工程測試課程論文1

工程測試課程論文論文題目 傳感器在汽車上的應(yīng)用 學(xué) 院 工學(xué)院 專業(yè)名稱 車輛工程 班 級 車輛08 姓 名 史阿蒙 指導(dǎo)教師 程朋樂 傳感器在汽車上的應(yīng)用牛希望（北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院 北京 100083）摘要：簡要論述傳感器的相關(guān)問題以及傳感器在汽車上應(yīng)用的現(xiàn)狀，說明傳感器在汽車上的應(yīng)用前景及目前已經(jīng)取得的一些進展，但是具體實際問題還需要系統(tǒng)深入的研究。關(guān)鍵詞：傳感器 微電子機械系統(tǒng)（MEMS） 新材料1、 引言： 工程測量中通常把直接作用于被測量，并能按一定方式將其轉(zhuǎn)換成同種或別種量值輸出的器件，成為傳感器。近年來，傳感器正處于傳統(tǒng)型向新型傳感器轉(zhuǎn)型的發(fā)展階段。新型傳感器的特點是微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化，它不僅促進了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造，而且可導(dǎo)致建立新型工業(yè)，是21世紀新的經(jīng)濟增長點。微型化是建立在微電子機械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)基礎(chǔ)上的，目前已成功應(yīng)用在硅器件上形成硅壓力傳感器(如上述EJX變送器)。微電子機械加工技術(shù)，包括體微機械加工技術(shù)、表面微機械加工技術(shù)、LIGA技術(shù)(X光深層光刻、微電鑄和微復(fù)制技術(shù))、激光微加工技術(shù)和微型封裝技術(shù)等。MEMS的發(fā)展，把傳感器的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了新的高度。傳感器的檢測儀表，在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上，內(nèi)置微處理器，或把微傳感器和微處理器及相關(guān)集成電路(運算放大器、A/D或D/A、存貯器、網(wǎng)絡(luò)通訊接口電路)等封裝在一起完成了數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化。(注：MEMS技術(shù)還完成了微電動機或執(zhí)行器等產(chǎn)品，將另作文介紹)網(wǎng)絡(luò)化方面，目前主要是指采用多種現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)(互聯(lián)網(wǎng))，這要按各行業(yè)的特點，選擇其中的一種或多種，近年內(nèi)最流行的有FF、Profibus、CAN、Lonworks、AS-Interbus、TCP/IP等。除MEMS外，新型傳感器的發(fā)展還有賴于新型敏感材料、敏感元件和納米技術(shù)，如新一代光纖傳感器、超導(dǎo)傳感器、焦平面陳列紅外探測器、生物傳感器、納米傳感器、新型量子傳感器、微型陀螺、網(wǎng)絡(luò)化傳感器、智能傳感器、模糊傳感器、多功能傳感器等。多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)正在形成熱點，它形成于20世紀80年代，它不同于一般信號處理，也不同于單個或多個傳感器的監(jiān)測和測量，而是對基于多個傳感器測量結(jié)果基礎(chǔ)上的更高層次的綜合決策過程。有鑒于傳感器技術(shù)的微型化、智能化程度提高，在信息獲取基礎(chǔ)上，多種功能進一步集成以致于融合，這是必然的趨勢，多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)也促進了傳感器技術(shù)的發(fā)展。多傳感器數(shù)據(jù)融合的定義概括：把分布在不同位置的多個同類或不同類傳感器所提供的局部數(shù)據(jù)資源加以綜合，采用計算機技術(shù)對其進行分析，消除多傳感器信息之間可能存在的冗余和矛盾，加以互補，降低其不確實性，獲得被測對象的一致性解釋與描述，從而提高系統(tǒng)決策、規(guī)劃、反應(yīng)的快速性和正確性，使系統(tǒng)獲得更充分的信息。2、 傳感器在汽車上的應(yīng)用現(xiàn)狀2.1發(fā)動機控制用傳感器發(fā)動機控制用傳感器有許多種，其中包括溫度傳感器、壓力傳感器、轉(zhuǎn)速和角度傳感器、流量傳感器、位置傳感器、氣體濃度傳感器、爆震傳感器等。這類傳感器是整個發(fā)動機的核心，利用它們可提高發(fā)動機動力性、降低油耗、減少廢氣、反映故障等，由于其工作在發(fā)動機振動、汽油蒸氣、污泥和泥水等惡劣環(huán)境中，因此它們耐惡劣環(huán)境技術(shù)指標要高于一般的傳感器。對于它們的性能指標要求有很多種，其中最關(guān)鍵的是測量精度與可靠性，否則由傳感器檢測帶來的誤差最終將導(dǎo)致發(fā)動機控制系統(tǒng)失靈或故障。2.1.1.溫度傳感器：主要檢測發(fā)動機溫度、吸入氣體溫度、冷卻水溫度、燃油溫度、機油溫度、催化溫度等。實際應(yīng)用的溫度傳感器主要有線繞電阻式、熱敏電阻式和熱電偶式。線繞電阻式溫度傳感器精度較高，但響應(yīng)特性差；熱敏電阻式傳感器靈敏度高，響應(yīng)特性較好，但線性差，適用溫度較低；熱電偶式精度高，測溫范圍寬，但需考慮放大器和冷端處理問題。2.1.2.壓力傳感器：主要檢測進氣歧管絕對壓力、真空度、大氣壓力、發(fā)動機油壓、制動器油壓、輪胎壓力等。車用壓力傳感器目前已有若干種，應(yīng)用較多的有電容式、壓敏電阻式、膜盒傳動的可變電感式(LVDT)、表面彈性波式(SAW)。電容式傳感器具有輸入能量高，動態(tài)響應(yīng)好、環(huán)境適應(yīng)性好等特點；壓敏電阻式受溫度影響大，需另設(shè)溫度補償電路，但適用于大量生產(chǎn)；LVDT式有較大輸出，易于數(shù)字輸出，但抗振性較差；SAW式具有體積小、質(zhì)量輕、功耗低、可靠性強、靈敏度高、分辨率高、數(shù)字量輸出等特點，是一種較為理想的傳感器。2.1.3.轉(zhuǎn)速、角度和車速傳感器：主要用于檢測曲軸轉(zhuǎn)角、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、車速等。主要有發(fā)電機式、磁阻式、霍爾效應(yīng)式、光學(xué)式、振動式等。2.1.4.氧傳感器：氧傳感器安裝在排氣管內(nèi)，測量排氣管中的含氧量，確定發(fā)動機的實際空燃比與理論值的偏差，控制系統(tǒng)根據(jù)反饋信號，調(diào)節(jié)可燃混合氣的濃度，使空燃比接近于理論值，從而提高經(jīng)濟性，降低排氣污染。實際應(yīng)用的是氧化鋯和氧化鈦傳感器。2.1.5.流量傳感器：測定進氣量和燃油流量以控制空燃比，主要有空氣流量傳感器和燃料流量傳感器?？諝饬髁總鞲衅鳈z測進入發(fā)動機的空氣量從而控制噴油器的噴油量，以得到較準確的空燃比，實際應(yīng)用的有卡門旋渦式、葉片式、熱線式?？ㄩT式無可動部件、反應(yīng)靈敏、精度較高；熱線式易受吸入氣體脈動影響，且易斷絲；燃料流量傳感器用于判定燃油消耗量。主要有水車式、球循環(huán)式。2.1.6.爆震傳感器：它能把爆震信號傳給控制系統(tǒng)，抑制爆震的發(fā)生。主要有磁致伸縮式和非共振型壓電式。2.2底盤控制用傳感器底盤控制用傳感器是指分布在變速器控制系統(tǒng)、懸架控制系統(tǒng)、動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、防抱制動系統(tǒng)中的傳感器，在不同系統(tǒng)中作用不同，但工作原理與發(fā)動機中傳感器是相同的，主要有以下幾種形式傳感器：2.2.1.變速器控制傳感器：多用于電控自動變速器的控制。它是根據(jù)車速傳感器、加速度傳感器、發(fā)動機負荷傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、水溫傳感器、油溫傳感器檢測所獲得的信息經(jīng)處理使電控裝置控制換檔點和液力變矩器鎖止，實現(xiàn)最大動力和最大燃油經(jīng)濟性。2.2.2.懸架系統(tǒng)控制傳感器：主要有車速傳感器、節(jié)氣門開度傳感器、加速度傳感器、車身高度傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器等。根據(jù)檢測到的信息自動調(diào)整車高，抑制車輛姿勢的變化等，實現(xiàn)對車輛舒適性、操縱穩(wěn)定性和行車穩(wěn)定性的控制。2.2.3.動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳感器：它是根據(jù)車速傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器等使動力轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)實現(xiàn)轉(zhuǎn)向操縱輕便，提高響應(yīng)特性，減少發(fā)動機損耗，增大輸出功率，節(jié)省燃油等。2.2.4.防抱制動傳感器：它是根據(jù)車輪角速度傳感器，檢測車輪轉(zhuǎn)速，在各車輪的滑移率為20%時，控制制動油壓、改善制動性能，確保車輛的操縱性和穩(wěn)定性。2.3車身控制用傳感器采用這類傳感器的主要目的是提高汽車安全性、可靠性、舒適性等，主要有應(yīng)用于自動空調(diào)系統(tǒng)中的多種溫度傳感器、風(fēng)量傳感器、日照傳感器等；安全氣囊系統(tǒng)中加速度傳感器；亮度自控中光傳感器；死角報警系統(tǒng)中超聲波傳感器；圖像傳感器等。3、 傳感器在汽車上的應(yīng)用前景及發(fā)展趨勢 由于傳感器在電控系統(tǒng)中的重要作用，所以世界各國對其理論研究、新材料應(yīng)用、產(chǎn)品開發(fā)都非常重視。金剛石的耐熱性好、熱穩(wěn)定性高，在真空中1200以上表面才開始出現(xiàn)炭化，在大氣中也要在600以上才開始炭化，利用這一特性，制作適用于高溫的熱敏傳感器，從常溫到600范圍內(nèi)進行溫度監(jiān)測與控制，并且適用在高溫且有腐蝕氣體的惡劣環(huán)境下使用，性能穩(wěn)定，使用壽命長，可用于發(fā)動機中高溫測量。此外金剛石在高溫下形變率很高，利用這一特性可制作高溫環(huán)境下使用的振動傳感器和加速度傳感器。與其它材料振動膜相結(jié)合可作為高溫、耐腐蝕、靈敏度高的壓力傳感器，用于振動檢測以及發(fā)動機氣缸壓力等測量。光導(dǎo)纖維型傳感器由于抗干擾性強、靈敏度高、重量輕、體積小，適于遙測等特點正受到人們的普遍重視。目前已有不少成熟的產(chǎn)品問世，如光纖轉(zhuǎn)矩傳感器，溫度、振動、壓力、流量等傳感器。在開發(fā)利用新材料同時，由于微電子技術(shù)和微機械加工技術(shù)發(fā)展，傳感器正向微型化、多功能化，智能化方向發(fā)展。微型化傳感器利用微機械的加工技術(shù)將微米級的敏感元件、信號調(diào)理器、數(shù)據(jù)處理裝置集成封裝在一塊芯片上。由于體積小、價格便宜、便于集成等特點，可以提高系統(tǒng)測試精度，例如把微型壓力傳感器和微型溫度傳感器集成在一起，同時測出壓力和溫度，便可通過芯片內(nèi)運算消去壓力測量中的溫度影響。目前已有不少微型傳感器面世，如壓力傳感器、加速度傳感器、用于防撞的硅加速度傳感器等。在汽車輪胎內(nèi)嵌入微型壓力傳感器可以保持適當(dāng)充氣，避免充氣過量或不足，從而節(jié)約燃油10%。多功能化使傳感器能