“检测传感技术在汽车上的应用”讲义.doc

 PAGE - 35 - 概述 0 课程简介 1 发展历史 汽车传感器最早使用是在20世纪60年代，那个时候汽车上仅有机油[1]压力传感器、油量传感器和冷却液温度传感器，他们是直接与仪表或指示灯连接的。 进入20世纪70年代后，人们环保意识增强，为了减少污染、治理排放，就增加了一些传感器来协助控制汽车的动力系统，因为同期出现的催化转化器[2]、电子点火和燃油燃油喷射装置需要一些传感器来维持一定的空燃比以控制排放。20世纪80年代，依靠传感器工作的防抱死制动装置和安全气囊提高了汽车安全性。 今天，汽车传感器已经发展到了有用来专门检测各种流体温度、压力的传感器(如进气温度、进气压力、冷却液温度、机油温度和燃油喷射压力等)；有用来检测速度和位置的传感器(如车速传感器、节气门开度、凸轮轴或曲轴的转角和速度传感器、废弃再循环阀(EGR)的闻之传感器等)；还有用于检测汽车发动机负荷大小、爆燃、断火情况及废气中含氧量的传感器；有专门检测座椅位置的传感器；在防抱死制动系统和悬架[3]控制装置中检测车轮转速、路面高度和轮胎气压的传感器；为保护成员有安全气囊系统，该系统也需要较多的碰撞传感器和加速度传感器。 进入21世纪后，汽车传感器应用将继续保持高速增长，以Mems技术为基础的微型化、多功能化、集成化和智能化的传感器将逐步取代传统的传感器，成为汽车传感器的主流。敏感元件和触感器的发展的总趋势是小型化、集成化、多功能化、智能化、系统化。 2 传感器定义 汽车传感器是一种能检测物理量、电量和化学量等信息，并能把所检测到的信息转换成电子控制单元(ECU)能接收的电信号，也就是对信息进行采集和传输的器件。在国标GB7655-1987《传感器通用术语》中，将传感器定义为：“能够感觉规定的被测量，并按一定的规律将其转换成输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转化元件组成”。敏感元件指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被测量传唤成适合于传输的电信号部分。国际电工委员会的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置装置，它将输入量转化成???供测量的信号”。 3 传感器组成 传感器一般由敏感元件、转换元件和其他辅助元件组成。有时也将信号调节与转换电路及辅助电源作为传感器的一部分，如图1-1所示。 敏感元件指直接感受被测量(一般为非电量)，并输出与被测量成确定关系的其他量的元件。如应变式压力传感器的弹性膜片就是敏感元件，它的作用是将压力转化为膜片的变形。 转化元件指的是传感器中能将敏感元件感受(或响应)的被测量转化成适合于传输和测量的电信号部分。当输出信号为规定的标准信号时，则一般称为变送器，又称转化器，一般不直接接受被测量，而是将敏感元件输出的量转化为电量输出的元件。如应变式压力传感器的应变片，它的作用是将弹性膜片的变形转化为电阻值的变化。 信号调节与转换电路一般是指能把转化元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理和控制的有用电信号的电路，信号调节与转换电路的选择要视传感元件的类型而定，常用电路有信号放大器电桥、振荡器、阻抗变换器等。 4 传感器的分类与基本特征 4.1 分类 传感器的分类方法有很多，常见的分类方法可按能量关系、信号转换、输入量、工作原理、输出信号和制造工艺进行分类。 1. 按能量关系分类 可分为主动型和被动型两类。 汽车上使用的传感器大多数属于被动型传感器，这种被动传感器需要外加输入电源才能产生电信号，所以这类传感器实际上是一个能量控制器。采用电阻、电容、电感，利用应变效应、磁阻效应[4]、热阻效应制成的传感器都属于被动型传感器。 主动型传感器的工作不需要外界提供电源，由自身吸收其他能量(光能和热能)，经变换后再输出电能，它是一个能量变换装置。采用压电效应[5]、磁致伸缩效应[6]、热电效应[7]、光电效应等原理制成的传感器都属于主动型传感器。 2. 按信号转换分类 可分为由一种非电量信号转换成另一种非电量，如弹性敏感元件和气动传感器；另一种是由非电量转化为电量的传感器，如热电偶温度传感器、压电式加速度传感器。 3. 按输入量分类 按输入量分类即按被测量分类，可分为位移、速度、加速度、角位移、角速度、力、力矩、压力、真空度、温度、电流、气体成分、浓度传感器等。 4. 按工作原理分类 有电阻式、电容式、应变式、电感式、光电式、光敏式[8]、压电式、热电式传感器等。 5. 按输出信号分类 有模拟式和数字式传感器两种。 汽车上，大多数传感器以产生模拟电压信号为主。 6. 按制造工艺分类 分为集成传感器、薄膜传感器、厚膜传感器、陶瓷传感器等 7. 按使用功能分类 一类是使驾驶、维修人员了解汽车各部分状态的传感器，如温度、车速、发动机转速、液体压力传感器等；另一类是用于控制汽车运行状态的传感器