Как устроен датчик движения. Как правильно выбрать датчик движения – принцип работы устройства. Как работает индуктивный датчик

Датчиков движения основана на анализе волн различных типов, поступающих из окружающей среды. В зависимости от типа используемой волны датчики движения бывают инфракрасными, радиоволновыми, ультразвуковыми и комбинированными.

Принцип работы инфракрасного датчика движения основан на определении температуры объекта, которая отличается от температуры окружающей среды. Инфракрасное или тепловое излучение фокусируется специальной оптической системой — линзой Френеля — и направляется на чувствительный полупроводниковый элемент — пироэлектрик. Это вызывает изменение электрического потенциала пироэлектрика, которое обрабатывается по специальному алгоритму и приводит к включению сигнала тревоги. Чтобы датчик не реагировал на нагретые, но неподвижные объекты, линзы разбивают зону чувствительности датчика на несколько отдельных лучей. Датчик сработает в том случае, если объект последовательно пересечёт несколько лучей. При этом перемещение с очень малой скоростью может не зафиксироваться системой.

Принцип работы ультразвукового датчика движения основан на звуковой локации. Основу такого датчика составляет звуковой генератор, вырабатывающий колебания с частотой 25-40 кГц. Они не слышны человеческим ухом, но, как и любые звуковые волны, отражаются от препятствий и возвращаются обратно к источнику. Датчик движения имеет излучатель колебаний и микрофон, который воспринимает отражённый сигнал. В соответствии с эффектом Доплера любое тело, пересекающее поток излучения, изменяет интерференционную картину. Поэтому частота отражённого сигнала будет отличаться от излучаемой частоты. В качестве излучателя и приёмника используются элементы из пьезокерамики.

Радиоволновой датчик движения работает по тому же принципу, что и ультразвуковой, только вместо звуковой частоты микрочип генерирует СВЧ-излучение с частотой 2,5 ГГц. Если в зоне распространения волны появляется движущийся объект, то изменяются длина и частота волны, что сразу определяется приемником. Радиоволны способны проходить через неметаллические преграды, например через стены и деревянную мебель, кроме того, они достаточно дорогие. Потому их обычно используют для наблюдения за большими коммерческими площадями, например за складскими помещениями.

Чтобы избежать ложных срабатываний, применяются комбинированные датчики. Обычно в одно устройство объединяются инфракрасный и радиоволновой датчики. Эта схема отличается высокой помехоустойчивостью, надёжностью и отсутствием ложных срабатываний.

Инфракрасный датчик движения - это электронное устройство, способное реагировать на изменение интенсивности фонового теплового излучения в зоне его действия. Тепловым излучением обладают абсолютно любые объекты, а не только человек.

Если объект достаточного размера перемещается с достаточной скоростью, пересекая рабочую зону такого датчика, то происходит срабатывание, и датчик подает сигнал на электронную схему управления для выполнения того или иного действия тем или иным устройством. Таким устройством может быть как выключатель или регулятор освещенности помещения, так и , либо что-нибудь еще.

Очевидно, что такой инфракрасный датчик может быть применен для различных целей автоматизации, как в домашних условиях, так и на производственных и прочих предприятиях и объектах. Принципиально нет ограничений на области применения инфракрасных датчиков.

В основе конструкции инфракрасного датчика - пироприемники, служащие для распознавания инфракрасного излучения, и мультилинза, состоящая из множества мелких линз. Мультилинза внешне похожа на матовый цилиндр с мелким узором, нанесенным на его поверхность. Пироприемники расположены внутри корпуса датчика за мультилинзой.

Каждая маленькая линза (каждый сегмент мультилинзы) фокусирует инфракрасный свет на один из этих приемных элементов, благодаря чему создается конфигурация сфокусированных лучей, затем, когда объект (источник инфракрасного излучения) перемещается, инфракрасный свет падает уже на другую микролинзу, фокусируясь на другом пироприемнике.

Получается, что на пироприемник то подается сфокусированный инфракрасный свет, то - исчезает. Так обеспечивается условие для срабатывания электронной схемы датчика, подается электрический сигнал на блок обработки, и выполняется то или иное действие тем или иным устройством.

Ясно, что чем больше сегментов содержит мультилинза, тем чувствительней будет работать датчик, поскольку каждая микролинза работает со своим сегментом, охватывая собственную часть объема рабочего пространства, и при перемещении объекта внутри этого сегмента срабатывания не произойдет.

В конструкции инфракрасного датчика зачастую применяются сдвоенные или даже счетверенные пироэлементы, это делается для более точного срабатывания устройства, исключая незначительные световые помехи, вызываемые сменой температуры фона. Счетверенные пироэлементы (два сдвоенных), применяемые в самых последних моделях инфракрасных датчиков, полностью исключают ложные срабатывания.

При установке инфракрасного датчика движения следует соблюсти некоторые важные условия. Во-первых, на датчик не должен падать прямой свет от лампы, он будет мешать правильной работе. Во-вторых, в зоне действия датчика не должно быть никаких посторонних предметов, как то: подвесные светильники, люстры, колонны, высокие элементы мебели, и другие объекты, ограничивающие обзор датчика.

Стеклянные перегородки в зоне действия датчика также будут мешать, поскольку инфракрасный свет не проходит через стекло. Если мешающий предмет все же попадет в зону действия датчика, то это чревато возникновением так называемой «мертвой зоны», в которой перемещение фиксироваться не сможет просто в силу того, что инфракрасный свет не попадет на линзу датчика.

Главной характеристикой инфракрасного датчика движения является радиус обнаружения идущего человека. Радиус перемещения должен обязательно дотягиваться до углов помещения, а в случае, если этого не выходит, в помещении придется установить два или три таких датчика.

Каждый датчик обладает собственной круговой диаграммой обнаружения, и если одной такой диаграммы не достаточно для перекрытия всего пространства, например комнаты, придется установить несколько датчиков, чтобы их диаграммы обнаружения перехлестывались между собой, это обеспечит качество монтируемой системы автоматизации в целом.

Инфракрасные датчики движения бывают разными. Самые обычные модели реагируют на перемещение, но есть и более функциональные модели, расширяющие возможности для автоматизации.

Например, есть модели, могущие вести мониторинг освещенности, если движущийся человек присутствует в рабочей зоне. Когда света из окон достаточно, такой датчик может , и включить его, когда начнет темнеть.

В таких датчиках есть возможность настройки такой чувствительности именно к свету. Особенно актуально это для подъездов домов, когда важно оптимизировать энергопотребление, включая свет только в темное время суток, или только тогда, когда по подъезду идет человек. Материальные расходы, благодаря такой автоматизированной системе могут быть существенно снижены.

Если Вы сам деятель науки или просто любознательный человек, и Вы частенько смотрите или читаете последние новости в сфере науки или техники. Именно для Вас мы создали такой раздел, где освещаются последние новости мира в сфере новых научных открытий, достижений, а также в сфере техники. Только самые свежие события и только проверенные источники.

В наше прогрессивное время наука двигается быстрыми темпами, так что не всегда можно уследить за ними. Какие-то старые догмы рушатся, какие-то выдвигаются новые. Человечество не стоит на месте и не должно стоять, а двигателем человечества, являются ученые, научные деятели. И в любой момент может произойти открытие, которое способно не просто поразить умы всего населения земного шара, но и в корне поменять нашу жизнь.

Особая роль в науке выделяется медицине, так как человек, к сожалению не бессмертен, хрупок и очень уязвим к всякого рода заболеваниям. Многим известно, что в средние века люди в среднем жили лет 30, а сейчас 60-80 лет. То есть, как минимум вдвое увеличилась продолжительность жизни. На это повлияло, конечно, совокупность факторов, однако большую роль привнесла именно медицина. И, наверняка 60-80 лет для человека не предел средней жизни. Вполне возможно, что когда-нибудь люди перешагнут через отметку в 100 лет. Ученые со всего мира борются за это.

В сфере и других наук постоянно ведутся разработки. Каждый год ученые со всего мира делаю маленькие открытия, потихоньку продвигая человечество вперед и улучшая нашу жизнь. Исследуется не тронутые человеком места, в первую очередь, конечно на нашей родной планете. Однако и в космосе постоянно происходят работы.

Среди техники особенно рвется вперед робототехника. Ведется создание идеального разумного робота. Когда-то давно роботы – были элементом фантастики и не более. Но уже на данный момент некоторые корпорации имеют в штате сотрудников настоящих роботов, которые выполняют различные функции и помогают оптимизировать труд, экономить ресурсы и выполнять за человека опасные виды деятельности.

Ещё хочется особое внимание уделить электронным вычислительным машинам, которые ещё лет 50 назад занимали огромное количество места, были медленными и требовали для своего ухода целую команду сотрудников. А сейчас такая машина, практически, в каждом доме, её уже называют проще и короче – компьютер. Теперь они не только компактны, но и в разы быстрее своих предшественников, а разобраться в нем может уже каждый желающий. С появлением компьютера человечество открыло новую эру, которую многие называют «технологической» или «информационной».

Вспомнив о компьютере, не стоит забывать и о создании интернета. Это дало тоже огромный результат для человечества. Это неиссякаемый источник информации, который теперь доступен практически каждому человеку. Он связывает людей с разных континентов и молниеносно передает информацию, о таком лет 100 назад невозможно было даже мечтать.

В этом разделе, Вы, безусловно, найдете для себя что-то интересное, увлекательное и познавательное. Возможно, даже когда-нибудь Вы сможете одним из первых узнать об открытии, которое не просто изменит мир, а перевернет Ваше сознание.

Датчик Холла (датчик положения) представляет собой датчик магнитного поля. Работа устройства основана на эффекте Холла. Данный эффект основан на следующем принципе: если поместить определенный проводник с постоянным током в магнитное поле, то в таком проводнике возникает поперечная разность потенциалов (напряжение Холла). Другими словами, устройство служит для измерения напряжённости магнитного поля. Сегодня датчик Холла может быть как аналоговым, так и цифровым.

Сфера применения датчиков Холла очень широка. Устройство используется в таких схемах, где требуется бесконтактное измерение силы тока. Что касается автомобилей, датчик Холла служит для измерения угла положения или , а также нашел свое применение в системе зажигания, указывая на момент образования искры.

Читайте в этой статье

Как работает датчик Холла

Во время своих исследований в 1879 году физик Холл выявил такой эффект, что если в магнитном поле находится пластина, на которую подается напряжение (ток протекает через пластину), тогда электроны в указанной пластине начинают отклоняться. Такое отклонение происходит перпендикулярно по отношению к тому направлению, которое имеет магнитный поток.

Также направление этого отклонения происходит в зависимости от той полярности, которую имеет магнитное поле. Получается, электроны будут иметь разную плотность на разных сторонах пластины, создавая разные потенциалы. Обнаруженное явление получило название эффект Холла.

Другими словами, Холл поместил прямоугольную полупроводниковую пластину в магнитное поле и на узкие грани такого полупроводника подал ток. В результате на широких гранях появилось напряжение. Дальнейшее развитие технологий позволило создать на основе обнаруженного эффекта компактное устройство-датчик. Главным преимуществом датчиков подобного рода выступает то, что частота срабатывания устройства не смещает момент измерения. Выходной сигнал от такого устройства всегда устойчивый, без всплесков.

Простейший датчик состоит из:

постоянного магнита;
лопасти ротора;
магнитопроводов;
пластикового корпуса;
электронной микросхемы;
контактов;

Работа устройства построена на следующей схеме: через зазор осуществляется проход металлической лопасти ротора, что позволяет шунтировать магнитный поток. Результатом становится нулевой показатель индукции на микросхеме. Выходной сигнал по отношению к массе практически равняется показателю напряжения питания.

Датчик Холла в системе зажигания является аналоговым преобразователем, который непосредственно коммутирует питание.

Среди недостатков стоит выделить чувствительность устройства к электромагнитным помехам, которые могут возникнуть в цепи. Также наличие электронной схемы в устройстве датчика несколько снижает его надежность.

Аналоговые и цифровые решения

Датчики на основе эффекта Холла фиксируют разницу потенциалов. Аналоговое решение, рассмотренное выше, основано на преобразовании индукции поля в напряжение с учетом полярности и силы поля.

Принцип работы цифрового датчика состоит в фиксации присутствия или отсутствие поля. В случае достижения индукцией определенного показателя датчик отмечает наличие поля. Если индукция не соответствует необходимому показателю, тогда цифровой датчик показывает отсутствие поля. Чувствительность датчика определяется его способностью фиксировать поле при той или иной индукции.

Цифровой датчик Холла может быть биполярным и униполярным. В первом случае срабатывание и отключение устройства происходит посредством смены полярности. Во втором случае включение происходит при появлении поля, отключается датчик в результате того, что индукция снижается.

Самостоятельная проверка устройства

Активное использование данного устройства в автомобилях означает, что при появлении определенных неисправностей или сбоев в работе может возникнуть острая необходимость проверить датчик Холла своими руками.

Перед началом работ по отсоединению разъема кабеля, который подключен к устройству, следует обязательно выключать зажигание!

Игнорирование данного правила может вывести датчик Холла из строя. Необходимо добавить, что проверка устройства при помощи контрольной лампы также недопустима.

Одним из самых быстрых способов проверки является установка заведомо исправного подменного датчика на автомобиль. Если признаки неисправности после установки исчезают, тогда причина очевидна.
Вторым способом, который подойдет для проверки датчика в системе зажигания, является проверка наличия искры в момент включения зажигания. Дополнительно потребуется осуществить подсоединение концов провода к нужным выходам на коммутаторе.
Для максимально точной диагностики устройство лучше всего поверять при помощи осциллографа. Также в определенных условиях датчик проверяют при помощи мультиметра. Указанный мультиметр переводят в режим вольтметра, после чего подсоединяют к выходному контакту на датчике. Рабочий датчик Холла выдаст показания от 0.4 Вольт до 3-х. Если показания ниже минимального порога, тогда высока вероятность выхода датчика из строя.

3. Датчик расхода воздуха в авто — на что влияет?

Принцип работы датчика расхода воздуха основан на измерении количества тепла, отданного потоку воздуха во впускном коллекторе двигателя. Нагревательный
элемент датчика установлен перед воздушным фильтром автомобиля. Изменение
скорости потока воздуха и, соответственно, его массовой доли, отражается на степени
изменения температуры нагревательной спирали MAF-сенсора.

«Троение» двигателя при работе и потеря мощности говорит о возможном выходе из строя датчика расхода воздуха.

4. Кислородный датчик, лямда-зонд — неисправность датчика

Кислородный датчик или лямда-зонд определяет количество кислорода в выпускном коллекторе, оставшегося после сгорания топлива. Лямда-зонд входит в электронную систему управления двигателем, которая регулирует количество топлива, обеспечивая его полноту сгорания. Повышенный расход топлива характеризует возможную неисправность датчика.

5. Датчик дроссельной заслонки — признаки неисправности

Этот датчик представляет собой электромеханическое устройство, состоящего из чувствительного элемента и шагового двигателя.

Чувствительным элементом является
температурный датчик, а шаговый двигатель является исполнительным механизмом.
Это электромеханическое устройство изменяет положение дроссельной заслонки
относительно температуры охлаждающей жидкости. Таким образом, частота вращения
коленчатого вала двигателя зависит от степени нагрева ОЖ.

Характерным признаком неисправности этого датчика является отсутствие прогревочных оборотов и повышенный расход топлива.

6. Датчик давления масла — функции, выход из строя

На автомобилях японской марки устанавливается датчик давления масла мембранного
типа. Датчик состоит из двух полостей, разделенных гибкой мембраной. Масло
воздействует на мембрану с одной стороны, прогибаясь от давления. В измерительной
полости датчика мембрана соединена со штоком реостата.

В зависимости от давления моторного масла, мембрана прогибается больше или меньше, изменяя при этом общее сопротивление сенсора. Датчик давления масла расположен на блоке цилиндров двигателя.

Горящая лампочка давления масла на панели автомобиля может свидетельствовать о выходе из строя датчика.

7. Не работает датчик детонации в двигателе?

Датчик детонации двигателя измеряет угол опережения зажигания. При нормальной работе двигателя датчик находится в «холостом» режиме. При изменении процесса
сгорания в сторону взрывного характера сгорания топлива-детонации, датчик посылает сигнал электронной системе управления двигателем для изменения угла опережения
зажигания в сторону уменьшения.

Он расположен в районе воздушного фильтра на блоке цилиндров. Для проверки работоспособности датчика детонации, необходимо выполнить .

8. Датчик угла поворота распредвала — троит двигатель

Этот датчик находится на головке блока цилиндров и измеряет частоту вращения
распределительного вала двигателя, и на основе сигналов от датчика, блок управления определяет текущее положение поршней в цилиндрах.

Неравномерность работы двигателя и троение свидетельствует о некорректной работе датчика. Проверку производят при помощи омметра, измеряя сопротивление между клеммами сенсора.

9. Датчик АБС / ABS в автомобиле — проверяем работоспособность

Датчики АБС электромагнитного типа устанавливаются на колесах автомобиля и входят в антиблокировочную систему автомобиля.

Функцией датчика является измерение частоты вращения колеса. Объектом измерения датчика является сигнальный зубчатый диск, который установлен на ступице колеса. При неисправном датчике АБС, контрольная лампочка на панели управления не гаснет после запуска двигателя.

Технология определения работоспособности датчика заключается в измерении сопротивления между контактами датчика, при неисправности сопротивление равняется нулю.

10. Датчик уровня топлива в авто — как проверить работоспособность?

Датчик уровня топлива устанавливается в корпус бензонасоса и состоит из нескольких компонентов. Поплавок посредством длинной штанги воздействует на секторный реостат, который изменяет сопротивление датчика в зависимости от уровня топлива в баке автомобиля. Сигналы датчика поступают на стрелочный или электронный указатель на панели управления автомобиля. Проверка работоспособности датчика уровня топлива осуществляется омметром, которым измеряется сопротивление между контактами датчика.