Пьезоэлектрический камертонный датчик — описание

Применение
Компьютер автомобильных навигационных систем нуждается в данных о движении автомобиля для того, чтобы воспроизвести пройденный путь с помощью цифровой карты дорог, сохраненной на CD-ROM (навигация счислением и прокладкой пути). Датчик скорости вращения, интегрированный в навигационные компоненты, при выполнении поворотов считывает повороты автомобиля вокруг вертикальной оси и позволяет определить направление движения. Одновременно с определением пройденного пути по сигналам тахометра или датчика колеса местоположение автомобиля также можно рассчитать по навигации. Вначале в системах навигации направление движения определялось с помощью магнитного зонда, по магнитному полю Земли. Однако на зонд сильно воздействовали помехи магнитных полей автомобиля. Поскольку действие колебательных гирометров основывается на измерении динамических сил, они не зависят от магнитных помех.

sensor-nav-scr1

Конструкция
Пьезоэлектрический камертонный датчик скорости вращения состоит из стального основания в форме камертона с четырьмя пьезоэлементами (два снизу и два сверху, рис. 1) и сенсорной электроники. Камертоны имеют длину ок. 15 мм.

Принцип действия 

При подаче напряжения нижние пьезоэлементы начинают вибрировать и побуждают верхние зоны камертона с верхними пьезоэлементами к противофазным колебаниям. Частота составляет ок. 2 кГц.
Движение по прямой
Во время движения по прямой на камертоне нет ускорения Кориолиса. Поскольку верхние пьезоэлементы все время колеблются противофазно и воспринимают колебания только вертикально (перпендикулярно) направлению колебаний, они не создают напряжения.

Движение на повороте
Во время движения на повороте вращательное движение вокруг вертикальной оси автомобиля вызывает отклонение верхней зоны камертона из зоны колебаний. За счет этого в верхних пьезоэлементах создается электрическое переменное напряжение, которое передается в навигационный компьютер посредством электроники в корпусе датчика. Амплитуда сигнала напряжения зависит как от скорости вращения, так и от скорости колебаний, ее знак зависит от направления вращения при совершении поворота.