Совершенно естественно, что в последние годы электронное содержимое машин непрерывно увеличивается, поскольку все больше бортовых механических систем преобразуется в электрические, электронные и мехатронные системы

Рис. 15. Базовая схема оптического детектирования движения — прерыватель а–в — щелевой оптический (фотоэлектрический) датчик — оптопрерыватель (оптрон или оптопара): 1 — корпус датчика; 2 — светодиод; 3 — фоточувствительный элемент (фототранзистор или фотодиод); а — конструкция датчика: 4 — элементы для монтажа корпуса; 5 — терминалы для монтажа на печатной плате; б — линейный прерыватель — датчик линейной скорости (цифровой индикации определенного линейного положения): 4 — линейный ротор (линейно перемещающийся элемент) с чередующимися оптически прозрачными и оптически непрозрачными участками; 5 — терминалы для монтажа на печатной плате; в — датчик угловой скорости (индикации определенного углового положения); 4 — вращающийся ротор — крыльчатка с непрозрачными лопастями; 5 — вращающийся вал; г — аналог оптопрерывателя — щелевой датчик скорости Холла: 1 — корпус датчика; 2 — магнит; 3 — датчик Холла (униполярный ключ); 4 — магнитопровод; 5 — терминалы для монтажа на печатной плате; 6 — вращающийся ротор — крыльчатка с лопастями из ферромагнитного материала; 7 — вращающийся вал.

Излучающие светодиоды могут функционировать как в видимом, так и в инфракрасном спектре. Для работы датчика необходимо, чтобы конструкция корпуса и ширина элементов ротора обеспечивали чередование светопередачи и перекрытия оптического канала. Существенно уменьшить ширину оптических кодовых элементов и повысить разрешение устройства позволяют лазерные диоды. Расстояние от датчика до детектируемого объекта в пределах ширины рабочего зазора несущественно, но если необходим больший рабочий диапазон, также применяются лазерные светодиоды.

Щелевые оптопрерыватели широко используются для детектирования скорости двигателя, на валу которого размещен ротор, периодически блокирующий оптический канал, но в автоэлектронике их применение ограничено чувствительностью к загрязнениям и температурам (обычно 80 °C). Необходимо отметить, что некоторые современные устройства, например инфракрасные диоды и фототранзисторы Honeywell, работают и при температурах до 125 °C.

В значительной степени проблему также решает интерпретация схемы прерывателя на основе датчика Холла (рис. 16г), но, в отличие от оптопрерывателя, к размерам крыльчатки предъявляются требования минимальной ширины лопасти, что в свою очередь ограничивает пространственное разрешение датчика.

Рис. 16. Оптический (фотоэлектрический) датчик рефлективного типа 1 — корпус датчика; 2 — светодиод; 3 — фоточувствительный элемент (фототранзистор или фотодиод); 4 — терминалы для монтажа на печатной плате; а — конструкция датчика; б — датчик линейной скорости (индикации определенного линейного положения): 5 — линейный ротор с чередующимися участками с высокой отражательной способностью и низкой отражательной способностью (оптически прозрачными); в — датчик угловой скорости (индикации определенного углового положения); 5 — вращающийся ротор — крыльчатка с чередующимися участками с высокой отражательной способностью и низкой отражательной способностью (оптически прозрачными); 6 — вращающийся вал; г — датчик угловой скорости со специальной конструкцией ротора: 5 — вращающийся ротор с низкой отражательной способностью фона (черного цвета); 6 — чередующиеся полосы ротора с высокой отражательной способностью; 7 — вращающийся вал.

Светодиод и фототранзистор рефлективного датчика расположены с одной стороны поверхности детектируемого объекта. Рефлективные датчики обеспечивают большую гибкость монтажа, но характеризуются фокусным расстоянием (оптимальным расстоянием от датчика до детектируемого объекта), на котором он должен быть помещен (обычно в пределах 2,54–12,7 мм) и относительно которого варьируется рабочий диапазон устройства.

При конструировании рефлективного датчика важнейшим требованием к детектируемой поверхности является ее отражательная способность и качество отражения. Например, для задач детектирования скорости цвет вала двигателя и ротора выбирается черный (рис. 16г), тогда полосы отражающего материала на валу обеспечивают периодическое переключение датчика.

Луч, отраженный от стандартной поверхности, не сфокусирован и представляет собой усеченный конус с основанием на рефлективной поверхности, образованным отражаемым коническим световым пучком светодиода, что не позволяет с высокой точностью обнаруживать малые отражающие объекты, и ограничивает пространственное разрешение датчика. Для того чтобы уменьшить диаметр отражаемого луча, в качестве источников света применяются лазерные светодиоды, а для фокусировки луча на его пути от светодиода к фотодетектору в датчик встраиваются линзы.

Производным от рефлективного типа датчиков является волоконно-оптический датчик перемещения, содержащий две группы волоконной оптики: передающие волокна, подключенные к источнику света, и принимающие сигнал волокна, которые подсоединены к фотодетектору (фотодиоду) и объединены в одном корпусе. Свет от источника передается через оптоволокна на поверхность цели и отражается обратно, часть отраженного света улавливается принимающими оптоволокнами и попадает на фотодетектор, регистрирующий интенсивность отражения, которая представляет собой нелинейную функцию свойств поверхности и расстояния до цели. Этот тип датчиков может потребовать периодической калибровки.

Рефлективные датчики используются во многих сферах — в промышленности или компьютерах (датчики для компьютерных мышей). В автоэлектронике данный тип устройств применяется достаточно широко — например, для контроля положения пассажира, в датчиках дождя и в энкодерах, а кроме того, становится базовой схемой, интересной для преобразования измерительных концепций по отношению к другим типам датчиков.