195581. lajstromszámú szabadalom • Berendezés gyorsulás mérésére és rögzítésére
1 195 581 2 A találmány tárgya berendezés gyorsulás mérésére és rögzítésére, amely elsősorban gépjárművekben használható a gépjármű gyorsulásának mérésére, kijelzésére és szükség esetén a mért értékek tárolására. A gyorsulások, lassulások nagyságát számos ismert elven mérhetjük. A mérési lehetőségeket korlátozza az a körülmény, ha a gyorsulást a gyorsuló testben, például mozgó gépkocsi belsejében kell érzékelni. Egy ismert lehetőség például a sebesség differenciálhányadosának mérése, amely gépkocsi sebességmérőknél azok tehetetlensége és pontatlansága miatt nem tud megfelelő eredményt szolgáltatni. Sok esetben nem elegendő a gyorsulás egy adott irányba (például előre-hátra) eső összetevőjének ismerete, hanem annak irányára és abszolút nagyságára is szükség van. Professzionális gépjármű forgalomban a menetadatok rögzítése tachográffal történik. A tachográfról éppen a legkritikusabb esetekben nem lehet megfelelő pontossággal megállapítani a gyorsítás vagy lassítás nagyságát, irányát. A tachográf a gépkocsi menetadatait nemcsak méri és jelzi, hanem tartósan rögzíti is. A gyakorlat által régóta felvetett igény ezért a gépkocsi gyorsulásának, lassulásának mérése, esetenként nemcsak nagyság, hanem irány szerint is, továbbá a mért adatok rögzítése. A 4.495.815 lajstromszámú US szabadalomból ismert olyan gyorsulásérzékelő, amelyben három, egymástól térközzel elválasztott precíziós kemény mágnes terében magra csévélt tekercs helyezkedik el. A mag üreges és a középső mágnest körülveszi. A tekercs egy a mágneses térrel párhuzamos külső tengely körül csapágyazott forgókar egyik végén helyezkedik el, a forgókar másik vége a tengellyel párhuzamos lap. A tekercsen keresztülvezetett áram mágneses tere kapcsolódik a mágnesek állandó mágneses terével, és ezáltal közöttük erőhatás lép fel. Ennek az erőhatásnak a differenciálhányadosa adott irányú gyorsulással arányos. A szabadalmi leírás 3. hasábjában utalás történik az érzékelőnek zárt hurökáramkörbe kapcsolt működésére. Ekkor a mágneses térrel párhuzamos lap, valamint egy rögzített pont között mért távolságot infravörös távolságmérővel mérik, majd a távolsággal arányos áramjelet vezetnek át a tekercsen. Ennek a szerkezeti megoldásnak a kivitel szempontjából három fő hiányossáea van. Első nehézségként említhető, hogy a szerkezet rer kívül érzékeny a mágneskörök kialakítására és a tekercsnek a térben felvett helyzetére. Második probléma a távolságmérés korlátáiból adódik. Infravörös távolságmérés pontossága és a mérés időszükséglete kérdéses. Egy visszacsatolt analóg rendszerben a visszacsatoló jel időbeli késedelme és pontatlansága a teljes visszacsatoló hurok megbízhatóságát csökkenti. A harmadik probléma gyorsulásmérés esetén a visszacsatolt szabályozás lengésekre, berezgésekre való hajlamából adódik. A hurokban túl sok a származtatott jellemző, ezek a rendszert instabillá teszik. ' Az itt vázolt megoldás mérete, ára és műszaki korlátái miatt nem alkalmas gépkocsikban a szokásosan fellépő gyorsulások mérésére és rögzítésére. A találmány feladata ezen igény kielégítése és olyan berendezés létrehozása, amellyel a gyorsulás, lassulás mértéke kifejezhető és megfelelő biztonsággal tárolható. A kitűzött feladat megoldásához olyan gyorsulás érzékelő kidolgozása vezetett, amely a gyorsulás csak egy adott irányba eső összetevője iránt érzékeny és amely közvetlenül villamos jelet szolgáltat. Ebben az érzékelőben egy mágneses térben elfordíthatóan csapágyazott keret, ezen kiképzett tekercs, a kerettel mereven összekapcsolt kereszttag, erre erősített mechanikai tömeg, a kereszttaghoz rögzített, előnyösen rá merőleges síkú lap és optikai érzékelő van, a lap síkja az optikai érzékelő érzékelési zónáját részlegesen takarja, az optikai érzékelőben fényérzékelő tranzisztor van, amely nagy erősítési tényezőjű több tranzisztoros erősítő fokozathoz csatlakozik, a tekercs ennek kimeneti áramkörébe van kapcsolva, az erősítő fokozat egy közbenső pontja és a föld közé kompenzáló kondenzátor kapcsolódik, az erősítő fokozat kimenetéhez feszültségvezéreit oszcillátor csatlakozik, ennek kimenete frekvenciaszámlálóhoz kapcsolódik, és a berendezés tartalmaz a megszámolt frekvenciaiéiból gyorsulásjeleket képező mikroprocesszort és ehhez tartozó memóriát és a kijelző a mikroproceszszor kimenetéhez csatlakozik. A találmány szerinti berendezés egy előnyös kiviteli alakja a gyorsulás irányának meghatározására is alkalmas és ennek két egymásra merőleges érzékelési irányú, azonosan kialakított gyorsulás érzékelője és egy-egy ehhez kapcsolt feszültségvezéreit oszcillátora van, és tartalmaz egy, a másik kettővel azonos felépítésű harmadik feszültségvezéreit oszcillátort, amelynek bemenete stabilizált feszültségforráshoz kapcsolódik, a három feszültségvezérelt oszcillátor kimenete multiplexeren keresztül van a mikroprocesszorral összekötve. Az áramfelvétel korlátozása érdekében előnyös, ha a mikroprocesszor standby üzemmódra alkalmas típusú és standby bemenetéhez standby áramkör csatlakozik, ennek egyik bemenete kapcsolóval, másik bemenete pedig tápegységgel van összekötve, amelyhez belső akkumulátor kapcsolódik. Az érzékeléshez szükséges nagy erősítési tényezőt előnyösen úgy biztosíthatjuk, ha az erősítő fokozatot Darlington kapcsolású két tranzisztor képezi. Az optikai érzékelőben a fényforrást előnyösen fénykibocsátó dióda képezi. A találmány szerinti berendezés megfelelő érzékenységgel rendelkezik, áramfelvétele kicsi, a standby állapotban a gépkocsi állása alatt, vagy szállítás közben a tárolt adatokat tartósan megőrzi és lehetővé teszi a gyorsulási viszonyok utólagos rekonstrukcióját. A mikroproceszszor használata számos további funkció alkalmazásának lehetőségét rejti magában. A találmány szerinti berendezést a továbbiakban egy kiviteli példa kapcsán, a rajz alapján ismertetjük részletesebben. A rajzon az: 1. ábra a találmány szerinti berendezés gyorsulás érzékelőjének elrendezési vázlata, a 2. ábra az 1. ábrán vázolt érzékelőhöz tartozó áramkör kapcsolási rajza, és a 3. ábra a találmány szerinti berendezés általános tömbvázlata. A gyorsulás érzékelő felépítését és működését az 1. és 2. ábrák kapcsán ismertetjük. Az ismert lengőtekercses műszerekhez hasonló, tekercseléssel ellátott 10 keret a rajzon nem vázolt homogén mágneses térben helyezkedik el, mindkét végén csapágyak között elfordulhat és lapos spirálrugók egy adott szöghelyzetben tartják. A 5 10 15 20 25 30 35 40 50 55 60 2
