датчики для осциллографа из «говна и палочек»: uncle_sem — LiveJournal

решил таки поделиться своими датчиками с общественностью. сразу уточняю — большинство идей не мои, но все датчики я делал своими руками. врядли я расскажу что-то новое для опытных диагностов, однако для начинающих, думаю, будет полезно увидеть все датчики в одной статье.

ну что ж, приступим. для начала — система зажигания. нам нужны емкостные и индуктивные датчики.

начнем с емкостных. теория тут: mlab.org.ua/articles/do-self/34-do-self-cx.html

общие принципы — нам нужна железяка, которую мы будем прикладывать к проводу или еще куда где бежит искра. к крышке трамблера например, если бобина там внутри. место подбирается экспериментально.
из-за довольно низкого входного сопротивления осцилла форма сигнала несколько искажается, и ее нужно корректировать. для этого между сигнальным проводом и землей вешается конденсатор, емкостью ориентировочно 10нФ. емкость подбирается экспериментально, для достижения достаточно прямой полки области горения искры и при этом вменяемой амплитуды, зависит от размеров датчика. на время экспериментов я рекомендую поставить цанговые гнездышки, и в них тыкать конденсаторы. быстро и удобно. у меня они так и остались до сих пор. 😉

корректирующий кондер нужен только для «измерительного» датчика, датчик первого цилиндра в такой корректировке не нуждается, ибо там важна не форма сигнала, а его амплитуда.

первый датчик — банальная пластина стеклотекстолита 2х3см. на одну сторону экран кабеля, на другую сигнал. параллельно конденсатор. всё в термоусадку. готово 😉 конденсатор у меня получился 10нФ

дополнение тут.

это — накладной датчик, его удобно использовать для индивидуальных катушек, либо модулей, к которым особо ничем не прицепишься, либо снятия с бобин, которые стоят внутри распределителя зажигания. для систем с проводами проще и удобнее всего использовать прищепки. чем больше (шире) прищепка — тем больший кусок фольги можно к ней приклеить, и тем сильнее сигнал с датчика мы получим (шире прищепка, тем с бОльшей длиной ВВ провода будет образовываться конденсатор, и тем выше амплитуда сигнала). а задавить сигнал — всегда проще чем усилить.

берем прищепки:

вырезаем кусочки фольги, чтобы по форме они вошли в углубления прищепок.
делаем «бутерброд» — снизу у нас будет скотч двухсторонний, посередине фольга, сверху — односторонний скотч. оставляем кусочек фольги незащищенным, чтобы подпаять провод. отрисовываем по трафарету пластиночки, вырезаем, приклеиваем, припаиваем к пластинкам центральную жилу коаксиала. я использовал два таких кусочка для каждой прищепки — для двух губок. и соединял их в кучу кусочком провода. ИМХО особого смысла так делать — нет.
для датчика первого цилиндра экран со стороны датчика оставляем в воздухе, ну а со стороны осцила конечно припаиваем к корпусу разъема. для датчика напряжения — между центральной жилой и экраном припаиваем цанговую панельку — туда будем подбирать конденсаторр. у меня получился 15нФ. не забываем крепко прицепить кабель к прищепке. можно залить сверху нашу фольгу термопистолетом или эпоксидкой, для пущей надежности:

как видим, нет ничего более постоянного чем временное — датчики так и остались с панельками и вставленными в них конденсаторами. 3 ничего не произошло. потом выяснилось, что двухсторонний скотч, который я импользовал для приклеивания фильги к прищепкам — не самый хороший по качеству, и фольга начала отклеиваться и прикольно торчать в разные стороны, что меня несколько не устроило. пришлось таки залить термопистолетом.

для DIS-систем — собираем при желании две «гирлянды». удобно, что прищепки в наборе разноцветные. я использовал красные и синие прищепки для двух гирлянд (по полярности искры), зеленые — в качестве датчика первого цилиндра, розовые — в качестве датчика высокого напряжения. в гирляндах конденсатор ставится в месте соединения проводов от датчиков.

в моей ситуации мне крайне редко оказались нужны датчики первого цилиндра и гирлянды для DIS — лично мне оказалось быстрее проверять искру по одному циилиндру, а не обвешивать кучей датчиков. плюс, у меня есть железный минский мотортестер, и системы с распределителем я как правило смотрю именно им, а для дис-систем и индивидуальных катушек использую USB-осциллограф. поэтому датчик высокого напряжения я сделал еще один, по аналогии с накладной пластиной, но — для прищепки. прищепка — от какой-то вешалки для одежды.

идея в том, чтобы размеры самого датчика были побольше для увеличения амплитуды сигнала. получилось очень удобно и технологично.

в качестве датчика первого цилиндра — можно использовать индуктивный датчик. в том числе — обычный индуктивный датчик от стробоскопа. у кого есть в пользовании стробоскопы типа prolite со сменными шнурами знают, что эти шнуры имеют свойство переламываться в месте выхода из разъема. разок можно починить, потом лучше поменять. соответственно дохлые шнурки с целыми датчиками обычно наличествуют. можно катушечку там домотать, чтобы амплитуда повыше стала. а можно оставить и так:

также индуктивные датчики нам могут понадобиться для снятия сигнала с индивидуальных катушек. такие датчики можно делать на основе с принципе любой катушки индуктивности — можно из датчика коленвала, и из датчика ABS, и из реле. первый мой датчик был из датчика коленвала, но он получается слишком громоздкий. поэтому я собрал горку реле и выбрал с наибольшей амплитудой сигнала. в фирменном экспресс-датчике используется РЭК-23 02430692 0502. я такого не нашел, а те что нашел — были слабоваты по амплитуде, потому как все были 5В как правило эти реле имеют и самое низкое сопротивление. так что подобрал реле покрупнее, но с амплитудой повыше. сопротивление обмотки было что-то порядка 700 Ом. видел рекомендации вешать параллельно обмотке резистор на 22кОм для снижения добротности, и 6кОм последовательно — для уменьшения шунтирования при соединении параллельно нескольких датчиков. параллельно поставил точно, последовательно не помню, наверно тоже, с учетом входного сопротивления осцила это не мешает. в любом случае — нужно делать платку, в нее впаивать реле, и в нее же — провод к осцилу. так получается более надежное крепление провода, и можно быть уверенным в том, что он не отломает ножки реле в самый «интересный» момент.

с DIS часто вылазят нюансики. типа, если у нас машина с 4 цилиндрами — то два датчика вечно болтаются. а если сделать их всего 4, то будет не хватать для 6ц. плюс бывают машины где катушка на одну свечу одевается непосредственно, а на другую идет провод. соответственно, и половина датчиков будет другой.
тут у меня появлялась мысля сделать коробочку с кучей разъемов-тюльпанов, соединить ее с осциллом удлинителем для автоусилка (4 канала), и подключать к ней датчики в нужных количествах и конфигурациях. в этой же коробочке можно поставить корректирующие емкости, а то и собрать усилитель с высоким входным сопротивлением и более правильной формой сигнала на выходе. усилитель с входным сопротивлением порядка 10 МОм я собирал, эффект очень положительный, сигнал практически не искажается, и корректирующие емкости могут оказаться совсем не нужны — в зависимости от конструкции датчиков. но конструкция не прижилась — уж больно это все громоздко, плюс внешнее питание. ну и, как я уже писал — мне больше по душе пришлась «экспресс» диагностика — по очереди просмотрел сигналы по цилиндрам и радуйся жизни.

с системой зажигания разобрались. дальше — датчик разрежения.
берем баллончик от газа для зажигалок. желтенький такой, тонкий, думаю они везде одинаковые. пьезик от часов «монтана» (помните такие?) или аналогичный по диаметру. желательно чтобы под рукой завалялись какие-нить детали от капельниц, но это непринципиально. ну и гнездо для подключения — можно «тюльпан», можно BNC. я поставил тюльпан. (я, кстати, сторонник именно тюльпанов. BNC — они круто, конечно, но больше предназначены для высокочастотных сигналов, особой необходимости применять их в автомобильном осциле — нет. плюс тюльпаны банально безопаснее — если дергуть за провод, то в случае тюльпана он банально выскочит из гнезда, а в случае BNC — выломает гнездо)

колпачок сверлим, прикручиваем гнездо. баллончик разрезаем возле самого верха. дальше придумываем что сделать с трубочкой к которой будет присоединяться шланжик. это зависит от конструкции клапана в баллончике и фантазии. для меня самым простым вариантом оказалось выкинуть нафиг родной клапан и воткнуть переходничок от капельницы — это трубочка с утолщением в середине. разрезал пополам. важно, чтобы оно внутри не торчало и не упиралось в пьезик. дальше берем пьезик, вклеиваем на место. я пробовал два варианта — на силикон, и на двухсторонний скотч (тонкий! не такой как для молдингов, в милиметр толщиной) и сверху термопистолетом. работают оба варианта. припаиваем провода, защелкиваем. датчик готов!

на фотках пьезик немного другой. это не имеет принципиального значения, важно чтобы по диаметру подходил. у меня два датчика, с разными пьезиками — работают немного по-разному, но одинаково хорошо 😉

доработка. зажим на шланжик между датчиком и коллектором — для уменьшения сечения и скачков выходного сигнала. я сделал из гайки и винта. шланг продели через гайку, в одной из граней засверлились и нарезали резьбу, туда винт, который зажимает шланг. под винт можно подложить полоску металла, чтобы не портить шланг. можно краник поставить какой-нить.

применение, думаю, понятно — это измерение резрежения во впускном коллекторе и измерение пульсаций на вакуумном выходе регулятора давления топлива — с него снимается шланг с впускного коллектора, глушится, а на РДТ одевается датчик. по сигналу с него можно оценить состояние форсунок.

крайний датчик — датчик вибрации. кажется именно так его называют. или пульсаций? я уже запутался, честно говоря. идея, к сожалению, тоже не моя, моя почему-то «не выстрелила» 🙁 мой первый вариант был с другим пьезиком, он как-бы сразу с камерой был, я думал будет круто — нет, не круто. работает, но плохо. значит делаем вот так:

та же прищепка, пьезик «монтана», и кусок пористой резины.

этот датчик позволяет смотреть пульсации топлива на моторах без обратки. одеваем прищепку на подающий шланг — и радуемся красивому сигналу пульсаций давления топлива.

работает, как ни странно, и на пластиковых топливопроводах.

при измерении пульсций топлива рекомендую синхронизироваться не от искры, а от сигнала с первой форсунки. тогда не будет заморочек о тактах впуска-выпуска и о том в каком цилиндре идет впрыск, когда в первом — искра. также, при подключении еще и датчика первого цилиндра — мы можем убедиться в каком режиме у нас идет впрыск, чтобы не ошибиться, когда форсунки работают не по одной. потому как проверка пульсаций топлива актуальна ТОЛЬКО в случе, если форсунки управляются индивидуально.

для синхронизации по форсункам и снятия сигнала с других датчиков — нам понадобится еще один шнур, или переходники. фоток тут не будет, опишу на пальцах. идея в том, чтобы использовать провода от тестера. значит нужно сделать либо провод от осцила, который заканчивается гнездами как у тестера (в магазине радиодеталей ключевое слово «банан»), либо переходник со стандартного удлинителя от осцила на эти гнезда. также на выходе такого переходника могут быть не гнезна («мамы»), а «папы» — в них замечательно вставляются старые «крокодилы», что тоже бывает нужно.

гнезда «тюльпаны» с проводом, кстати, можно добыть совершенно безвоздмездно. во-первых это разъемы от магнитол. во-вторых — часто с видеокартами идут такие проводочки. они в 90% случаев нафиг никому не нужны, и скапливаются на комповых фирмах в просто неимоверных количествах.

и емкостную пластину, и индуктивный датчик — очень удобно приклеивать на двухсторонний скотч. это если есть необходимость длительного снятия сигнала таким датчиком.

индуктивным датчиком также можно смотреть пульсации тока в проводе от генератора (очень красиво), и видимо в проводе к стартеру — тут не пробовал. думается, по пульсациям тока в проводе стартера можно оценить относительную компрессию.

MLab.org.ua — Изготовление высоковольтного емкостного датчика

Высоковольтный емкостной датчик (далее датчик) – устройство для снятия формы вторичного напряжения системы зажигания и последующей передачи его на один из входов регистрирующего оборудования.

Датчик состоит из держателя, емкостной пластины, которая гальванически соединена с сигнальным проводом, экранированного кабеля и соответствующего разъема для подключения датчика к входу регистрирующего оборудования.

Важно!

Экран кабеля датчика обязательно должен быть соединен с землей регистрирующего оборудования. Экран должен представлять собой плотную металлическую оплетку, вязанную крест на крест без просветов. Чем меньше длина участка сигнального провода кабеля без экрана – тем меньше будет электромагнитных наводок с соседних ВВ проводов.


Снятие формы вторичного напряжения датчиком основано на наличии паразитной емкостной связи, возникающей между токопроводящей жилой ВВ провода и емкостной пластиной датчика.

Из чего следует:

1. Сигнал на выходе датчика будет тем больше чем ближе емкостная пластина к токопроводящей жиле ВВ провода.

2. Влияние электромагнитных наводок с соседних ВВ проводов будет тем меньше чем меньше размер емкостной пластины и чем меньше не экранированный участок сигнального провода.

3. Величина паразитной емкостной связи всегда зависит от ВВ провода (толщины токопроводящей жилы, толщины и диэлектрической проницаемости изоляции) из чего следует, что величина сигнала на выходе датчика будет разной для одного и того же истинного значения вторичного напряжения, т. е. не возможно однозначно установить соответствие 1 В на выходе датчика – 10 КВ во вторичной цепи.

4. Емкостная связь представляет собой дифференцирующую цепочку (ФВЧ) пропускающую высокочастотные колебания (область пробоя), и не пропускающую низкочастотные колебания (область горения), т.е. форма вторичного напряжения на выходе датчика будет искажена.

Сд – емкость между токопроводящей жилой ВВ провода и емкостной пластиной датчика

Rвх – входное сопротивление регистрирующего оборудования

Свх – входная емкость не учитывается, так как она фактически в данном случае ни на что не влияет

На графике красного цвета изображен исходный сигнал (меандр 1 КГц, скважность 10%, амплитуда 1 В)

На графике синего цвета изображен сигнал, полученный на выходе дифференцирующей цепочки

Сигнал с выхода датчика без использования компенсационной емкости

Для устранения искажения формы вторичного напряжения на выходе датчика, необходимо использовать дополнительную компенсационную емкость, которая с емкостью датчик-жила образует емкостной делитель:

Без учета входного сопротивления регистрирующего оборудования, коэффициент передачи емкостного делителя определяется следующим соотношением: Kп = Сд / (Сд + Ск). Как видно из соотношения, чем больше значение емкости Ск тем меньше будет значение напряжения на выходе емкостного делителя. Для идеального емкостного делителя без учета входного сопротивления регистрирующего оборудования Ск можно взять сколь угодно малое, при этом форма сигнала на выходе делителя в точности будет соответствовать форме сигнала на его входе.

При учете входного сопротивления соотношение для определения коэффициента передачи становится гораздо объемнее, но зависимость Kп от Ск остается той же. Входное сопротивление регистрирующего оборудования на прямую не влияет на Kп, оно определяет “степень вносимого искажения”.

При увеличении входного сопротивления искажения формы вторичного напряжения значительно уменьшаются. В большинстве случаев входное сопротивления практических все осциллографов используемых для автодиагностики находится в диапазоне 1 МОм, за исключением специализированных входов предназначенных исключительно для подключения ВВ датчиков. По этому при непосредственном подключении датчика к входу осциллографа (без специализированного адаптера) Rвх также можно принять за константу, и ограничится варьированием только Ск.

Примечание!

Подключение датчика к входу осциллографа просто через резистор 10 МОм приведет к увеличению входного сопротивления и соответственно уменьшению искажения формы вторичного напряжения, но при этом примерно в десять раз уменьшиться коэффициент передачи входного тракта канала. Для увеличения входного сопротивления без уменьшения коэффициента передачи необходимо использовать промежуточный буфер (повторитель – простейший адаптер) с высоким входным сопротивлением и низким выходным сопротивлением.


Для текущих Сд (точно не известно) и Rвх (обычно 1 МОм) значение Ск подбирается исходя из компромисса:

1. Чем меньше Ск тем больше амплитуда напряжения на выходе емкостного делителя

2. Чем больше Ск тем меньше степень искажения формы вторичного напряжения

Практически значение Ск возможно увеличивать до тех пор, пока “амплитуда” напряжения на выходе емкостного делителя будет достаточно выделяться на фоне шума.

Местоположение подключения Ск: в начале кабеля (ближе к емкостной пластине) или в конце кабеля (ближе к входу регистрирующего оборудования) – практически не влияет на форму и амплитуду сигнала с выхода датчика.

На графике красного цвета изображен сигнал, полученный с ВВ датчика и Ск = 3.3 нФ подключенной на входе осциллографа, на графике синего цвета изображен сигнал, полученный с ВВ датчика и Ск = 3.3 нФ подключенной непосредственно возле емкостной пластины. Как видно форма сигналов практически одинакова, а амплитуда различается в пределах разброса номинала используемых емкостей +/- 20%.

Примеры осциллограмм вторичного напряжения снятого одним и тем же датчиком с емкостной пластиной в виде круга диаметром ~10 мм при разных значениях Ск, на стенде с DIS катушки 2112-3705010 (форма вторичного напряжения несколько отличается от привычной из-за разряда на открытом воздухе).

Ск = 470 пФ. Область горения значительно проседает, но амплитуда пробоя достигает 5 Вольт.

Ск = 1.8 нФ. Область горения также значительно проседает, амплитуда пробоя уменьшилась до 2 Вольт.

Ск = 3.3 нФ. Область горения не много проседает, амплитуда пробоя уменьшилась до 1 Вольта.

Ск = 10 нФ. Область горения практически не проседает, но и амплитуда пробоя уменьшилась до 0.4 Вольт.

Как видно при Ск = 10 нФ форма вторичного напряжения практически не искажена, а шум довольно не значительный.

Для сравнения приведены осциллограммы вторичного напряжения снятые с одного и того же ВВ провода без использования адаптера и с использованием специализированного адаптера зажигания.

На графике красного цвета изображен сигнал, полученный с ВВ датчика (Ск = 10 нФ) непосредственно подключенного к входу осциллографа. На графике синего цвета изображен сигнал, полученный с адаптера Постоловского, к которому подключен “родной” ВВ датчик Постоловского.

Как видно форма обеих сигналов практически совпадает, но с адаптера содержащего промежуточные усилители, сигнал имеет в 3 раза большую амплитуду.

Примечание!

Все адаптеры, использующие емкостные датчики искажают форму вторичного напряжения, но при высоком входном сопротивлении и достаточной Ск, вносимое искажение крайне не значительно.

В простейшем случае емкостной съемник это любой металлический предмет расположенный рядом с ВВ проводом, т.е. в роли емкостной пластины могут выступать зажим типа “крокодил”, фольга намотаня на ВВ провод, монетка и т.д.

Практически в качестве высоковольтного емкостного датчика рекомендуется использовать конструкцию, которая удовлетворяет следующим требованием:

1. Высокая степень защиты от пробоя

2. Малая подверженность электромагнитным наводкам от соседних ВВ проводов

3. Удобное конструктивное исполнение для быстрого подключения датчика к ВВ проводу

Примеры конструкции ВВ емкостных датчиков:

Жестяная пластинка 20×70 мм, выгибается, так что бы плотно прижиматься к ВВ проводу.

По сути, та же пластина только в изоляции.

ВВ датчик типа “прищепка”.

ВВ датчик аналогичный одной из конструкций Бош (поставляется по цене $7 / шт).

В качестве примера рассмотрим процесс изготовления ВВ датчика на основании выше приведенной конструкции компании Бош.

Для изготовления датчика необходимо:

1. Выше рассмотренная ручка ВВ датчика.

2. Экранированный кабель 1-3 м. Желательно использовать мягкий микрофонный кабель, так как при эксплуатации он намного удобнее жесткого коаксиального кабеля. Волновое сопротивление кабеля 50 или 75 Ом, значения не имеет, так как все исследуемые сигналы находятся в области низких частот.

3. Разъемы для подключения датчика к осциллографу или адаптеру зажигания
BNC-FJ / BNCP / FC-022 Переходник гнездо F / BNC под F-ку (разъем один и тот же только у разных производителей / продавцов он по-разному называется).

BNC-M / FC-001 / RG58 / F разъем

Примечание!

При покупке F разъема и кабеля обращайте внимание на соответствие диаметра кабеля к диметру разъема для накрутки на кабель, иначе либо придется срезать часть изоляции кабеля для уменьшения его диаметра, либо наматывать ленту на кабель для увеличения его диаметра.
4. Сальник / гермоввод / кабельный ввод PG-7 с дюймовой резьбой

5. Емкостная пластина “пятачок” диаметром 9-10 мм

“Пятачок” возможно либо вырезать из жести, либо использовать специальный пробойник (лучше всего использовать пробойник на 8 мм, после развальцовки получится “пятачок” диаметром чуть больше 9 мм):

Также в качестве “пяточка” возможно, использовать подходящие по диаметру канцелярские кнопки.

6. Компенсационная емкость – не полярный (лучше керамический) конденсатор номиналом от 2.2 нФ до 10 нФ на напряжение 50 Вольт (если использовать конденсатор на 1 КВ то в случае пробоя ВВ провода он все равно сгорит). Возможно использовать как выводные конденсаторы так и планарные в корпусе 1206 или 0805.

Порядок изготовления:

1. Удалить изоляцию с экранированного кабеля до оплетки, на участке 12-13 мм. Часть оплетки под снятой изоляцией вывернуть наружу и равномерно расположить вдоль кабеля. С сигнального провода снять изоляцию на участке 10-11 мм и залудить его.

2. Накрутить на кабель F разъем, так что бы он плотно держался на кабеле и хорошо контактировал с частью вывернутой оплетки. При этом сигнальный провод должен выступать на достаточную длину из F разъема для надежного контакта с центральным стержнем разъема BNC-FJ.

3. Накрутить разъем BNC-FJ на F разъем. После чего проверить наличие контакта (прозвонить тестером) между сигнальным проводом и центральным стержнем разъема BNC-FJ, между оплеткой кабеля и экраном разъема BNC-FJ и отсутствие контакта между сигнальным проводом и оплеткой кабеля.

4. Если есть сальник PG-7 то предварительно надеть его на кабель открутив с него гайку.

5. Удалить изоляцию и оплетку с противоположного конца кабеля, на участке 3-5 мм. С сигнального провода снять изоляцию на участке 2-3 мм. Припаять к залуженному сигнальному проводу емкостную пластину.

При необходимости припаять компенсационную емкость между сигнальным проводом и оплеткой.

6. Обмотать участок сигнального провода и припаеную компенсационную емкость изолентой, так что бы емкостная пластина не болталась и была поджата краем изоленты. После чего емкостную пластину обильно смазывать солидолом.

Солидол “улучшает” диэлектрическую проницаемость и устраняет скачки области горения.

На графике красного цвета изображен сигнал, полученный с ВВ датчика (Ск = 3.3 нФ) без солидола. На графике синего цвета изображен сигнал, полученный с ВВ датчика (Ск = 3.3 нФ) с использованием солидола. Без использования солидола область горения иногда “подскакивает” на 20-30%.

7. Надеть ручку ВВ датчика так, что бы емкостная пластина упиралась в дно колпачка датчика. После чего зажать кабель либо с помощью сальника PG-7 либо закрепить изолентой (при этом с датчиком нужно обращаться крайне осторожно, что бы случайно не вырвать кабель из ручки датчика).

В результате должен получится высоковольтный емкостной датчик, который возможно непосредственно подключать к одному из аналоговых (с наличием Ск) или к логическому (без Ск) входов осциллографа.

Диагностика классической системы зажигания с трамблером с помощью 2-х рассматриваемых датчиков…

Использование осциллографа для анализа сигналов от автомобильных датчиков

Автор статьи: Майк Герц, Дэйв Ван Кайнен

• Категория: Испытания и измерения
• 14.01.2021
• (0) Комментарии

Используйте осциллограф для создания цепочки параметров измерения и математических операторов для анализа информации датчика SENT.

Современные автомобильные системы используют последовательную передачу данных для обеспечения быстрой передачи информации. Шина передачи полубайтов с одним фронтом (SENT), стандарт последовательных данных, которым управляет SAE International, является более дешевой альтернативой стандартам CAN и LIN. SENT набирает популярность для передачи данных с высоким разрешением между автомобильными датчиками и контроллерами; он обеспечивает цифровые показания температуры, давления, положения дроссельной заслонки и массового расхода воздуха.

В этой статье описываются новые методы анализа информации датчиков SENT с помощью осциллографов. Используя цепочку параметров измерения и математические операторы новым способом, датчик корпуса дроссельной заслонки и датчик дифференциального давления анализируются, чтобы выявить хронологические изменения в режиме реального времени.

SENT для датчиков перепада давления

【Загрузить】Отчет о сравнительном тестировании: Преодоление сложности в многоплатных системах

Датчик перепада давления, используемый в автомобильных приложениях, показан на Рисунок 1 . Этот датчик можно использовать, например, для измерения перепада давления на сажевом фильтре бензина и вывода результата измерения давления в виде потока цифровых данных. Желтый и серый провода подают питание на активную схему датчика, а зеленый провод выводит последовательные данные SENT, которые кодируют значения дифференциального давления.

Рисунок 1 Зеленый провод содержит цифровые данные SENT, которые проверяются осциллографом. Источник: Теледайн Лекрой

При тестировании выходного сигнала датчика первая задача инженера-автомобилестроителя состоит в том, чтобы разобраться в закодированных в цифровом виде данных о давлении. Захваченные сообщения SENT содержатся в желтой волновой форме, расположенной в верхней левой сетке Рисунок 2 . При включенном декодировании SENT отдельные слова SENT быстрого канала извлекаются и заносятся в таблицу декодирования (рис. 2, нижняя середина).

Рисунок 2 Цифровые данные шины SENT показаны вверху слева, а измерения для извлечения декодированных значений показаны в средней таблице. В нижней части изображения показаны коэффициенты перемасштабирования параметров, а в правом верхнем углу показан график результатов перемасштабирования дифференциального давления. Источник: Теледайн Лекрой

Поскольку показания датчика давления распределены по трем различным закодированным полям данных, цифровые значения давления должны быть повторно объединены, чтобы определить составное аналоговое значение давления. В таблице измерений (рис. 2 вверху посередине) параметры измерения P1, P2 и P3 извлекают цифровые значения из полей данных D0, D1 и D2. Для рекомбинации шестнадцатеричных данных о давлении в один десятичный результат используются операторы перемасштабирования измерения параметров P4 и P5 для умножения P1 и P2 на 256 и 16 соответственно. Параметр P6 выводит составное давление в килопаскалях.

Поскольку дифференциальное давление изменяется как функция времени, а каждое значение давления, вычисленное в P6, является статическим значением, включающим динамическое событие, полезно представить результаты вычислений в виде графика, чтобы определить, как дифференциальное давление изменяется во времени. Математический оператор отслеживания (рис. 2, вверху справа, зеленый) строит график P6, чтобы показать форму значений дифференциального давления во времени, с пиками и впадинами, за которыми следует возврат к исходному давлению.

Более длинные цепочки математических и измерительных операторов, необходимые для сложных вычислений, часто можно упростить с помощью графического программирования. На рис. 3 показана цепочка измерений, используемая для рекомбинации и масштабирования результатов данных SENT параметра P6. Каждая ступень в цепочке настроена, и на рис. 3 показано окончательное уравнение пересечения наклона и выбранное поле «единицы вывода», при этом единицы вывода выбираются как килопаскали (единицы давления). Выходной результат цепочки измерений, представленный на рисунке 3, представляет собой числовой результат, показанный в параметре измерения P6 на рисунке 2.

Рис. 3 Графическая связность используется для упрощения цепочки математических и измерительных операторов, используемых для объединения и масштабирования данных. Поле выбора также подсвечивается, чтобы показать переопределенные единицы килопаскалей. Источник: Теледайн Лекрой

Новая книга AspenCore Guide to Sensors in Automotive: Making Cars See and Think Ahead поможет вам разобраться в сенсорном лабиринте современных автомобилей. Она уже доступна в книжном магазине EE Times.

SENT для датчиков положения корпуса дроссельной заслонки

Датчики положения корпуса дроссельной заслонки используются для контроля поступления воздуха в двигатель. На рис. 4 показано физическое подключение датчика положения корпуса дроссельной заслонки SENT, в котором положение управляется инженером-испытателем вручную, а выходной сигнал контролируется осциллографом с датчиком осциллографа. При изменении положения дроссельной заслонки закодированные значения SENT отражают изменение. Большой объем данных собирается в Рисунок 5 (тройная сетка вверху слева) с трассировкой масштабирования, показывающей срез данных на тройной сетке внизу слева желтым цветом.

Рисунок 4 Здесь инженер вручную манипулирует датчиком положения корпуса дроссельной заслонки, в то время как осциллограф фиксирует закодированные данные SENT. Источник: Teledyne LeCroy

Используя аналогичный метод, описанный ранее для приложения датчика дифференциального давления, поля данных, соответствующие положению корпуса дроссельной заслонки, извлекаются из полей цифровых данных быстрого канала и рекомбинируются с использованием значений параметров измерения и масштабирования, что завершается выводом оператора P8. . Графическое представление положения корпуса дроссельной заслонки в зависимости от времени представлено на рисунке 5 (правая тройная сетка, красная), где положение достигает полностью открытого и закрытого положения рампы вместе со многими дискретными значениями между ними.

Рисунок 5 Данные сигнала SENT отображаются желтым цветом в левом верхнем углу, а извлеченные данные измерений отображаются в средней и нижней частях. График изменения положения дроссельной заслонки во времени показан вверху справа. Источник: Teledyne LeCroy

Подробный анализ поведения датчика

Подробный анализ поведения датчика SENT можно охарактеризовать, комбинируя декодирование протокола сигнала, параметры измерения, математические операторы и графические инструменты, что позволяет проводить анализ сложных автомобильных систем. Обратите внимание, что, поскольку на одном осциллографе могут одновременно работать несколько декодеров протоколов, анализ как датчика перепада давления, так и датчика положения дроссельной заслонки может выполняться одновременно на одном и том же осциллографе.

Кроме того, поскольку выходное давление и положение отображаются в виде сигналов дорожки, их можно наложить на одну и ту же сетку с использованием одного и того же масштаба для выявления корреляции между положением и давлением. Он также показывает причинно-следственные связи с другими сигналами, которые можно исследовать с помощью других доступных каналов. Возможности отладки увеличиваются в геометрической прогрессии при добавлении в анализ дополнительных автомобильных сигналов.

Первоначально эта статья была опубликована на EDN.

Майк Герц 20 лет работал инженером по эксплуатации в компании Teledyne LeCroy в Мичигане.

Дэйв Ван Кайнен , партнер-основатель Superior Measurement Solutions, преподает курсы по измерению в Teledyne LeCroy.

Статьи по теме:

• Отладка автомобильных последовательных шин: открытые CAN, LIN и FlexRay
• Технология аудиошины от ADI превосходит MOST, Ethernet AVB
• Тестирование по маске глазковых диаграмм CAN для автомобильных приложений
• Обзор книги: Руководство по датчикам в автомобилестроении
• Автоматизация тестирования аудиоинтерфейсов на встроенных платформах
• Отладка шин CAN/CAN FD с помощью осциллографа
• Кто отвечает за безопасность подключенного автомобиля?
• Считывание датчиков с помощью осциллографа

Как выбрать автомобильный осциллограф

КАК ВЫБРАТЬ АВТОМОБИЛЬНЫЙ ОСЦИЛЛОСКОП?

Сохранить эту страницу как документ в формате PDF

Введение
Автомобильный диагностический осциллограф является необходимым инструментом для поиска и устранения неисправностей датчиков, соленоидов, приводов, первичного и вторичного зажигания, передачи данных и т. д. Специализированный автомобильный осциллограф также называется автомобильным лабораторным прицелом, анализатором двигателя или мотор-тестером.
При проверке цепей, источников питания и заземления сигналы часто меняются слишком быстро, чтобы их можно было проверить с помощью мультиметра. Часто в ЭБУ не сохраняются коды неисправностей, но проблема существует, потому что код неисправности записывается только в случае обрыва или короткого замыкания на положительный или отрицательный источник питания или неисправность датчика/исполнительного механизма. Однако, если датчик/исполнительное устройство перестало работать в каком-либо среднем положении, DTC не регистрируется. В таком случае автомобильный диагностический осциллограф – ваш самый необходимый инструмент. Это незаменимый инструмент, когда вам необходимо наблюдать за выходными сигналами от индуктивных датчиков, медленно меняющимися аналоговыми сигналами, кривыми тока стартера, зарядными токами и т. д. Он может визуализировать процесс искры зажигания, чтобы помочь выявить периодически возникающие проблемы. Важно отметить, что почти каждый цифровой осциллограф может показать форму сигнала зажигания на одном цилиндре, но только специализированный автомобильный диагностический осциллограф покажет все цилиндры одновременно (в зависимости от того, сколько каналов вы используете).
Ниже описано несколько очень важных моментов, которые следует учитывать перед выбором автомобильного осциллографа:

1. Не рекомендуется иметь осциллограф и сканер в одном устройстве.

• Первая и основная причина — нельзя одновременно использовать осциллограф и сканер;
• Во-вторых, что не менее важно, осциллограф в сканирующем приборе означает, что оба устройства используют одну и ту же печатную плату, один и тот же источник питания, и вполне возможно, что этот тип осциллографа не будет работать как хороший автомобильный.

2. Рекомендации по пользовательскому интерфейсу для автомобильного диагностического осциллографа?

• Избегайте осциллографов, изначально предназначенных для научных и промышленных целей. Такие прицелы требуют много времени на обучение и подготовку. Не говоря уже о том, что они обычно не имеют предварительных настроек или не могут выполнять автомобильные измерения без адаптеров, которые обычно не входят в комплект.
• Включена ли база данных автомобильных предустановок? Предустановки автоматически настраивают вертикальные масштабы, временную базу, положение триггера и т. д. для простоты настройки и эксплуатации. Есть ли в осциллографе возможность добавлять новые предустановки и редактировать их?
• Может ли пользовательский интерфейс позволить пользователю добавлять новые или редактировать различные уже имеющиеся входные датчики для измерения высокого напряжения, датчики зажигания, токовые клещи, преобразователи давления, датчики температуры и т. д.?
• Есть ли встроенная библиотека шаблонов сигналов и можно ли добавлять новые пользовательские сигналы?
• Можно ли визуализировать процесс зажигания и показать цилиндры, расположенные рядом или друг под другом в «парадном» стиле?
• Есть ли возможность наложить 720-градусный кадр на текущую осциллограмму? Полная линейка измерения вращения коленчатого вала на 720 градусов очень полезна для наблюдения за всеми циклами двигателя.
• Есть ли возможность поделиться сохраненными реальными осциллограммами с другими пользователями осциллографа в универсальном формате вывода?

3. ПК или портативный осциллограф
Если вам необходимо использовать осциллограф в полевых условиях, портативный осциллограф может быть правильным выбором. Их главное преимущество заключается в том, что они также могут предложить производительность настольных осциллографов в мобильном и прочном форм-факторе. Ручные осциллографы часто легче настроить из-за меньшего количества подключений по сравнению с осциллографами на базе ПК. Встроенная система реального времени в портативных осциллографах часто является большим преимуществом, поскольку отсутствует операционная система, которая может вызвать проблемы.
Однако осциллографы на базе ПК имеют большие экраны и часто позволяют сохранять больше данных измерений на жестком диске ПК. Часто осциллографы, в которых обработка полученных данных в основном осуществляется на ПК, имеют очень большую глубину памяти.
Во избежание передачи через землю высокого напряжения, которое может привести к выходу из строя используемого ПК или повреждению ЭБУ в автомобиле, следует убедиться в отсутствии гальванической связи между ПК и осциллографом ПК, которая не осциллографы есть.

4. Сколько каналов?
Осциллографы бывают одноканальные, двухканальные, четырехканальные и до десятиканальные. Решая, какой из них выбрать, вы должны учитывать количество отображаемых сигналов.
Если мы хотим провести быструю диагностику, чтобы определить наличие сигнала и его соответствие нормам, одного канала достаточно.
Два канала достаточны для корреляции распредвала/коленвала и считывания сигналов с датчиков, просмотра осциллограмм форсунок и катушек, просмотра выходных напряжений термисторов, просмотра выходных сигналов датчиков положения дроссельной заслонки и т. д.
Осциллографы с четырьмя независимыми изолированными каналами обычно используются, когда требуется одновременный просмотр цепи зажигания или при работе с типичным состоянием, при котором заводной вал не запускается, когда совместный просмотр основных входов и выходов помогает быстро определить, где неисправность.

5. Важные технические характеристики
Большинству автомобильных техников трудно читать и понимать спецификации области применения, а затем сопоставлять их с требованиями испытаний.

— Полоса пропускания
Полоса пропускания — это характеристика, определяющая электрический сигнал самой высокой частоты, который может отображать осциллограф. Чтобы обеспечить точное представление формы сигнала, вы должны убедиться, что полоса пропускания осциллографа выше, чем максимальная частота измеряемого сигнала. Но обратите внимание, что излишне высокая полоса пропускания приведет к появлению шума или нежелательных сигналов на экране осциллографа. Хорошо, если полоса пропускания прицела соответствует задаче измерения.
Прицелы с высокой пропускной способностью могут быть довольно дорогими, поэтому вам, возможно, придется пойти на компромисс. Полоса пропускания относится к частоте, на которой входной сигнал ослабляется на 3 дБ. Это означает, что сигналы не могут быть точно захвачены вблизи полосы пропускания осциллографа. Таким образом, полоса пропускания осциллографа должна быть примерно в два раза больше, чем максимальная измеряемая частота.

— Частота дискретизации
Частота дискретизации — это количество раз в секунду, которое осциллограф производит выборку тестируемой схемы. Большинство осциллографов имеют две разные частоты дискретизации или режимы: дискретизация в реальном времени и дискретизация в эквивалентном времени (повторяющаяся), которые указываются в мега- или гига-выборках в секунду (МС/с или ГС/с). При выборе осциллографа убедитесь, что вы знаете, к какому типу выборки относится спецификация. Для использования в автомобиле выборка за эквивалентное время составляет , а не рекомендуется, потому что он полезен только для периодических сигналов и поэтому не подходит. При недостаточной частоте дискретизации вы не сможете выявить истинную амплитуду и длительность любого заданного импульса. Хорошим выбором будет около 20 миллионов выборок в секунду почти для всех диагностических приложений.

— Глубина памяти
Размер буферной памяти, в которой захваченные данные хранятся в осциллографе, называется глубиной памяти. Осциллограф с большой памятью позволяет пользователям поддерживать более высокую частоту дискретизации в течение более длительного периода времени. Это наиболее очевидно при увеличении сигнала. Ограниченный объем памяти не позволит осциллографу точно зафиксировать форму сигнала, поскольку точки выборки расположены слишком далеко друг от друга.
Основным недостатком очень большой глубины памяти является то, что данные слишком велики, и вам придется просмотреть их вручную, чтобы найти искомое событие. Другим недостатком избыточной глубины памяти является то, что при определенных условиях она замедляет работу осциллографа и/или увеличивает мертвое время. Это может привести к необходимости использования слишком мощного и дорогого ПК или планшета.

— Разрешение
Это способность осциллографа разрешать малые напряжения и зависит от нескольких параметров осциллографа:

• Количество битов встроенных аналого-цифровых преобразователей. Обычно вертикального разрешения в 8 бит вполне достаточно для всех автомобильных приложений;
• Опорное напряжение АЦП (аналого-цифрового преобразователя);
• Цепь входного аттенюатора;
• Тип предусилителя входного сигнала, если он существует.

7. Датчики и входные диапазоны
При выборе осциллографа ищите производителя, который предлагает полный набор принадлежностей для расширения входных диапазонов и области применения их устройства. Для измерения сигналов высокого напряжения или тока, таких как: форсунки, первичное и вторичное зажигание и т. д., необходимо расширить входной диапазон осциллографа с помощью подходящего входного пробника. Существуют аттенюаторы 10:1, 20:1, емкостные и индуктивные токоизмерительные клещи, токоизмерительные клещи, переходники для связи по переменному току и т. д. Очень важно, чтобы входные пробники как минимум соответствовали полосе пропускания осциллографа, если не превышали ее.

8.