传感器的原理与应用绪论.

1、物理科学与技术学院传感器原理与应用主讲：李 曼 汽车传感器 课程概述n 本门课程的特点：本门课程的特点：1、是一门专业基础课、是一门专业基础课2、课程具有较强实践性、课程具有较强实践性 3、课程涉及的知识面广、课程涉及的知识面广4、是一门工程性、应用性都非常强的课程、是一门工程性、应用性都非常强的课程 汽车传感器课程概述n课程的内容主要内容p传感器的基础知识传感器的基础知识p电阻式传感器电阻式传感器p变磁阻式传感器变磁阻式传感器p电容式传感器电容式传感器p压电式传感器压电式传感器p磁敏式传感器磁敏式传感器p光电式传感器光电式传感器p热电式传感器热电式传感器p新型传感器及在汽车上的应用新型传感器

2、及在汽车上的应用p典型汽车传感器检测典型汽车传感器检测理论+试验汽车传感器课程概述n课程学习思路认识该传感器的结构与原理分析其工作电路学习其应用学习其新技术汽车传感器课程概述n课程要求课程要求 1、对课程的内容分、对课程的内容分“了解、理解、掌握了解、理解、掌握”三个三个层次提出要求；层次提出要求； 2、对各类传感器的工作原理、基本结构、应用、对各类传感器的工作原理、基本结构、应用领域中较重要的敏感技术有相当的认识领域中较重要的敏感技术有相当的认识 ； 3、在未来具体工作中，在传感器和执行器选择、在未来具体工作中，在传感器和执行器选择、使用、设计以及进一步深入研究方面具备良好使用、设计以及进一

3、步深入研究方面具备良好的基础的基础 ； 4、在学习过程中，应当从应用的角度出发。、在学习过程中，应当从应用的角度出发。汽车传感器课程概述n课程参考资料1 1、强锡富主编、强锡富主编. .传感器传感器. . 机械工业出版社，机械工业出版社，20022002年年2 2、余瑞芬主编、余瑞芬主编. .传感器原理传感器原理. .北京：航空工业出版社，北京：航空工业出版社，19951995年年3 3、王化祥，张淑英编著、王化祥，张淑英编著. .传感器原理及应用传感器原理及应用. . 天津大学出版天津大学出版社，社，19991999年年4 4、刘迎春，叶湘滨编著、刘迎春，叶湘滨编著. .传感器原理设计与应用

4、传感器原理设计与应用. . 国防科技国防科技大学出版社大学出版社, 1997, 1997年年5 5、黄继昌，徐巧鱼等编著、黄继昌，徐巧鱼等编著. . 传感器工作原理及应用实例传感器工作原理及应用实例. . 人人民邮电出版社，民邮电出版社，1998 1998 年年 6 6、姜立标，汽车传感器及其应用、姜立标，汽车传感器及其应用. .电子工业出版社电子工业出版社.2010.2010年年7 7、贺建波等，汽车传感器的检测、贺建波等，汽车传感器的检测. .机械工业出版社机械工业出版社.2010.2010年年汽车传感器课程概述n中国传感器专业网：中国传感器专业网：http:/http:/ / n中国传感

5、器在线中国传感器在线: http:/: http:/ /n中国传感网：中国传感网：http:/http:/ n传感器资讯网：传感器资讯网： http:/ http:/ n传感器信息港：传感器信息港： http:/ http:/ / n中国传感器知识网：中国传感器知识网：http:/http:/ n国家传感器质量监督检验中心国家传感器质量监督检验中心http:/ http:/ n中国测试技术研究院：中国测试技术研究院：http:/http:/ / n国际标准传感器协会国际标准传感器协会/tc/sensors/

6、tc/sensors 汽车传感器1.1 传感器的应用、定义与组成1.2 传感器的分类1.3 传感器的技术特点1.4 传感器的数学模型概述1.5 传感器的基本特性课题一 传感器的基础知识汽车传感器课题一 传感器的基础知识n引入传感器人通过五官（视、听、嗅、味、触）接受外界的人通过五官（视、听、嗅、味、触）接受外界的信息，经过大脑的思维（信息处理），作出相应信息，经过大脑的思维（信息处理），作出相应的动作。的动作。而用计算机控制的自动化装置来代替人的劳动，而用计算机控制的自动化装置来代替人的劳动，则可以说电子计算机相当于人的大脑（一般俗称则可以说电子计算机相当于人的大脑（一般俗称电脑），而传感器则

7、相当于人的五官部分（电脑），而传感器则相当于人的五官部分（“电电五官五官” ” ）。）。汽车传感器第一章 传感器的基本概念传感器是获取自然领域中信息的主要途径与手段。课题一 传感器的基础知识汽车传感器n传感器的功用现代信息技术的三大支柱：传感检测技术 采集 通讯技术 传输计算机技术 处理传感器已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、传感器已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其广泛的领域。从茫茫的太空到浩瀚的物保护等等极其广泛的领域。从茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几

8、乎每一个现代化海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。项目，都离不开各种各样的传感器。课题一 传感器的基础知识汽车传感器在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位.n传感器在工业生产领域的应用课题一 传感器的基础知识汽车传感器n传感器在日常生活中的应用家用电器：数码相机、数码摄像机：自动对焦-红外测距传感器自动感应灯：亮度检测-光敏电阻空调、冰箱、电饭煲：温度检测-热敏电阻、热电偶电话、麦克风：话音转换-驻极电容传感器遥控接收：红外检测-光敏二极管、光敏三极管可视对讲、可视电话：图像获取-面阵CCD课题一 传感器的基础知识汽车传感器办公商务 扫描仪：文档扫描-

9、线阵CCD 红外传输数据：红外检测-光敏二极管、光敏三极管 医疗卫生 数字体温计：接触式-热敏电阻， 非接触式-红外传感器 电子血压计：血压检测- 压力传感器 血糖测试仪、胆固醇检测仪- 离子传感器课题一 传感器的基础知识汽车传感器课题一 传感器的基础知识汽车传感器课题一 传感器的基础知识汽车传感器透光率传感器透光率传感器温湿度传感器温湿度传感器温度传感器温度传感器感应水龙头感应水龙头电子门电子门课题一 传感器的基础知识汽车传感器机械鼠标的内部结构机械鼠标的内部结构课题一 传感器的基础知识汽车传感器n传感器在国防领域的应用美国国家导弹防御计划-NMD1.地基拦截器2.早期预警系统3.前沿部署(

10、如雷达）4.管理与控制系统5. 卫星红外线监测系统监测系统: 探测和发现敌人导弹的发射并追踪导弹的飞行轨道；拦截器：能识别真假弹头，敌友方课题一 传感器的基础知识汽车传感器火箭测控： 检测火箭状况、姿态、轨迹飞行器测控：检测飞行器姿态、发电机工况，控制与操纵l检测参数：加速度、温度、压力、振动、流量、应变、声学。l神州飞船： 185台（套）仪器装置l“阿波罗10”： 火箭部分：2077个传感器 飞船部分：1218个传感器课题一 传感器的基础知识汽车传感器火星土壤的显微照片课题一 传感器的基础知识汽车传感器n“物化法官” 检查产品质量监测环境污染查服违禁药物识别指纹假钞侦破刑事案件课题一 传感器

11、的基础知识汽车传感器课题一 传感器的基础知识汽车传感器课题一 汽车传感器的概述u汽车传感器的应用 在汽车电子控制中，传感器广泛应用在发动机、底盘和车身发动机、底盘和车身的各个系统的各个系统中。汽车传感器担负着信息的采集和传输，由电控单元ECU对信号进行处理后向执行器发出指令，实行电子控制。它能及时地识别外界的变化和系统本身的变化，再根据变化信息去控制车身系统的工作。1、电子燃油喷射控制u电控燃油喷射：喷油量控制、喷油正时控制、进气增压控制、发电机输出电压控制、排放控制、电子节气门控制、冷启动喷油器控制、燃油泵油量控制、断油控制、停车启动控制、自诊断与报警、安全保险与备用功能。汽车传感器课题一

12、汽车传感器的概述(1)电控燃油喷射(EFI, Electronic Fuel Injection )编号控制类型控制方式1喷油量控制电子控制单元（ECU）根据空气流量传感器或进气压力传感器、发动机转速传感器、进气温度传感器、冷却水温度传感器等所提供的信号，计什算喷油脉宽，即喷油量。发动机各种工况的最佳喷油量是存放在电子控制单元的存储器中的。2喷油正时控制当发动机采用多点顺序燃油喷射系统时，ECU除了控制喷油量以外，还要根据发动机的各缸点火顺序，将喷油时间控制在最佳时刻，以使汽油充分燃烧。但在电子控制间歇喷射系统中，采用独立喷射时，电子控制单元还要对喷射燃油的气缸辨别信号进行分析，根据发动机各缸

13、的点火顺序和随发动机工况的不同而将喷油时间控制在最佳时刻。3怠速控制发动机在汽车制动、空调压缩机工作、变速器挂入挡位，或发动机负荷加大等不同的怠速工况下，由ECU控制怠速控制阀，使发动机处在最佳怠速稳定转速下运转。4进气增压控制进气谐波增压控制是ECU根据转速传感器检测到的发动机转速信号，控制增压控制阀的开关，改变进气管的有效长度，实现中低转速区和高转速区的进气谐波增压，提高发动机的充气效率。涡轮增压控制是装有电子控制涡轮增压器的发动机，在发动机工作中，能保证获得最佳增压值。涡轮增压发动机排气温度高，客易产生爆燃。电子控制装置可以通过降低增压压力和调节点火正时相结合的办法阻止爆燃，使发动机的功

14、率不会下降，而得到稳定发挥。5发电机输出电压的控制电子控制单元根据发动机转速传感器输入的转速、蓄电池温度等信息，控制磁场电流，实现对发电机输出电压的控制。当发电机的输出电压超过额定值时， ECU彼磁场电路接通时间变短，减弱磁场电流，降低发电机电压，相反，当输出电压低于额定值时，ECU使磁场电路的接通时间变长，增强磁场电流，提高发电机电压。汽车传感器课题一 汽车传感器的概述6排放控制废气再循环控制（EGR）是当发动机的废气排放温度达到一定值时， ECU根据发动机的转速和负荷信号，控制EGR阀的开启动作，使一定数量的废气进行再循环燃烧，以降低排气中废气的排放量。开环与闭环控制是在装有氧传感器及三元

15、催化转化器的发动机中，ECU根据发动机的工况及氧传感器反馈的空燃比浓稀信号，确定开环控制或闭环控制，二次空气喷射控制是ECU根据发动机的工作温度，控制新鲜空气喷入排气歧管或三元催化转化器，用以减少排气造成的污染。活性炭罐清污电磁阀控制是ECU根据发动机的工作温度、转速和负荷信号，控制清污电磁阀的开启工作，将活性发吸附的汽油蒸汽吸入进气管，进入发动机燃烧，降低蒸发排放。7电子节气门控制在电控加速踏板中安装有一个电位器作传感器，它可把加速踏板的位置信息输入ECU ，ECU再根据发动机的工况，计算节气门位置的理论值，该理论值与发动机运行参数、加速踏板位置有关。电控单元可把节气门位置调整在理论值范围阶

16、这样可以避兔加速踏板传动机构中由于间隙、磨损产生的误差，可在燃油消耗优化的前提下，发挥较好的加速性。8冷启动喷油控制为了提高发动机低温时冷机的起动性能，在进气总管上安装了一个冷起动喷油器，其喷油时间由定时开关控制，或由电子控制单元和起动喷嘴定时开关同时控制。有些电控发动机已经取消了冷起动喷油器，在低温起动过程中， ECU根据发动机冷却水温度信息，在冷机起动时加浓混合气，以使起动顺利。9燃油泵控制与燃油泵喷油量控制在电控燃油喷射系统中，油泵的控制方式有两种，一种是当点火开关打开后， ECU彼油泵运转2-3s。，以产生必要的油压，若发动机没有起动，没有信号输入ECU，ECU会立即切断燃油泵继电器控

17、制电路，使油泵停止工作。另一种是只有发动机运转时，油泵才投入运转。有的燃油泵控制系统是使泵油量随发动机的负荷而变化，即当发动机高转速、大负荷工作时，油泵高速运转以增加供油量，当发动机低转速、小负荷工作时，油泵低速运转，以减少供油量。10断油控制发动机的断油控制分为减速断油控制和超速断油控制。 减速断油控制是在汽车正常行驶中，驾驶员突然放松加速踏板， ECU根据转速信号将自动切断燃油喷射控制电路，使燃油喷射中断，目的是降低减速时HC和CO的排放量，而当发动机转速下降到临界转速时，又能自动恢复供协 超速断油是控制发动机加速时，当转速超过安全转速或汽车车速超过设定的最高值时，ECU将会在临界转速时切

18、断燃油喷射控制电路，停止喷油，防止超速。汽车传感器课题一 汽车传感器的概述11停车起动控制在汽车停车时间达数秒后，停车起动系统会发出控制信号将燃油切断。具体工作过程是当离合器脱开，汽车停车或车速约为2Km/s时，发动机就停机。若要时发动机起动，可将离合器踩到底，再踏下加速踏板，当加速踏板踩到总行程的1/3时，发动机将再次起动。12自诊断与报警当电子控制系统出现故障时，ECU会点亮仪表盘上的“发动机检查（Check Engineering Soon)指示灯，提醒驾驶员，发动机已经出现故障，应立即停车检修。ECUU将故障以故障码的形式存储在ECU的存储器中，维修人员通过诊断插座，使用专用诊断仪或采

19、用人工方法读取故障信息。13安全保险与备用功能当ECU检测到电控系统出现的故障时，会自动按照ECU预先设置的数据，使发动机保持运转，但发动机的性能有所下降，以便尽快送到维修站检修。当ECU本身出现故障时，会自动启用各用系统，使发动机进入跛行（limp home）状态，以便将车开到维修站检修。汽车传感器（2）电子点火控制课题一 汽车传感器的概述电子点火控制的控制类型及控制方式 汽车传感器课题一 汽车传感器的概述2、底盘控制u（1）电控自动变速器。自动变速器控制系统根据节气门开度和车速信号什算换挡时刻，向相应的电磁阀通电，使换挡阀动作，并接通主油道和执行油缸的通路，进而挂上相应的挡位。电子控制系统

20、按照换挡规律精确地控制挡位，保证汽车获得良好的动力性和经济性。自动变速器控制系统中使用了多个传感器，如超速挡直接挡离合器转速传感器、1号车速传感器和2号车速传感器，用于换挡时间控 制；自动变速器液压油温度传感器，用于检侧液压油的温 度信号，用作换挡控制、油压控制和锁定离合器控制等。汽车传感器课题一 汽车传感器的概述u（2）电控防抱死制动。电控防抱死制动系统可以防止车辆制动时车轮抱死，提高制动效能防止汽车侧滑，保证行车安全，防止发生交通事故。电控防抱死制动装置己从模拟式发展到数字式，其电子线路也己集成化。在现代轿车上，ABS系统多采用双回路控制，即在车轮上安装使用两个、3个或4个车轮轮速传感器。

21、当车轮旋转时，在车轮轮速传感器的线圈中产生一个交变电压，交变电压的频率与车轮转速成正比。电脑（ECU）不断接收车轮轮速传感器输入的信号，并检侧车轮的运动状态和汽车制动时车轮被制动的运动情况。当某一个车轮将被抱死时，EC U根据车速信号发出指令，使控制电磁阀打开或关闭控制油路，实行防抱死制动控制。 汽车传感器课题一 汽车传感器的概述u（3）电控动力转向。电子控制动力转向系统可在低速时减轻转向操纵力，在高速时又可增加转向力，以提高操纵稳定性。在液压式动力转向系统中有车速传感器，它将车速信号不断输入ECU，由EC U控制液压油量实现助力作用。在电子控制动力转向系统中，由车速传感器和扭矩传感器输入信号

22、给ECU,ECU根据输入信号，确定助力扭矩的大小和方向，通过电磁离合器和减速机构，将扭矩加到转向机构L，实现电子动力转向。汽车传感器课题一 汽车传感器的概述u（4）电控悬架。电子控制悬架在汽车行驶过程中，它的刚度和阻尼可以随时调节，使其达到最佳行驶平顺性和操纵稳定性。在电子控制悬架系中的控制装置主要有电子控制悬架 ECU，信号输入装置和输出装置。信号输入装置主要有车速传感器、高度传感器、转角传感器、节气门位置传感器等，信号输出装置即执行器主要是进、排气阀、高度控制排气阀等。传感器将信号输入ECU，经EC U处理后发出指令，由执行器控制悬架的刚度和阻尼力，使汽车平稳行驶。汽车传感器课题一 汽车传

23、感器的概述u（5）巡航控制。汽车在行驶中，可利用巡航控制系统对车速进行自动控制，即驾驶员的脚离开加速踏板后，汽车仍能按选定的速度稳定行驶，不需要反复调节节气门大小，这样可以减少速度变化和驾驶员长时间操作带来的疲劳。而在需要解除定速控制时，可按下off开关使自动控制系统停止。当需要提高或降低车速时，可按一定的操作方法，保持车辆按选定速度行驶。汽车传感器课题一 汽车传感器的概述3、安全行驶控制u（1）安全气囊系统（SRS）辅助乘员保护系统，简称SRS安全气囊。SRS属于被动式安全系统，它是由安全气囊和带预紧装置的安全带或安全气囊组成。当车辆发生前方一定角度的高速碰撞时，汽车前端的碰撞传感器和与SR

24、S电脑安装在一起的安全传感器就会检测到汽车突然减速的信号，并将信号传送到SRS电脑； SRS经过计算和比较后，立即向SRS气囊组件内的电热引爆管发出点火指 令，引爆电雷管，使点火药粉受热爆炸，产生的气体充入气囊，使气囊打开，保护驾驶员和乘客的安全。与此同时安全带预紧装置也引爆，使收缩，减少二次忡击对乘员的伤害。汽车传感器课题一 汽车传感器的概述u（2）防撞系统。为防止汽车追尾事故的发生，安全车距自动控制装置中的多卜勒雷达（用作测速和测距传感器）可以测出两车的距离、车速、相对车速等有关信息，输入电脑后进行比协若实侧距离小于安全距离，电脑发出报警信息，提醒驾驶员采取措施，若驾驶员未采取措施，执行器

25、就会自动对汽车的制动系统起作用，使汽车减速，防止事故发生。当车距超过安全车距时，制动系统恢复正常，从而实现对安全车距的自动控制。汽车传感器课题一 汽车传感器的概述u（3）驱动防滑系统（ASR）。在汽车驱动防滑控制系统中， ASR的作用是防止汽车起步、加速过程中驱动轮打滑，特别是防止汽车在非对称路面或转弯时驱动轮打滑。ABS和ASR都需要轮速传感器输入信号，都是对车轮滑移进行控制，因此ABS和ASR的ECU组合在一起， 4个轮速传感器产生的车轮转速信号输入ECU，EC U确定驱动车轮的滑移率等。当滑移率超过规定值时， ECU使副节气门步进电机动作，关小油门，即减少供油避免滑移；或者对发生滑移的驱

26、动轮直接制动。在装有电子控制防滑差速器的车辆上，可对防滑差速器（LSD）进行控制，防止打滑。该控制系统的压力由蓄压器供给，压力大小由EC U控制电磁阀的开闭进行控制，并将压力传感器和轮速传感器产生的信号反馈给ECU实行反馈控制，进一步降低驱动轮的滑移率，使之达到防止驱动轮滑转的要求。汽车传感器课题一 汽车传感器的概述u（4）前照灯控制。前照灯控制系统包括前照灯自动开关和自动调光系统。前照灯自动开关的作用是当车外日光暗到一定程度时，前照灯自动开启，而当日光增强到一定程度时，前照灯会自动关闭。在该控制系统中，安装在仪表板上的日照传感器在受到日光照射时会产生微弱电流，电流大小与受光量成正比。这个电流

27、经放大后控制继电器，即控制前照灯的打开或关闭。在夜间行车时，为减少千往行车灯光的相互干扰，前照灯具有远近光照射功能。其中，日照传感器可以感受车外的明暗情况，实现远近光自动调节。驾驶员也可根据需要调整室内控制器，控制日照传感器放大器作用时所需光的强弱，以使系统根据环境灯光的明暗程度进行远近光的自动调节。 汽车传感器课题一 汽车传感器的概述4、信息传输u（1）信息的显示与报警。电子信息中心可以监控发动机的工况及其他信息，当出现不正常情况胁可随时报警。报警系统用传感器有机油压力传感器、液量传感器、温度传感器等这 些传感器向汽车电脑提供信息，必要时汽车电脑启动报警电路进行报警。u（2）语音提示。语音提

28、示包括语音警告和语音控制。语音警告通过开关型传感器监测车内部件的工作情况，一旦出现故障，开关闭合，控制器被触发，语音电路被启动，同时发出报警声音信号。汽车传感器课题一 汽车传感器的概述u（3）车辆定位和导航。车辆定位和导航技术己经应用在汽车上，它将全球定位系统（GPS）接收机安装在车辆上，并使用推算技术，即利用各种传感器，如相对传感器、绝对传感器、转向角传感器、车轮转速传感器（测距）、地磁传感器、陀螺盘（测方向）、罗盘等精确侧定汽车日前所在的位置。汽车传感器课题一 汽车传感器的概述u（1）自动空调的控制。汽车自动空调是用温度设定开关设定所需要的温度，再把各种传感器（车内外温度、日照射强度、发动

29、机水温等）所测出的汽车室内温度、汽车室外空气温度、太阳光的照射强度、发动机的冷却水的温度等信息输入电子控制单元（ECU），ECU经过数据处理后，计算出自动空调所输送的空气的温度值，从而向执行器发出控制指令，控制空气混合板的开度、冷却水阀的开闭、风机的转速、空气吸入口和送出口挡板的开度变换等。根据乘客需要，使车内温度、湿度等处在最佳修让人感到舒适。u（2）自动座椅。自动座椅控制是根据人体工程学和电子技术设计，使它能适合乘客的不同体型、身材，满足乘客的舒适性要求。5、驾驶舒适性汽车传感器课题一 汽车传感器的概述6、安全防盗GPS（全球卫星定位系统）机动车防盗系统是具有网络报警功能的汽车电子防盗系统

30、。在汽车上安装一台CGPS终端设备，卫星监控中心对车辆24小时不间断、高精度监控。该系统由指挥中心的中央控制系统、安装在车辆上的GPS终端机以及GSM通信网络组成。该系统可计算出移动目标的经度、纬度、速度、方向，并利用GSM网络的短消息平台作通信媒介来实现定位信息的传输。如果汽车被盗，控制中心将自动对车辆进行被盗确认，报告110，协助警方确定车辆位置，甚至可以遥控熄火，使汽车不能行驶。汽车传感器课题一 汽车传感器的概述汽车传感器电子控制系统类别电子控制系统类别主要应用的传感器主要应用的传感器主要功能主要功能发动机控制系统发动机控制系统温度传感器、压力传感器、位温度传感器、压力传感器、位置和速度

31、传感器、流量传感器、置和速度传感器、流量传感器、气体浓度传感器和爆震传感器气体浓度传感器和爆震传感器发动机的电子控制单元（发动机的电子控制单元（ECUECU）提供发动机的工作状况信息，提供发动机的工作状况信息，供供ECUECU对发动机工作状况进行对发动机工作状况进行精确控制，以提高发动机的精确控制，以提高发动机的动力性，降低油耗，减少废动力性，降低油耗，减少废气排放和进行故障检验气排放和进行故障检验底盘控制系统底盘控制系统车速、轮速传感器、加速度踏车速、轮速传感器、加速度踏板位置传感器、加速度传感器、板位置传感器、加速度传感器、节气门位置传感器、发动机转节气门位置传感器、发动机转速传感器、水温

32、传感器、油温、速传感器、水温传感器、油温、油压传感器、方向盘转角传感油压传感器、方向盘转角传感器器用于变速器控制系统、悬架用于变速器控制系统、悬架控制系统、动力转向系统、控制系统、动力转向系统、制动防抱死系统等底盘控制制动防抱死系统等底盘控制系统中，提供汽车行驶过程系统中，提供汽车行驶过程中各种工况信息，以实现各中各种工况信息，以实现各种相应地控制种相应地控制车身控制系统车身控制系统温度传感器、湿度传感器、风温度传感器、湿度传感器、风量传感器、日照传感器、车速量传感器、日照传感器、车速传感器、距离传感器、加速度传感器、距离传感器、加速度传感器等传感器等车身控制用传感器主要用于车身控制用传感器主

33、要用于提高汽车安全性、可靠性和提高汽车安全性、可靠性和舒适性，应用于汽车空调、舒适性，应用于汽车空调、安全气囊、中控门锁等安全气囊、中控门锁等导航系统导航系统罗盘传感器、陀螺仪和车速传罗盘传感器、陀螺仪和车速传感器、方向盘转角传感器等感器、方向盘转角传感器等应用于全球定位系统（应用于全球定位系统（GPSGPS）和地理信息系统（和地理信息系统（GISGIS）实现）实现卫星定位和巡航控制等卫星定位和巡航控制等课题一 汽车传感器的概述汽车传感器课题一 汽车传感器的概述u汽车传感器的种类汽车传感器课题一 汽车传感器的概述u汽车传感器的特点 1）适应性强、耐恶劣环境 2）抗干扰能力强 3）稳定性和可靠性

34、高 4）价格低廉，适应大批量生产 汽车传感器1.1 传感器的定义与组成传感器的作用涵盖 吃穿用、农轻重、海陆空(1)是产品检验和质量控制的重要手段(2)安全经济运行监测方面不可缺少(3)与自动控制技术密不可分(4)传感器发展推动科学技术的进步汽车传感器1.1 传感器的定义与组成什么是传感器？国家标准（GB7665-87）中传感器（Transducer/Sensor）的定义：二、传感器的定义能够感受规定的被测量并按照一定规律转换能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。成可用输出信号的器件或装置。汽车传感器1.1 传感器的定义与组成定义包含的意思：定义包含的意思： 传感器

35、是传感器是测量装置测量装置，能完成检测任务；，能完成检测任务； 它的它的输入量是某一种被测量量输入量是某一种被测量量，可能是物理量可能是物理量，也可也可能是化学量、生物量能是化学量、生物量等。等。 它的它的输出量是某种物理量输出量是某种物理量，这种量应便于传输、转换、，这种量应便于传输、转换、显示等等，这种量不一定是电量，还可以是气压、光强等物理显示等等，这种量不一定是电量，还可以是气压、光强等物理量，但量，但主要是电物理量主要是电物理量； 输出与输入之间有确定的输出与输入之间有确定的对应关系对应关系，且能达到一定的，且能达到一定的度。度。 汽车传感器 非电学量非电学量传感器传感器电学量电学量

36、 角度角度位移位移速度速度压力压力温度温度湿度湿度声强声强光照光照磁场磁场 传感器传感器电压电压电流电流电阻电阻电容电容1.1 传感器的定义与组成汽车传感器1.1 传感器的定义与组成三、传感器的组成输出量为电量的传感器，一般由输出量为电量的传感器，一般由敏感元件、转换元敏感元件、转换元件、基本转换电路件、基本转换电路三部分组成三部分组成。 敏感敏感元件元件基本转基本转换电路换电路转换转换元件元件被测量被测量输出电量输出电量辅助电源汽车传感器1.1 传感器的定义与组成敏感元件：敏感元件：它是直接感受被测量，并输出与被测它是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。量成确定关系的

37、某一物理量的元件。 在完成非电量到电量的转换时，并非所有的非电量都能利用现有的手段直接变换为电量，往往是将被测非电量预先变换为另一种易于变换成电量的非电量，然后再变换成电量。直线位移传感器汽车传感器1.1 传感器的定义与组成转换元件：转换元件：将敏感元件的输出转换成一定的电路参数。将敏感元件的输出转换成一定的电路参数。有时敏感元件和转换元件的功能是由一个元件（敏感元件）有时敏感元件和转换元件的功能是由一个元件（敏感元件）实现的。实现的。汽车传感器1.1 传感器的定义与组成基本转换电路：基本转换电路：将敏感元件或转换元件输出的电路参数将敏感元件或转换元件输出的电路参数转换、调理成一定形式的电量输

38、出。转换、调理成一定形式的电量输出。 常用的转换电路有:电桥、放大器、变阻器、振荡器等。汽车传感器1.2 传感器的分类1 1按工作原理分类按工作原理分类: :结构型、物性型、复合型结构型、物性型、复合型结构型：主要是通过机械结构的几何形状或尺寸的变化，将外界被测参数转换成相应的电阻、电感、电容等物理量的变化，从而检测出被测信号。例如:电容式和电感式传感器。物性型：利用某些材料本身物理性质的变化而实现测量，它是以半导体、电介质、铁电体等作为敏感材料的固态器件。如:水银温度计。复合型：将中间转换环节与物性型敏感元件复合而成的传感器。汽车传感器1.2 传感器的分类2 2按被测物理量分类按被测物理量分

39、类机械量机械量: :长度长度, ,厚度厚度, ,位移位移, ,速度速度, ,加速度加速度, , 旋转角旋转角, ,转数转数, ,质量质量, ,重量重量, ,力力, , 压力压力, ,真空度真空度, ,力矩力矩, ,风速风速, ,流速流速, , 流量流量; ;声声: : 声压声压, ,噪声噪声. .磁磁: : 磁通磁通, ,磁场磁场. .温度温度: : 温度温度, ,热量热量, ,比热比热. .光：光： 亮度，色彩亮度，色彩汽车传感器1.2 传感器的分类3 3按敏感材料分类按敏感材料分类按制造传感器的材料分如：按制造传感器的材料分如：半导体传感器半导体传感器陶瓷传感器陶瓷传感器光导纤维传感器光导

40、纤维传感器高分子材料传感器高分子材料传感器金属传感器金属传感器空气质量传感器陶瓷压力传感器汽车传感器1.2 传感器的分类4 4按能量的关系分类按能量的关系分类: : 能量转换型和能量控制型能量转换型和能量控制型. .能量转换型能量转换型: :直接由被测对象输入能量使其工作直接由被测对象输入能量使其工作. . 例如例如: :热电偶温度计热电偶温度计, ,压电式加速度计压电式加速度计. .能量控制型能量控制型: :从外部供给能量并由被测量控制外部从外部供给能量并由被测量控制外部 供给能量的变化供给能量的变化. .例如例如: :电阻应变片电阻应变片. .汽车传感器1.2 传感器的分类5 5按敏感元件

41、与被测对象之间的能量关系按敏感元件与被测对象之间的能量关系: :物性型物性型: :依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来 实现信号变换实现信号变换. .如如: :水银温度计水银温度计. .结构型结构型: :依靠传感器结构参数的变化实现信号转变依靠传感器结构参数的变化实现信号转变. . 例如例如: :电容式和电感式传感器电容式和电感式传感器. .汽车传感器1.2 传感器的分类6 6按输出电信号类型分类按输出电信号类型分类 根据传感器输出电信号的类型不同，可以分为根据传感器输出电信号的类型不同，可以分为 ： 模拟量传感器模拟量传感器: :发出的是发出的是连续信号连

42、续信号，用电压、电流、电，用电压、电流、电阻等表示被测参数的大小。比如温度传感器、压力传阻等表示被测参数的大小。比如温度传感器、压力传感器等都是常见的模拟量传感器感器等都是常见的模拟量传感器 。 数字量传感器：数字量传感器：把被测参量转换成把被测参量转换成数字量输出数字量输出的传感的传感器器。比如转速传感器等。比如转速传感器等。 开关量传感器开关量传感器: :发出的信号是发出的信号是接点信号接点信号，有断开和闭合，有断开和闭合两种状态，比如液位开关就是一种常见的开关量传感两种状态，比如液位开关就是一种常见的开关量传感器。器。 汽车传感器1.2 传感器的分类汽车传感器1.3 传感器的技术特点传感

43、器技术包括传感器的研究、设计、试制、生产、检测与应用。组建形成了一门相对独立的专门学科。其具有以下技术特点：内容范围广且离散：物理、化学、生物、电子等知识密集程度甚高、边缘学科色彩极浓：学科交叉应用技术复杂、工艺要求高功能优、性能好品种繁多、应用广泛汽车传感器1.4 传感器的基本特性u传感器作为感受被测量信息的器件，希望它按照能按照一定的规律输出有用信号。u 因此需要研究描述传感器的方法，来表示其输出输入关系及特性，以便用理论指导其设计、制造、校准与使用。u 最有效的描述传感器的输入输出关系的方法是传感器的数学模型。一、传感器的描述方法汽车传感器1.4 传感器的基本特性 输入信号分为：稳态信号

44、：被测的非电量是稳定的，不随时间变化或变化及其缓慢。动态信号：被测的非电量随时间的变化而变化。 对应传感器特性有：静态特性、动态特性 根据输入信号的性质不同，对应的模型有：静态模型、动态模型汽车传感器二、传感器的静态特性二、传感器的静态特性1.4 传感器的基本特性静态特性表示传感器在被测量各个值处于稳定状态时的输入输出关系。也即当输入量为常量，或变化极慢时，这一关系就称为静态特性。汽车传感器1.4 传感器的基本特性 对静态特性而言，传感器的输入量x与输出量y之间的关系通常可用一个如下的多项式表示：y=a0+a1x+a2x2+anxn 式中：a0输入量x为零时的输出量； a1传感器的线性灵敏度；

45、 a2，an 非线性项系数。 各项系数决定了特性曲线的具体形式。 汽车传感器稳定性(零漂)传感器传感器温度供电各种干扰稳定性温漂分辨力冲击与振动电磁场线性滞后重复性灵敏度输入误差因素外界影响 传感器输入输出作用图输出取决于传感器本身，可通过传感器本身的改善来加以抑制，有时也可以对外界条件加以限制。衡量传感器特性的主要技术指标汽车传感器1.4 传感器的基本特性 1. 1. 线性度线性度 传感器的静态特性可以用一组性能指标来描述，如灵敏度、 线性度、重复性、迟滞、分辨率、稳定性和漂移等。 传感器线性度是其输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度，称为非线性误差。%100EmaxFSY式中：

46、max输出量和输入量实际曲线与拟合直线之间的最大偏差； YFS满量程输出值。 汽车传感器1.4 传感器的基本特性汽车传感器1.4 传感器的基本特性2. 2. 灵敏度灵敏度灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。其定义是输出量增量y与引起输出量增量y的相应输入量增量x之比。用S表示灵敏度，即： xyS它表示单位输入量的变化所引起传感器输出量的变化，很显然， 灵敏度S值越大， 表示传感器越灵敏。 汽车传感器1.4 传感器的基本特性oxyyxyxyxyx(a)(b)o汽车传感器1.4 传感器的基本特性3 3重复性重复性 重复性是指传感器输入按同一方向作全量程连续多次变重复性是指传感器输入按同一方向作全

47、量程连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。动时所得特性曲线不一致的程度。 %100/EmaxFSRxy%100)32(EFSxY或：产生原因：传感器机械部分存在摩擦、间隙、松动、积尘产生原因：传感器机械部分存在摩擦、间隙、松动、积尘等等汽车传感器1.4 传感器的基本特性4 4迟滞现象迟滞现象 迟滞特性说明传感器正向行程（输入量增大）和反向行程（输入量减小）期间，输入输出特性曲线不重合的程度。也就是说，对于同一大小的输入信号，传感器的正反行程输出信号大小不相等，这个差值称为迟滞差值。 传感器在全量程范围内最大的迟滞差值Hmax与满量程输出值YFS之比称为迟滞误差，用Ex表示，即:%100Ema

48、xFSxYH汽车传感器1.4 传感器的基本特性5 5分辨力分辨力 分辨力是指传感器可能检测出被测信号的最小增量xmin。 v 迟滞产生原因：传感器机械部分存在摩擦、间隙、松动、迟滞产生原因：传感器机械部分存在摩擦、间隙、松动、积尘等积尘等 6稳定性稳定性是指传感器在长时间工作的情况下输出量发生的变化，有时称为长时间工作稳定性。汽车传感器7. 漂移1.4 传感器的基本特性传感器的漂移是指在外界的干扰下，传感器输出量发生与输入量无关的、不需要的变化。产生漂移的原因有两个方面： 一是传感器自身结构参数；二是周围环境（如温度、湿度等）。 最常见的漂移是温度漂移，即周围环境温度变化而引起输出的变化，温度

49、漂移主要表现为温度零点漂移和温度灵敏度漂移。 汽车传感器1.4 传感器的基本特性8、精确度与精确度有关指标：精密度、准确度和精确度(精度)精密度：说明测量传感器输出值的分散性，即对某一稳定的被测量，由同一个测量者，用同一个传感器，在相当短的时间内连续重复测量多次，其测量结果的分散程度。例如，某测温传感器的精密度为0.5。精密度是随即误差大小的标志，精密度高，意味着随机误差小。注意：精密度高不一定准确度高。准确度：说明传感器输出值与真值的偏离程度。如,某流量传感器的准确度为0.3m3/s，表示该传感器的输出值与真值偏离0.3m3/s。准确度是系统误差大小的标志，准确度高意味着系统误差小。同样，准

50、确度高不一定精密度高。汽车传感器1.4 传感器的基本特性精确度精确度：是精密度与准确度两者的总和，精确度高表示精密度和准确度都比较高。在最简单的情况下，可取两者的代数和。机器的常以测量误差的相对值表示。 （a）准确度高而精密度低 （b）准确度低而精密度高 （c）精确度高在测量中我们希望得到精确度高的结果。汽车传感器三、传感器的动态特性三、传感器的动态特性1.4 传感器的基本特性动态特性指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。标准输入有三种：经常使用的是前两种。u正弦变化的输入u阶跃变化的输入u线性输入汽车传感器1数学模型与传递函数1.4 传感器的基本特性分析传感器动态特性，必须建立数学模型。线

51、性系统的数学模型为一常系数线性微分方程。对线性系统动态特性的研究，主要是分析数学模型的输入量x与输出量y之间的关系，通过对微分方程求解，得出动态性能指标。对于线性定常（时间不变）系统，其数学模型数学模型为高阶常系数线性微分方程，即汽车传感器xbdtdxbdtxdbyadtdyadtydammmnnn0101/1.4 传感器的基本特性 y输出量； x输入量； t时间a0， a1， ，an 常数； b0， b1， ，bm 常数 输出量对时间t的n阶导数； 输入量对时间t的m阶导数nndtyd/mmdtxd/动态特性的传递函数在线性或线性化定常系统中是指初始条件为0时，系统输出量的拉氏变换与输入量的

52、拉氏变换之比。汽车传感器1.4 传感器的基本特性当传感器的数学模型初值为0时，对其进行拉氏变换，即可得出系统的传递函数0101)()()(asasabsbsbsWsXsYnnmmY(s)传感器输出量的拉氏变换式； X(s)传感器输入量的拉氏变换式上式分母是传感器的特征多项式，决定系统的“阶”数。可见，对一定常系统，当系统微分方程已知，只要把方程式中各阶导数用相应的s变量替换，即求出传感器的传递函数。汽车传感器1.4 传感器的基本特性正弦输入下传感器的动态特性（即频率特性）由传递函数导出0101)()()()()()()(ajajabjbjbjWjXjYnnmm)(jW 为一复数，它可用代数形式及指数形式表示，即 )(jWjkejkk21=2221kk K=12/tankk可见，K值表示了输出量幅值与输入量幅值之比，即动态灵敏度，K值是的函数，称为幅频特性，以K()表示。 式中 分别为 的实部和虚部； 分别为 的幅值和相角 ；)(jW、k21kk、)(jW汽车传感器1.4 传感器的基本特性2动态响应（正弦和阶跃）（1）正弦输入时的