Датчики для мобильной техники: тенденции развития

Расширение применения электроники в современных грузовых автомобилях и мобильной технике позволяет повысить эффективность работы этих обычно дорогостоящих машин, то есть снизить расход топлива, потребление расходных материалов и затраты времени. Однако такое повышение эффективности возможно лишь при условии оснащения машины достаточно мощной системой датчиков. При этом, поскольку датчики, применяемые в транспортных средствах и самоходных механизмах, работают в крайне неблагоприятных условиях, они должны обладать исключительной надежностью и стойкостью к внешним воздействиям. Цель данной статьи – дать краткий обзор последних технических достижений в области разработки датчиков для специального грузового автотранспорта и мобильной техники.

Специальная мобильная техника должна эффективно выполнять множество различных технологических операций. Немаловажная роль здесь отводится датчикам, поскольку именно они обеспечивают узлы управления механизмом информацией об углах поворота и наклона стрелы, о положении захватов, педалей, вилок, поршней в цилиндрах, о наличии присоединенного сменного рабочего оборудования и о многом другом. Надежность и качество – главные требования, предъявляемые к датчикам, предназначенным для транспортных средств и мобильной техники, поскольку такая техника чаще всего находится в дорожных условиях, и ремонтная бригада не может прибыть к вышедшей из строя машине через несколько минут, как это обычно бывает в заводских условиях. Кроме того, при отказе датчика всегда должна обеспечиваться возможность работы механизма в режиме ограниченной функциональности.

Устройства подвергаются воздействию постоянно меняющихся внешних факторов –высоких и низких температур, осадков, антигололедных реагентов, морского воздуха, агрессивных химических веществ, а также тряски и сильных вибраций.

Бесконтактный принцип работы –ключевое решение

Наряду с внедрением множества различных изобретений и усовершенствований в конструкции транспортных средств в настоящее время четко прослеживается тенденция к расширению применения бесконтактных датчиков. Компания Pepperl+Fuchs предлагает бесконтактные индуктивные, емкостные, магнитные, оптоэлектронные, ультразвуковые датчики – то есть все типы этих устройств, применяемые в специальных грузовых автомобилях, мобильной технике и передвижном оборудовании.

Поскольку данные изделия были разработаны специально для применения в грузовых автомобилях и мобильной технике, их конструкция имеет ряд специфических особенностей. Датчики имеют диапазон напряжения питания от 10 до 60 В, что обеспечивает их стабильную работу от стандартных бортовых сетей номинальным напряжением 12, 24 и 48 В, и оснащены маслостойкими кабелями с увеличенной площадью поперечного сечения проводников – 0,5 или 0,75 мм. Большое внимание уделено электромагнитной совместимости и помехоустойчивости изделий. В связи с этим ряд основных моделей линейки датчиков для самоходных механизмов имеет сертификат соответствия e1 по электромагнитной совместимости для транспортных средств, допущенных к эксплуатации на дорогах общего пользования.

Цилиндрические и прямоугольные: на все случаи жизни

Индуктивные цилиндрические датчики серий M12, M18 и M30 представляют собой яркий пример совершенных во всех отношениях датчиков для мобильной техники. Эти датчики являются бесконтактными, имеют сертификат соответствия e1 и отличаются высочайшей стойкостью к экстремально неблагоприятным условиям.

Изделия имеют степени защиты IP68 и IP69K и идеально приспособлены к работе в расширенном диапазоне температур – от -40°C до +85°C. В сельскохозяйственной технике датчики этого типа применяются для получения информации о работе транспортеров, культиваторов, створок, запорных устройств и т. д. Помехоустойчивость изделий составляет 100 В/м, что более чем в три раза превосходит величину 30 В/м, требуемую, согласно действующим стандартам. Прямоугольные индуктивные датчики серий F33 и VariKont® имеют аналогичную область применения. Прямоугольные датчики серии VariKont® являются оптимальным техническим решением при большой длине кабелей подключения и невозможности использования кабелей стандартной длины из предлагаемых комплектов.

Поскольку индуктивные цилиндрические датчики с металлической рабочей поверхностью часто применяются в механизмах, работающих в агрессивных средах, помимо стандартного исполнения предлагаются также модификации таких датчиков в корпусе из нержавеющей стали. Такие изделия предназначены для транспортных средств, перевозящих кислоты и другие химикаты, для спредеров и портовых кранов, находящихся под постоянным воздействием соли и влаги морского воздуха, для систем переработки отходов, а также для механизмов, часто подвергающихся мойке под давлением.

Чтобы легко ходить по канату…

Не менее интересны датчики угла наклона серии F99. Эти изделия также имеют сертификат соответствия e1 и предназначены для контроля углов крена машины или углов наклона рабочих органов, выносных опор, подъемных и наклоняемых грузовых платформ и т. п. Датчики F99 подают сигналы, предупреждающие о неустойчивом положении землеройной машины на неровной площадке, о наклоне башни крана под нагрузкой, о критическом крене погрузчика или пожарного автомобиля с выдвинутой лестницей. Микромеханический измерительный элемент датчика на подпружиненной массе вместе с системой электронного анализа помещен в прочный металлический корпус, имеющий степень защиты IP68/69K. Это обеспечивает возможность установки изделия непосредственно на транспортное средство без дополнительной защиты. Датчики угла наклона имеют аналоговые выходы 0…5 В или 4…20 мА, а также дополнительные переключающие выходы, и производятся в исполнениях для измерения углов наклона по одной оси или по двум осям в диапазонах от 0° до 360°. В ассортименте имеются также варианты исполнения датчиков с интерфейсом протокола CANopen, что отражает рост применения этого протокола в самоходных механизмах.

Индуктивное измерение абсолютных расстояний и углов

Датчики абсолютного измерения положения и датчики измерения углов серии PMI также находят широкое применение в мобильной технике. Благодаря возможности настройки измеряемой величины и порогов срабатывания изделия могут быть легко адаптированы для выполнения разнообразных задач. Сила тока выходного сигнала датчиков составляет от 4 до 20 мА. Кроме того, изделия могут оснащаться двумя дополнительными переключающими выходами. Датчики PMI360D регистрируют углы величиной от 0° до 360°, а системы измерения длины серии F110 имеют различные диапазоны измерения в зависимости от модели, причем предельная дальность достигает 810 мм. Среди видов применения можно отметить контроль углов поворота передней и задней осей сельскохозяйственных машин, а также точное позиционирование раздвижных осей специальных самоходных машин для требуемого распределения веса механизма по нескольким колеям.

От безопасных поворотных шифраторов до ультразвуковых датчиков

Ассортимент продукции Pepperl+Fuchs включает в себя магнитные шифраторы приращений (инкрементные энкодеры) и специальные поворотные шифраторы (энкодеры) повышенной безопасности, применяемые в качестве альтернативы индуктивным поворотным шифраторам. Магнитные поворотные шифраторы MNI40N имеют герметичный масловодостойкий корпус, отличаются высокой прочностью, виброустойчивостью и не теряют работоспособности при температурах до 100 °C. Энкодеры повышенной безопасности с сертифицированной функциональной системой защиты применяются в машинах и механизмах, на которые распространяются особые требования техники безопасности.

Применение ультразвуковых датчиков в коммерческих транспортных средствах и самоходных механизмах открывает путь интересным техническим решениям. Например, ультразвуковые датчики серии 30GM позволяют организовать движение самоходной сельскохозяйственной техники без водителя по существующим бороздам поля. Преимущества данного метода заключаются в его большей точности по сравнению с иными технологиями, в частности, с GPS, а также в меньшей чувствительности к загрязнению по сравнению с решениями, основанными на применении видеокамер. Датчики также являются оптимальным решением для контроля положения штанг полевых опрыскивателей с целью поддержания постоянного расстояния между соплами опрыскивателя и землей, что обеспечивает равномерность распределения удобрений на неровных полях.

Заключение

Обобщая сказанное выше, можно с уверенностью сказать, что производители мобильной техники теперь могут выбрать все нужные им датчики различных типов и принципов действия из ассортимента продукции только одной компании.

Томас Хенслер, менеджер группы "Системы индуктивных датчиков" направления "Автоматизация производств", компания Pepperl+Fuchs

Фотографии предоставлены компанией Peperl+Fuchs