汽车电子工业中传感器的应用研究毕业设计(编辑修改稿)

汽车电子工业中传感器的应用研究毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

度、加速度、角位移、角速度、力、力矩、压力、真空度、温度、电流、气体成分和浓度传感器等。 ： 传感器按工作原理分类 ， 有电阻式、电容式、应变式、电感式、光电式、光敏式、压电式和热电式传感器等。 7. 按被测对象分 类： 按传感器的被测量对象――输入信号分类，能够很方便地表示传感器的功能，也便于用户选用。 按这种分类方法，传感器可以分为温度、压力、流量、物位、加速度、速度、位移、转速、力矩、湿度、粘度、浓度等传感器。 生产厂家 3 和用户都习惯于这种分类方法。 同时，这种方法还将种类繁多的物理量分为两大类，即基本量和派生量。 例如，将“力”视为基本物理量，可派生出压力、重量、应力、力矩等派生物理量，当我们需要测量这些派生物理量时，只要采用基本物理量传感器就可以了。 8. 按构成传感器的功能材料分类 按构成传感器的功能材料不同，可将传感器分为半导体传感器、陶瓷传感器、光纤传感器、高分子薄膜传感器等。 9. 按某种高新技术命名的传感器分类 有些传感器是根据某种高新技术命名的，如集成传感器、智能传感器、机器人传感器、仿生传感器等。 4 2 汽车发动机传感器 发动机上的传感器能够反应发动机的实时工作状况，以便让 相关系统对发动机进行及时有效的控制，发动机传感器种类复杂，能控制温度、油量从而减少发动机事故的发生率。 发动机温度传感器 汽车发动机温度传感器用于检测发动机温度 、排气温度、冷却水温度以及 油温。 它们各有各的优点，工作的场合也不尽相同。 绕线电阻式温度传感器精确度很高，无奈响应特性较差；热偶电阻式温度传感器测量范围很广，但还需配合放大器和冷锻处理一同工作。 热敏电阻式温度传感器 能有效的检测温度，适应温度变化程度高，但能检测温度的范围比较小，适用于温度变化非极限的场合。 通用型的温度测量范围为负五十度到三十度，测量精度为百分之一点五，响应时间为十毫秒；高温型的温度测量范围为六百度到一千度，测量精度百分之五，响应时间是十毫秒。 发动机压力传感器 汽车 压力传感器通常用于将流体压力的检测中的气囊的 气体压力，燃料压力，发动机油压力，进气和排气管的压力，传输系统，空气过滤等中的流体压力。 电容式压力传感器，主要用于检测负压、液压、气压，测量范围为 20kPa～100kPa；压阻式压力传感器的性能易受温度的干扰，但它 易于大批量 生产；差动变压器式压力传感器通常用于数字输出，其输出量较大，但其抗干扰性差；声表面波式压力传感器常用于汽车吸气阀压力检测，它能够适应高温的环境，并且有体积小、重量小、功耗低、灵敏性高、分辨率高、可靠性强的特点。 发动机流量传感器 流量传感器通常是测量发动机内的空气流量和燃 油流量。 空气流量 可以测量燃烧条件、起动、点火等。 空气流量传感器能够检测到空气流量的大小，将信号转换成电信号送给发动机的控制单元。 空气流量传感器分为旋转翼片式、卡门涡旋式、热线式、热膜式等多种类型，它们的主要性能指标包括：工作范围为零点一一立方米每分钟到一百零三立方米每分钟之间，工作温度范围为负四十度到一百二十度之间，精度大于百分之一。 燃料流量传感器 的 工作温度范围为负四十度到一百二十度之间，精度为正负百分之一，响应时间小于十毫秒。 5 发动机位置和转速传感器 汽车转速传感器主要是给驾驶员提供发动机转速的信号，为点火和喷油的时间点给驾驶员提供参考。 它的其测量范围一般是零度到三百六十度，精度小于正负零点五度。 车速传感器种类繁多，当汽车行驶速度高于一百公里每小时时，测量误差会增大，这就需要采用非接触式光电速度传感器，它的测速范围广，通常为五百米每小时到二百五十公里每小时，重复精度为百分之零点一，距离测量误为百分之零点三。 发动机爆震传感器 爆震传感器通过控制调整点火提前时间以避免发动机发生的爆震事故，它用来检测汽车发动机的振动。 检测爆震通过检测压力、发动机汽车压力等来进行。 爆震传感器分为磁致伸缩式和压电式 [4]。 磁致伸缩式爆震传感器的工作温度为零下 25 度到一百四十度，范围在五千到十千赫的频率 Hz；压电爆震传感器的中心频率在五千四百七十一赫兹，灵敏度可达到 200 毫伏 /克，在 零点一 克至十克的范围内幅值线性度好 [5]。 6 3 汽车测速传感器 磁敏传感器的简介 磁敏传感器作为这种新型测速装置的核心测速部分。 可以固定在被测的交通道路上也可设计成便携移动的装置，根据实际需求安置在需要进行测速的地段。 该检测装置是基于被动检测的原 理，和雷达、激光、声波等主动测速的原理不一样，它具有非常好的隐蔽性，不易被“电子狗”等侦查装置侦察到 [6]。 不只是汽车，只有是带有磁性的移动物体例如火车、轮船、电动车的移动速度等都可以用它来检测，由此可见，其应用前景非常广大，实用价值也非常高。 磁敏传感器的基本原理 原理图如图 1所示，两个磁敏传感器平行于道路方向安置在道路一侧，距离为 x。 当有附近汽车驶过时，磁敏传感器会检测到汽车底盘、骨架、轮毂等含铁磁材料的磁场强度的信号，因为是两个传感器，存在前后接收到的时间差。 而两个传感器间的距离 x不变，通过 计算可得到驶过车辆的速度 v=x/t。 图 1 磁敏测速传感器原理图 磁敏传感器的基本组成 测速装置结构框图如图 2 所示。 因为磁敏传感器的输出的电流信号非常弱，通常是几毫伏大小，而且带有干扰杂波，所以单片机在接收到信号之前必须要经过放大电路将信号放大，且还要经过滤波电路将干扰杂波滤掉 [78]。 该装置设计了多级放大电路，且带有滤波环节，能够实现上述的功能，经放大和滤波得到的是电压信号，以供单片机接收处理，再转换成数字信号，放大倍数能达到三千倍，数字信号再经过射频发送至下一级设备，进行采样和相关计算分析后，将测到的速度结果直观的反馈给人们。 该磁敏测速传感器测速精度高，误差小，原理简单，抗干扰能力强，应用前 7 景非常好。 汽 车 行 驶 传 感 器 信 号 放 大 单 片 机 射 频 通 讯手 持 显 示 设 备计 算 机 相 关 分 析 图 2 测速装置结构框图 8 4 汽车雨量传感器 红外反射式雨量传感器的简介 车用雨量传感器可以智能的检测降雨量的强度。 它利用了先进的光学传感技术，模式识别技术，各种预测算法和模拟信号的处理技术，对雨量的大小进行实时性的智能检测，并对测量结果进行经过分析处理，输出最佳的系统工作状态。 雨量传感器间接控制汽车的雨刮动作，能够在雨天依然保持汽车挡风玻璃的干燥，提高了雨天驾驶员的可见度，使驾驶员能够安心地驾驶车辆，大大提高了驾驶的舒适度和安全性，免去了车辆发生事故的隐患。 红外反射是目前雨量传感器新型的也是主要的工作方式。 红外光的辐射规律同一般可见光的规律基本相同，但还有一些独有的特殊规律，即是，两个物体吸收能量的能力不一样，发射能量的能力也不一样。 发射能力较强的物体的接收能量的能力也一定强，同样，吸收能量较强的物体的发射能量的能力也会强。 一般情况下，红外光射到物体的表面上时，会发生三种现象，透射、反射、和吸收，即入射光强度的一部分被物体吸收，一部分被透射，最后一部分被发射。 红外反射式雨量传感器就是基于上述这三种特性的原理进行研发的。 一个用来发射能直线传播的红外光光源，一个 能接收反射回的红外光接收器，一个用来放大红外发射强度的装置和一个能对红外光信号进行处理的装置，这些就构成了一套完整的红外反射式雨量传感器 [910]。 红外散射式雨量传感器通常安置在汽车挡风玻璃的使内一侧，向玻璃的室外侧发射红外光。 它抗干扰能力强，不容易受到电磁干扰，温度的变化等外界环境的影响。 红外反射式雨量传感器的工作原理 红外反射式雨量传感器的结构主要由光学部分、电路部分、机械部分构成。 光学部分是能够让光束穿透过挡风玻璃的光学器件。 电路部分主要是能根据接受到的光学信号进行处理，并转换成电信号 ，对雨刷的电机进行控制，从而调节雨刷的刮行速度 [11]。 机械部分就是雨刷的外形和结构工艺。 红外雨量传感器的基本工作原理就是由光源发出的红外光射到挡风玻璃上，如果玻璃上有雨，则电路部分会根据反射信号控制是否启动雨刷电机，雨量大则雨刷刮动快，雨量小雨刷刮动则慢。 9 红 外接 收 芯 片红 外发 射 管挡 风 玻 璃控 制 电 路 （ a）无雨时 红 外 接 收芯 片红 外发 射 管挡 风 玻 璃雨 滴控 制 电 路 （ b）有雨时 图 3 红外雨量传感器工作原理图 红外反射雨量传感器安置在车前后视镜附近，在挡风玻璃的使内侧。 它的发射部分发射红外光射到挡风玻璃上发生反射现象。 若没有雨，挡风玻璃的外表面是干燥的，那么反射光的角度符合反射规律，是固定的，而且反射回的光线强度也很足，如图 3（ a）所示。 如果是雨天，挡风玻璃的外表面有雨滴，光线发射到雨滴上，产生散射，反射角度就不固定了，而且反射回的光线强度也减少，如图 3（ b）所示。 雨下的越大，挡风玻璃外表面的雨滴就越多越厚，反射回的光线强度也就越小。 就算车内环境有着足量的背景光或者一些落在挡风玻璃上的灰尘杂质，传感器也将保证光线 接收的高精度，反馈给系统的控制部分。 控制部分会根据接受到的信号在低于预设值时启动雨刷电机，并根据接受信号的大小，驱动机械部分控制雨刷的摆动速度。 传统的雨刷需要驾驶员手动调节速度，而有了 10 雨刷传感器驾驶员将无需任何操作，雨刷会自动启动并调节速度，大大提高了雨天驾驶的安全性和舒适度。 红外反射式雨量传感器的探测光路。