4-Manyetostatik algılayıcılar.docx

Manyetostatik algılayıcılar
Manyetostatik algılayıcılar DC manyetik alan ölçüm prensibine göre çalışırlar. Bu tip algılayıcılar
Manyetik endüktif sensörlerin (Bobin) aksine minyatürizasyon için çok daha uygundurlar ve makul bir
maliyetle üretilebilirler. Manyetostatik algılayıcılar hassasiyet bakımından diğer manyetik
algılayıcılara göre avantajlıdırlar. Anizotropik (farklı ölçüm seviyelerinde farklı fiziksel özellikleri
olan) manyeto rezistif (AMR) etkiler gibi galvanomanyetik-GMR (Hall ve Gauss) etkileri
kullandıklarından plastik ve ferromanyetik metal yapılar üzerinden dahi ölçüm yapabilirler.
Dalga yayılımı sensörleri
Son yıllarda, güvenlik ve araç kullanımını desteklemek amacıyla, taşıtın yakın ve uzak çevresinden
bilgi edinebilecek değişik tip algılama prensiplerini kullanan mesafe sensörleri üzerine
yoğunlaşılmıştır.
0,5 ile 5 m arası kısa mesafe taşıttan taşıta ölçümlerde ultrasonik algılayıcılar oldukça uygun ve tercih
edilmekte olup, 50 m'ye kadar orta menzil için kısa dalga kızılötesi algılayıcılar (lidar) ve 150 m kadar
uzun elektro manyetik radarlar kullanılmaktadır.
Ultrasonik algılayıcılar
Bu tip algılayıcılar, yaklaşık 40 kHz mertebesinde yüksek frekanslı puls şeklinde ses dalgası yayarak,
engelden geri yansıyan dalganın dönüş süresini ölçerler. Algılayıcı ile engel arasındaki “l” mesafesi,
ses hızı “c” ve ilk yansıyan pulsun yayılma zamanından “t” belirlenir.
Pratikte, taşıt ile engel arasındaki geometrik mesafe, taşıta yerleştirilmiş iki adet algılayıcı vasıtasıyla
üçgen metodu kullanılarak belirlenir.
Uzun menzilli radar algılayıcılar (76 GHz)
Uzun menzilli radar algılayıcılar günümüz taşıtlarında adaptif hız sabitleyici sensor (adaptive cruise
control, ACC) sistemlerle birlikte kullanılmaktadır. ACC sistemi hem hızı hem de önde giden araca
olan mesafeyi, ilgili ön ayarlamalar çerçevesinde kendiliğinden ayarlayabilmektedir. Üreticinin
tasarımına bağlı olmakla birlikte, genellikle 25 km/h'lik bir sürüş hızından sonra kullanılabilirler.
Yaklaşık 150 metrelik görüş açısıyla ACC radar algılayıcı, kendi sürüş şeridinde önde giden araçların
mesafesini ve bağıl hızı tespit eder. ACC kontrol ünitesi, algılayıcı verilerinden, kendi şerit akışından,
kendi hızından ve sürücü hareketlerinden en iyi yakınlaşma stratejilerini hesaplar ve motor torkunu
fren yönetimini kontrol eder. Aracın hızı, ivmelenmesi ve gecikmesi aktif olarak düzenlenir ve böylece
önde giden araca olan mesafe korunmuş olur. Sürücünün isteğine göre mesafe ayarı yapma imkanı
bulunan sistemde, yasal olarak mecburi ayarlanmış en düşük mesafe 50 metredir(Almanya için).
Çalışma frekansı otomotiv uygulamaları için gereken kompakt yapı için 76 GHz (dalga boyu l ≈ 3,8
mm) 'dir. Sinyalleri yatay ve düşey şeklide göndermek ve almak için aracın eksenine göre önde plastik
bir yoğunlaştırıcı Fresnel lens ile paralel şekilde yerleştirilmiş dört anteni besleyen bir Gunn osilatörü
yerleştirilmiştir. Öndeki taşıt yada engelden yansıyan sinyaller, sinyalin yayılma zamanına bağlı
olarak geciktirilir. Engel ile taşıt arasındaki a mesafesi ve bağıl hız dv gönderilen ve engelden
yansıyan sinyaller arasındaki faz farkı ve yayılma zamanından belirlenebilir.
İVME SENSÖRLERİ
İvme sensörleri taşıtlarda;
-
Benzinli motorlarda vuruntu kontrolünde
-
Hava yastığı sistemlerinde (hava yastığı ve ön gerdiricili emniyet kemer tetikleme bilgisi)
-
ABS ve ESP sistemlerinde taşıt ivme değerinin tespitinde
-
Süspansiyon sistemlerinde taşıt gövdesinin hareketinin değerlendirilmesinde
kullanılmaktadır. Bu tür ensörlerde ölçülen ivme değeri genellikle yerçekimi ivmesinin katları
şeklinde “g” olarak ifade edilir (1 g ≈ 9.81 m/s2) ve G-sensör olarak da adlandırılırlar.
Ölçüm prensipleri
İvme sensörleri, ivme “a” ile kareket eden bir kütleye “m” etki eden kuvveti “F” ölçerler.
F = m.a
İvme sensörleri sadece kuvvet ölçümünde değil, mekanik gerilme tespitinde ve deplasman ölçümünde
de kullanılabilir.
Deplasman ölçüm sistemlerinde, sismik kütle olarak isimlendirilen bir “m” kütlesi, ivme ölçümü
amacıyla elastik olarak gövdeye tutturulmuştur.
Pozisyon kontrolü ( yukarıda b şekli)
Kapalı çevrim pozisyon kontrolünde, ivmeden dolayı oluşan sistemdeki sapma, sapmaya eşdeğer bir
dönüş kuvveti tarafından kontrol edilir. Algılayıcı eleman kapalı kontrol döngüsünün bir parçasıdır.
Geri dönüş kuvvetini üreten değişkenler (akım veya gerilim) ivmeölçer olarak görev yapar. Yüksek
derecede doğrusallığa sahip olan sistem hareketi “0” noktasına çok yakın olarak kontrol edebilir.
Kapalı döngü konum kontrolü daha büyük bir ölçüm aralığına sahiptir. Ölçüm aralığı geri dönüş
kuvveti ve daha yüksek kesim frekansıyla sınırlandırılır.
Sabit ivme durumu
Sabit hızlandırma durumunda, ivme kuvveti yaya uygulanan geri getirme kuvveti ile dengededir.
F=m.a =c.x
Sistemin ölçüm hassasiyeti,
S= x/a =m/c
şeklindedir. Bu denklem, kütlenin büyük ve yay sertliğinin düşük olması durumunda ölçüm
hassasiyetinin artacağını göstermektedir.
Değişken ivmelenme
Dinamik durumlarda, sönümleme kuvveti ve atalet kuvveti yay kuvvetine ek olarak hesaba katılır.
Gerekli olan sönümleme kuvveti, hız ve sönümleme katsayısıyla oransaldır. Atalet kuvveti ise ivme ile
oransaldır. Bu durumda rezonans sistemin denge durumu,
şeklindedir. Sönümleme katsayısının ihmal edilmesi durumunda (p ≈ 0), sistemin rezonans frekansı,
olur. Ölçüm hassasiyeti göz önüne alındığında,
olacaktır. İvme algılayıcılar hareketi uygun tekniklerle elektrik sinyallerine dönüştürürler. Bu ölçüm
metotları aşağıdaki tabloda belirtilmiştir.
Elektrik sinyallerinin değerlendirilmesi
Piezoelektrik algılayıcılar, kapasitif iç dirençli bir voltaj kaynağı olarak modellenebilirler. İdeal
eleman için iç direnç değeri oldukça yüksektir. Empedans eşleştirmesi için iki seçenek bulunmaktadır.
▶ Yükseltici: bu durumda, elektrotlar üzerindeki gerilim, yüksek giriş empedanslı bir yükseltici
tarafından tespit edilerek yükseltilir. Bu tip yükseltme işleminde kapasitif parazit kaynakları dönüşüm
değerine etki edebilir.
▶ Yük yükseltici( Charge amplifier - Fig. 5b): Elde edilen gerilim ikinci bir kondansatörde depolanır.
Kapasitif parazit kaynaklarının dönüşüm değerine etkisi yoktur.
Termal ivme algılayıcılar
Termal ivme sensörleri, bir ısıtıcı üzerinde gaz balonu oluşturma prensibine göre çalışırlar. Isıtılmış
gaz alanı çevre yoğunluğundan daha hafif bir yoğunluğa sahiptir. Yanal ivme durumunda, düşük
yoğunluklu gaz ivmeye bağlı olarak kısmen hareket eder. Bu durum, köprü tipi bağlanmış dirençler
yada ısıl çiftler tarafından tespit edilir. Elde edilen gerilim ivme sinyali olarak değerlendirilir.
Piezoelektrik vuruntu sensörleri