Press "Enter" to skip to content

Сравнение емкостного и ультразвукового датчиков дистанционного открытия дверей

Производители автомобилей используют как емкостное, так и ультразвуковое измерение в функциях «пинка» и в приложениях, облегчающих парковку. Как часть системы пассивного запуска (PEPS), эти датчики могут добавить удобную систему автоматического открытия дверям, хэтчбекам и багажникам.

Поскольку и емкостный, и ультразвуковой методы обнаружения изменений в окружающей среде возле автомобиля имеют свои преимущества, давайте сравним их.

Открывание дверей автомобиля с помощью касания или дистанционно

Сходства

Во-первых, давайте посмотрим на сходство. Оба метода обнаружения представляют интерес, когда вы хотите определить наличие объекта, не касаясь его (бесконтактное определение). Как емкостное, так и ультразвуковое сканирование используют колебательный (вибрирующий) сигнал для обнаружения близлежащего объекта; для емкостного считывания колебание имеет форму электромагнитного поля, на которое воздействуют близлежащие объекты. Для ультразвукового измерения колебание имеет форму акустической волны звукового давления, которая отражается от объекта, измеряя эхо. Ни один из методов не требует, чтобы воспринимаемый объект сам передавал какую-либо энергию; другими словами, воспринимаемый объект может быть «пассивным» при подаче сигнала на датчик.

Приложения, открывающиеся при нажатии («пинке»), отличаются от других бесконтактных измерений тем, что система ищет кратковременное изменение окружающей среды вокруг датчика, а не производит точное измерение расстояния, как при измерениях в процессе помощи при парковке или измерении уровня жидкости. Следовательно, как емкостный, так и ультразвуковой методы могут определять приближение близлежащих объектов без необходимости точного определения расстояния до приближающегося объекта.

Формат ответа

Теперь давайте посмотрим на некоторые различия между двумя методами измерения.

Реакция емкостного датчика является скалярной величиной. Для каждого образца во времени емкостный датчик выдает единственное значение, представляющее измеренную емкость (или переменную частоту колебаний). Это единственное значение представляет общую измеренную емкость, будь она от одного объекта или нескольких. На рисунке ниже показана последовательность выборки (61 раз) из емкостного датчика во время «удара» ногой.

Пример отклика емкостного датчика во время удара ногой

С другой стороны, отклик ультразвукового датчика обычно представляет собой векторную величину, состоящую из набора упорядоченных пар времени и амплитуды эха. Каждая пара указывает меру расстояния от преобразователя до объекта, а также размер и его отражательную способность. Таким образом, отклик ультразвукового датчика может по отдельности показывать более одного объекта в области его интересов, а также расстояние до каждого объекта. Включение указанных расстояний позволяет разработчикам «отсеивать» объекты на определенных расстояниях и уделять больше внимания объектам на нужных расстояниях. На рисунке ниже показана последовательность из десяти векторов отклика от ультразвукового датчика.

Пример отклика ультразвукового датчика во время удара ногой

Расположение датчика и поле чувствительности

Так как люди активируют систему «пинком», конструкция датчика должна учитывать размер и форму поля его чувствительности. Поле чувствительности ультразвукового датчика обычно представляет собой трехмерный конусообразный объем, исходящий от ультразвукового преобразователя. В тех случаях, когда чувствительная зона имеет небольшое расстояние, конус будет иметь ограниченный размер, но для увеличения зоны чувствительности можно использовать несколько преобразователей. Поскольку только датчик, находящийся на открытом воздухе, может эффективно передавать и принимать ультразвуковую энергию, ультразвуковые датчики обычно должны устанавливаться на внешней стороне автомобиля, например, в отверстиях в кожухе бампера.

Для емкостных датчиков антенны могут различаться по форме; тогда предметом беспокойства является объем вокруг каждой антенны во всех измерениях. Один общий подход заключается в использовании линейных антенн, которые обеспечивают длину чувствительной области; линейная антенна имеет цилиндрическое поле чувствительности. По умолчанию чувствительный объем включает в себя корпус автомобиля, но добавление заземляющей плоскости может защитить антенну от большинства воздействий автомобиля, таких как изменения электрического поля из-за освещения или электродвигателей.

Ультразвуковая слепая зона

После каждого процесса пингования ультразвуковому преобразователю требуется несколько циклов, чтобы остановить колебание. В течение этого времени любое полученное эхо может быть перепутано со звонком исходящего сигнала. Ультразвуковое измерение имеет минимальное расстояние для распознавания объекта, в то время как емкостное измерение не имеет такого соответствующего «слепого пятна». Один из способов обойти минимальное расстояние — использовать два ультразвуковых преобразователя: один для передачи и один для приема. Другой метод заключается в активном подавлении колебаний преобразователя сразу после завершения процесса пингования.

Эффекты композиции объекта

Емкостное зондирование обнаруживает изменения в емкости между датчиком и внешним миром, что, в свою очередь, зависит от электрических свойств воспринимаемого объекта. Сильное или слабое соединение с землей, а также более или менее проводящий материал в объекте будут влиять на реакцию на любой объект возле емкостных антенн.

Ультразвуковое зондирование зависит от акустических свойств объекта. Сильное эхо зависит от площади поперечного сечения объекта, а также от акустического сопротивления его поверхности. Большие объекты, очевидно, будут давать более сильное эхо, чем маленькие, а мягкие объекты, такие как ткань или мех, будут создавать более слабые эхо, чем твердые или гладкие.

Влияние внешних факторов

Ни емкостное, ни ультразвуковое измерение не являются полностью невосприимчивыми к помехам от внешних факторов. При емкостном измерении на датчик воздействуют электромагнитные помехи (EMI), а также непреднамеренные изменения электрических свойств вокруг антенны датчика. Например, мобильные телефоны, флуоресцентные лампы и электродвигатели создают электромагнитные помехи, которые могут повлиять на емкостное измерение. Одним из способов уменьшить этот эффект является использование узкополосного измерения частоты, которое игнорирует любые электрические помехи на другой частоте. К непреднамеренным изменениям в электрической среде могут также относиться такие события, как помещение клюшек для гольфа или других металлических предметов в багажник, что может изменить базовую емкость, измеренную датчиком.

Ультразвуковые преобразователи по своей природе являются узкополосными, так как они имеют определенную резонансную частоту. Однако широкополосные источники акустического шума, такие как белый шум от пневматических тормозов, могут иметь значительное содержание в ультразвуковом диапазоне преобразователя, что может быть ложно воспринято как эхо-сигнал. Поскольку датчик должен подвергаться воздействию окружающей среды, он также уязвим к загрязнению дождем и грязью, что может отрицательно влиять на эффективность его применения. На рисунке ниже показаны примеры воды и грязи на датчиках.

Вода на емкостном датчике и грязь на ультразвуковом датчике автомобиля

Выводы

Вы можете использовать емкостное или ультразвуковое измерение для реализации функции автоматического открытия механизмов или частей автомобиля без прикосновения человека. Вы должны учитывать относительные преимущества каждого из них, чтобы определить, какой метод лучше всего соответствует вашим потребностям.

Оставьте комментарий

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *