《传感器技术及应用》课件-项目十二 检测技术的综合应用

项目十二检测技术的综合应用实例项目内容

任务一

传感器在现代汽车中的应用

任务二

传感器在机器人中的应用

知识目标：（1）了解在现代汽车中应用的典型传感器；（2）了解在机器人中应用典型传感器。能力目标：（1）掌握压力传感器、温度传感器等典型传感器在现代汽车中的应用；（2）掌握机器人内部信息传感器、机器人外部信息传感器在机器人中的应用。

思政目标：

在进行传感器在现代汽车中的应用、传感器在机器人中的应用讲解时，融入科技发展带来的生活水平提高的意义，增强学生的科技创新意识。让学生了解国产汽车、机器人的发展成果和差距，增强民族自豪感和危机意识。任务一

传感器在现代汽车中的应用一辆家用普通轿车上大概用到几十到近百只传感器，而在一些豪华轿车上，传感器的数量可达到二百余只，可以说传感器已经成为衡量汽车档次高低的一个重要标准。

汽车类型繁多，结构比较复杂，大体可分为发动机、底盘和电气设备三大部分，可分成燃料系、点火系、传动系、轿厢系等几个系统，每一部分均安装有许多检测和控制用的传感器。（参考南京交通技师学院资料，以几幅下同）2025/2/186

2025/2/187与发动机配套使用的各种传感器进气压力传感器曲轴位置传感器进气压力、温度传感器2025/2/1881.1汽车上的压力传感器在众多汽车传感器中，压力传感器使用量最多，发展得也最快。汽车上至少有两个系统需要测量与控制压力：其一是发动机，如润滑系统的机油压力检测和电子燃油喷射系统中进气管的压力检测；其二是制动系统，如贮气装置、刹车控制装置和刹车助力装置等。1.2汽车上的温度传感器温度传感器是车用传感器中用得比较多的一种（常见一辆汽车要装用十几只温度传感器）。它主要用来检测发动机的温度、吸入气体的温度、冷却液的温度、燃油的温度、大气及排气的温度。汽车水温传感器

2025/2/18111.3汽车上的测速传感器

速度与加速度的测量是衡量汽车运行状态的重要参数。1．霍尔转速传感器霍尔转速表原理

当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿过霍尔元件，可产生较大的霍尔电动势，放大、整形后输出高电平；反之，当齿轮的空挡对准霍尔元件时，输出为低电平。传感器在汽车ABS中的作用

当汽车紧急刹车时，使汽车减速的外力主要来自地面作用于车轮的摩擦力，即所谓的地面附着力。而地面附着力的最大值出现在车轮接近抱死而尚未抱死的状态。这就必须设置一个“防抱死制动系统”又称为ABS。ABS由车轮速度传感器、ECU以及电—液控制阀等组成。ECU根据车轮速度传感器来的脉冲信号控制电液制动系统，使各车轮的制动力满足少量滑动但接近抱死的制动状态，以使车辆在紧急刹车时不致失去方向性和稳定性。2025/2/1814汽车防抱死解决方案刹车装置2025/2/1815汽车防抱死使用效果及注意事项在用力紧急刹车时，ABS自动启动。使用ABS能改善刹车效果使用ABS前易发生“甩尾”2025/2/1816霍尔传感器在汽车防抱死装置（ABS）中的应用

若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生危险。用霍尔转速传感器来检测车轮的转动状态有助于控制刹车力的大小。带有微型磁铁的霍尔传感器钢质霍尔硅微加工加速度传感器

图示加速度传感器以微细加工技术为基础，既能测量交变加速度（振动），也可测量惯性力或重力加速度。其工作电压为2.7～5.25V，加速度测量范围为数个g，可输出与加速度成正比的电压也可输出占空比正比于加速度的PWM脉冲。2．加速度传感器与安全气囊的控制

1—加速度测试单元

2—信号处理电路

3—衬底

4—底层多晶硅（下电极）

5—多晶硅悬臂梁

6—顶层多晶硅（上电极）硅微加工加速度传感器原理

利用微电子加工技术，可以将一块多晶硅加工成多层结构。在硅衬底上，制造出三个多晶硅电极，组成差动电容C1、C2。图中的底层多晶硅和顶层多晶硅固定不动。中间层多晶硅是一个可以上下微动的振动片。其左端固定在衬底上，所以相当于悬臂梁。当它感受到上下振动时，C1、C2呈差动变化。与加速度测试单元封装在同一壳体中的信号处理电路将ΔC转换成直流输出电压。它的激励源也做在同一壳体内，所以集成度很高。由于硅的弹性滞后很小，且悬臂梁的质量很轻，所以频率响应可达1kHz以上，允许加速度范围可达10g以上。如果在壳体内的三个相互垂直方向安装三个加速度传感器，就可以测量三维方向的振动或加速度。微加工三轴加速度传感器技术指标：灵敏度：500mV/g，量程：10g，频率范围：0.5-2000Hz，安装谐振点:8kHz，分辨力：0.00004g，重量：200g，安装螺纹：M5mm，线性误差：≤1%加速度传感器在汽车中的应用

加速度传感器安装在轿车上，可以作为碰撞传感器。当测得的负加速度值超过设定值时，微处理器据此判断发生了碰撞，于是就启动轿车前部的折叠式安全气囊迅速充气而膨胀，托住驾驶员及前排乘员的胸部和头部。

装有传感器的假人气囊1.4汽车上的位置和转角传感器位置传感器主要是用来检测节气门在加、减速状态的开度，计算机根据传感器输出的信号来判定发动机工作状况，并以此为依据调节燃油喷射量。转角传感器设置于车轮转向机构的被测物上，用来连续检测汽车转向角度。空气系统中的传感器

为了得到最佳的燃烧状态和最小的排气污染，必须对油气混合气中的空气-燃油比例（空燃比）进行精确的控制。空气系统中传感器的作用是计量和控制发动机燃烧所需要的空气量。空气进气量还与油门踏板有关。驾驶员通过操作油门踏板控制进气道的节气门开度，以改变进气流通截面积，从而控制进气量，由此控制发动机的功率。ECU必须知道节气门的开度，才能控制喷油器的喷油量。2025/2/1824节气门及节气门角位移开度传感器节气门角度位移传感器节气门2025/2/1825

1.5汽车上的防撞传感器用于防撞控制的传感器主要有超声波传感器和激光传感器（通常被称为防撞雷达）等。图12-6基于超声检测的倒车防撞雷达示意图

机器人是由计算机控制的复杂机器，它具有类似人的肢体及感官功能；动作程序灵活；有一定程度的智能；在工作时可以不依赖人的操纵。机器人传感器在机器人的控制中起了非常重要的作用，正因为有了传感器，机器人才具备了类似人类的知觉功能和反应能力。

2025/2/1827任务二传感器在机器人中的应用

检测装置就是机器人的“感官”。它的作用是实时检测机器人的运动及工作情况，根据需要反馈给控制系统，与设定信息进行比较后，对执行机构进行调整，以保证机器人的动作符合预定的要求。可分为两类：一类是内部信息传感器，用于检测机器人各部分的内部状况。另一类是外部信息传感器，用于获取有关机器人的作业对象及外界环境等方面的信息，

2.1机器人的内部信息传感器1）位置和角度传感器2）速度、角速度的测量3）加速度的测量4）方位角传感器

2.2机器人的外部传感器

1）触觉传感器

2）力觉传感器3）距离传感器4）视觉传感器

类别检测内容应用目的传感器件明暗觉是否有光，亮度多少判断有无对象，并得到定量结果光敏管、光电断续器色觉对象的色彩及浓度利用颜色识别对象的场合彩色摄影机、滤色器、彩色CCD位置觉物体的位置、角度、距离物体空间位置，判断物体移动光敏阵列、CCD等形状觉物体的外形提取物体轮廓及固有特征，识别物体光敏阵列、CCD等接触觉与对象是否接触，接触的位置决定对象位置，识别对象形态，控制速度，安全保障，异常停止，寻径光电传感器、微动开关、薄膜接点、压敏高分子材料压觉对物体的压力、握力、压力分布控制握力，识别握持物，测量物体弹性压电元件、导电橡胶、压敏高分子材料力觉机器人有关部件（如手指）所受外力及转矩控制手腕移动，伺服控制，正确完成作业应变片、导电橡胶接近觉对象物是否接近，接近距离，对象面的倾斜控制位置，寻径，安全保障，异常停止光传感器、气压传感器、超声波传感器、电涡流传感器、霍尔传感器滑觉垂直握持面方向物体的位移，重力引起的变形修正握力，防止打滑，判断物体重量及表面状态球形接点式、光电旋转传感器、角编码器、振动检测器机器人传感器分类

传感器在机器人身上的分布

能踢球的机器人2025/2/1833对运动的球类有正确反应的机器人能打网球的机器人机器人足球比赛2025/2/1834

项

目小结在汽车上应用