналу.

Вид оброблюваних сигналів визначає схемотехніку пристроїв і систем, які також поділяються на цифрові й аналогові. У першому випадку необхідно враховувати тип лінії зв'язку, швидкість передачі даних, розрядність повідомлень, відстань між пристроями та ін. При обробці аналогових сигналів слід ураховувати їх мінімальне і максимальне значення, швидкість зміни.

Перетворення сигналів з аналогової форми на цифрову і назад здійснюється спеціалізованими пристроями, які відповідно називають аналого- цифровими та цифро-аналоговими перетворювачами.

Обмеження числа каналів зв'язку для конкретної лінії зв'язку визначається її фізичною взаємодією з вибраним типом сигналу. Можливий такий поділ сигналів: часові, частотні, кодові, амплітудні. При часовому поділі для передачі кожного сигналу або повідомлення надається фіксований інтервал часу. Частотний поділ ґрунтується на виділенні для кожного сигналу або повідомлення власної несучої частоти, а приймач повинен мати можливість селекції кожної несучої частоти. Поділ за амплітудою здійснюється зміною амплітуди характерного параметра (струм, напруга та ін.) при переході до наступного сигналу або повідомлення. Кодове розділення полягає у доповненні переданої кодової комбінації кількома розрядами, що містять адресу одержувача даного повідомлення.

Частина датчиків безпосередньо перетворюють контрольований параметр на електричний сигнал, і такі датчики належать до генераторних датчиків прямої дії, наприклад, температура генерує у термопарі електричний струм, величина напруги якого пропорційна величині перепаду температур кінців термопари. Інші датчики змінюють свої електричні параметри (ємність, опір, магнітне поле) під дією контрольованого параметра і належать до параметричних, а за своєю електричною характеристикою поділяються на резистивні, ємнісні, індуктивні тощо. У багатьох випадках для отримання електричного сигналу потрібне багаторазове перетворення фізичного параметра. Наприклад, розрідження у впускній системі двигуна прогинає мембрану датчика (механічна дія), а наклеєний на мембрану тензорезистор змінює свій опір під дією деформації мембрани, що і є зміною електричного параметра залежно від розрідження (тиску). Такі датчики належать до класу складених (оскільки відбувається декілька перетворень), а за способом перетворення електричного сигналу датчик належить до резистивних параметричних аналогових. Поширеним типом складених датчиків, що використовують на автотранспорті, є ультразвукові, що складаються з випромінювача ультразвукової частоти та приймача. Для роботи у сучасних мікропроцесорних системах важливу роль відіграє характер вихідного сигналу, з чим пов'язане його наступне перетворення для числової обробки.