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1、传感器与测试技术课程设计 传感器与测试技术在汽车中的应用课程设计 分校(站、点 :江苏广播电视大学 年级、专业 :机械制造及其自动化 学生姓名 :陈明 学 号: 1232001200039 指导教师 : 完成日期 : 2013、 6 一、概述 汽车传感器的应用是当今世界汽车高档化、电子化、 舒适化、 自动化发展的 关键性技术之一。就一些普通汽车的传感器有几十到上百个传感器, 而一些高档 车 大约使用 200-300个传感器 , 并且数量是越来越多。如今汽车行业对于机械部分、 电气部分、行车电脑、数据处理、人车智能交流等技术都相对起步比较晚, 因此世 界各国对汽车用传感器的研究、开发等与价格都非
2、常重视。另一方面 , 由 于燃料 排气法规的限制 , 使得汽车生产厂家在汽车大量运用电子及其自动控制技术, 这其 中传感器尤为重要。一般传感器的输出信号都比较弱, 比较收到外界噪音的干扰。 而汽车传感器是把所有动、静态的物理量在复杂的工作条件下变成电量,也是机、 电、化学等的结合体。 汽车传感器大致分为两类 :一类是使司机了解汽车各部分状态的传感器; 另 一 类传感器是用于控制汽车运行状态的控制传感器,其主要种类如下图 : 汽车传感器总的发展趋势是多功能化、集成化、智能化、微型化。 二、汽车用传感器的设计与选用原则 汽车传感器具有以下特点 : (1有较好的环境适应性 汽车的环境温度变化范围较宽
3、(-40-80摄氏度 ,道路表面优劣 程度相差也大 , 天 气情况也会有所影响 , 因此要求传感器耐震、耐水、 耐温、耐冲击、抗电磁干扰 等。 (2批量生产性 (3可靠性 (也就是稳定性要好 (4体积小、重量轻、便于安装 (5符合相关法规的要求 除以上几个特点外 ,在设计是选用还应考虑传感器的灵敏度、分辨力、误差、 线性度、响应速度等因素。 三、测试系统的构成 测试系统由一些不同功能的环节组成,这些环节保证了由获取信号到提供观测 的最必要的信号流程功能。图 1是一测试系统最基本的组成结构方框图。 图 1 测试系统组成原理方框图 通常,传感器将被测物理量转换成以电量为主要形式的电信号, 信号变换
4、部分是 对传感器所送出的信号进行加工, 电压或电流信号利用滤波电路抑制噪音、选出有 用的信号 ; 由于信号分析和处理理论以及信息处理技术的迅速发展, 特别是计算机 技术在信号处理中的广泛 应用, 近年来已经信号的后续处理部分引入到测试系统, 成为测试系 统的有机 组成部分 ,形成如下图 2: 图 2 包含信号处理功能的测试系统 四、传感器的定义、组成、分类及要求 (1传感器的概念 传感器 ,人们用肉眼看可以感觉到物体的形状、大小以及颜色等外观特征 ,用耳 朵听能感觉到声音 ,用鼻子闻能感觉到气味。人的五官作用是将外界刺激信号转换 为驱动各种神经能传递这种外界刺 激信号的能量。传感器就是模拟这种
5、作用,将特定的被测量 (包括物 理量、化学 量、生物量等 ,按照一定的规律转换成某种可用的输出 信号的器件。 (2传感器的定义以及组成 传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于 应用的另一种量的测量装置。 传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成,如下 图 3: 图 3 传感器组成框图 敏感元件 :它是直接感受测量 , 并输出与被测量成确定关系的某一种量的元件。 转换元件 :敏感元件的输出是它的输入,它把输入转换成电路参量。 转换电路 :电路参数接入转换电路 ,便可转换成电量输出。 (3传感器的分类 传感器行业是一个知识密集、技术密集的行业 , 它与许多科学
6、有关,它的种类 十分繁多。 按照传感器的工作原理可分为结构型与物性型两大类。 按照传感器的能量转换情况, 可分为能量控制型传感器和能量转 换型传感器。 按照物理原理可分为：电路参量式传感器 2、 1、 压电式传感 器 3、 磁电式传感器 4、光电式传感器 5、波式传感器 6、热电式传感器 7、 射线 式传感器 8、半导体式传感器 9、其它原理的传感器等五、汽车发动机控制用传感 器 （1）温度传感器（为了清楚发动机的热状态，在仪表上会有故障灯显示，当有 故障时传感器会及时反馈信号给行车电脑，电脑会做出一些判断提示汽车水冷， 进气排气等存在问题，此时故障灯会亮起，这就是传感器的作用） (2 压力传
7、感器 （检测汽缸压力、大气压力、缸内压力等参数） (3 曲轴位置、转速传感器（进行 空燃比、点火时刻、怠速转速和排气再循环，发动机转速等必须的信息）（4）流 量传感器（通常采用调整供油量与供气量相匹配的方式调节空燃比） （5）氧传感 器（在使用三元催化剂时，此传感器是不可缺少的部件）（6）爆燃传感器 2、 24GHz 雷达传感器 24GHz 雷达传感器用于汽车防撞安装系统，通过发射雷达波来 判断前方出现的物体大小，距离和移动速度，进而通过显示器 或与汽车制动系统进行配合，避免汽车与前方物体相撞。传感器发射频率在 24.125GHz 左右， 可以调节的频率范围在 50KHz 左右。 精度在国外精
8、度可以达到 毫米级别 。 六、传感器用于汽车底盘控制系统中传感器是指在变速器系统、悬架 系统、动力转向系统、制动系统中的传感器 ,它们在不同系统中作用不同,但工作原 理与发动机中传 感器是相同的 ,主要应用于以下几个总成中。 1、 悬架传感器 :是通 过对汽车悬挂元件特性进行干预和调节来实现的汽车动力学控制。系统根据汽车 运动状况和这些传感器检测到的信息计算出每个车轮悬挂阻尼器的最优阻尼系数, 自动调整车高 ,抑制车 辆姿势的变化等 ,实现对车辆舒适性、操纵稳定性和行车稳定 性的控 制。 2.系统传感器 :系统是通过对车轮转向角的电子控制来实现的,常见 的 系统有主动前轮助力转向系统ESP,主
9、动前轮叠加转向系统AFS 和主 动后轮转向系 统 RWS。 七、微型传感器的发展趋势由于汽车传感器在汽车电子控制系统中的重 要作用和快速增长的市场需求，世界各国对其理论研究、新材料应用和新产品开 发都非 常重视。未来的汽车用传感器技术，总的发展趋势是微型化、多功能化、 集成化和智能化。多功能化是指一个传感器能检测 2 个或者两 个以上的特性参数 或者化学参数，从而减少汽车传感器数量，提高系 统可靠性。 集成化是指利用 IC 制造技术和精细加工技术制作 IC 式 传感器。 智能化是指传感器与大规模集成电路相结合，带有 CPU，具 有智能作用，以减少 ECU 的复杂程度，减少其体积，并降低成本。微
10、型传感器基于从半导体集成电路 技术发展而来的 MEMS(微电 子机械系统， 微型传感器利用微机械加工技术将微 米级的敏感元件、信号处理器、数据处理装置封装在一快芯片上，由于具有体积 小、价 格便宜、便于集成等特点，可以明显提高系统测试精度。目前该技术日渐 成熟，可以制作各种能敏感和检测力学量、磁学量、热学量、化学量和生物量的 微型传感器。由于基于 MEMS 技术的微型传感器在降低汽车电子系统成本及提高 其性能方面的优势，它们已开始逐步取代基于传统机电技术的传感器。基于 MEMS 技术的微型传感器在降低汽车电子系统成本及提高其性能方面的优势，它 们已开始逐步取代基于传统机电技术的传感器。随着纳米技术的进步，体积更 小、造价更 低、功能更强的微型传感器将广泛应用在汽车的各个方面。在未来几 年内， 包括发动机运行管理、废气与空气质量控制、刹车防抱死系统、车辆动力 学控制、自适应导航、车辆行驶安全系统在内的应用将为 MEMS 技术提供广阔的 市场。 总之，随着电子技术的发展和汽车电子控制系统应用的日益广泛，汽车传 感器市场需求将保持高速增长，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。