光電傳感器在汽車上的應用及發(fā)展

1、精選文檔傳感器與檢測技術(shù)論文 題目：光電傳感器在汽車上的應用 班級：2013級電子信息工程1班 學號姓名：楊俊旭 指導老師：江華 2016.5.2 摘 要 光電傳感器是把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后，借助光電元件把光信號轉(zhuǎn)換成電信號來實現(xiàn)控制。如光電開關、光感電阻、光感二極管、光電池、光纖等。光電式傳感器在檢測和控制領域中應用非常廣泛，它是采用光電元件作為檢測元件的傳感器，具有反應快、精度高、非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多，結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣。本文列舉了光電傳感器技術(shù)在一些領域里的應用。并闡述了當前傳感器技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢。關鍵詞：光電傳感器；汽車；

2、應用； 目 錄一、引言2、 光電傳感器 2.1 光電傳感器的概念 2.2 光電傳感器的工作原理 2.3 光電傳感器的分類三、光電式傳感器在汽車上的應用 3.1 光電式車高傳感器 3.2 光電式轉(zhuǎn)向傳感器 3.3光電式光量傳感器 3.4 光電式車速傳感器四、參考文獻一、引言 隨著汽車電子技術(shù)的迅速發(fā)展及電控單元運用的普及，新型汽車為了提高動力性、經(jīng)濟性、安全性、舒適性以及減少排氣污染，已廣泛應用電子控制技術(shù)。從發(fā)動機的燃油噴射系統(tǒng)、點火裝置、進氣裝置、廢氣排放、故障自診斷到底盤的傳動系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向制動系統(tǒng)以及車身和輔助設備等普遍采用了電子控制技術(shù)。在汽車電子控制系統(tǒng)中，傳感器擔負著采集和傳

3、輸功能，它是電子控制中非常重要的部件，其技術(shù)性能的好壞，直接影響汽車電子控制系統(tǒng)的工作情況。汽車傳感器主要有溫度傳感器、壓力傳感器、空氣流量傳感器、位置與角度傳感器、氣體濃度傳感器、速度與加速度傳感器、爆燃與碰撞傳感器等幾十種。 本文主要講述了傳感器在汽車技術(shù)中的應用以及各種汽車傳感器的工作原理和在汽車技術(shù)中的作用。其中轉(zhuǎn)速傳感器是檢測發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、空氣流量傳感器檢測發(fā)動機的進氣量以更好的控制空燃比、節(jié)氣門位置傳感器是將節(jié)氣門開度轉(zhuǎn)換為電信號，通過ECU控制噴油量、進氣溫度傳感器是檢測發(fā)動機的進氣溫度，將進氣溫度轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘栞斎隕CU作為噴油修正信號、氧傳感器是根據(jù)化學平衡原理計算出對應的氧

4、濃度，達到監(jiān)測和控制爐內(nèi)燃燒空然比，保證產(chǎn)品質(zhì)量及尾氣排放達標的測量元件。二、光電式傳感器2.1光電傳感器的概念光電式傳感器是將被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，再通過光電器件把光信號的變化轉(zhuǎn)換成電信號的一種傳感器。2.2光電式傳感器的工作原理傳感器工作原理的分類物理傳感器應用的是物理效應，諸如壓電效應，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應。被測信號量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號?；瘜W傳感器包括那些以化學吸附、電化學反應等現(xiàn)象為因果關系的傳感器，被測信號量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號。向傳感器提供±15V電源，激磁電路中的晶體振蕩器產(chǎn)生400Hz的方波，經(jīng)過TDA2030功率放

5、大器即產(chǎn)生交流激磁功率電源，通過能源環(huán)形變壓器T1從靜止的初級線圈傳遞至旋轉(zhuǎn)的次級線圈，得到的交流電源通過軸上的整流濾波電路得到±5V的直流電源，該電源做運算放大器AD822的工作電源；由基準電源AD589與雙運放AD822組成的高精度穩(wěn)壓電源產(chǎn)生±4.5V的精密直流電源，該電源既作為電橋電源，又作為放大器及V/F轉(zhuǎn)換器的工作電源。當彈性軸受扭時，應變橋檢測得到的mV級的應變信號通過儀表放大器AD620放大成1.5v±1v的強信號，再通過V/F轉(zhuǎn)換器LM131變換成頻率信號，通過信號環(huán)形變壓器T2從旋轉(zhuǎn)的初級線圈傳遞至靜止次級線圈，再經(jīng)過外殼上的信號處理電路濾波、

6、整形即可得到與彈性軸承受的扭矩成正比的頻率信號，該信號為TTL電平,既可提供給專用二次儀表或頻率計顯示也可直接送計算機處理。由于該旋轉(zhuǎn)變壓器動-靜環(huán)之間只有零點幾毫米的間隙，加之傳感器軸上部分都密封在金屬外殼之內(nèi)，形成有效的屏蔽，因此具有很強的抗干擾能力。有些傳感器既不能劃分到物理類，也不能劃分為化學類。大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎運作的?；瘜W傳感器技術(shù)問題較多，例如可靠性問題，規(guī)模生產(chǎn)的可能性，價格問題等，解決了這類難題，化學傳感器的應用將會有巨大增長。2.3光電式傳感器的分類光電元件有光敏電阻、光電二極管、光電三極管、發(fā)光二極管（LED）、光電倍增管、光電池、光電耦合器件等。由光通量對光

7、電元件的作用原理不同所制成的光學測控系統(tǒng)是多種多樣的，按光電元件（光學測控系統(tǒng)）輸出量性質(zhì)，光電式傳感器可分二類，即模擬式光電傳感器和脈沖（開關）式光電傳感器；模擬式光電傳感器按被測量（檢測目標物體）方法又可分為透射（吸收）式、漫反射式、遮光式（光束阻擋）三大類。三、光電式傳感器在汽車上的應用3.1 光電式車高傳感器主動懸架系統(tǒng)能夠根據(jù)車身高度、車速、轉(zhuǎn)向角度及速率、制動等信號，由電控單元ECU控制懸架的執(zhí)行機構(gòu)，使懸架的剛度、減振器的阻尼力及車身高度等參數(shù)改變，使汽車具有良好的乘坐舒適性和操作穩(wěn)定性。在主動懸架系統(tǒng)中車高和轉(zhuǎn)向傳感器是兩個重要部件，目前現(xiàn)代轎車上應用最多的是光電式車高和轉(zhuǎn)向傳

8、感器。圖2 車高自動調(diào)整控制系統(tǒng)組成圖2為車高自動調(diào)整控制系統(tǒng)的構(gòu)成圖。車高傳感器可根據(jù)乘員和貨物的增減，把車高變化（懸架形變量的變化）轉(zhuǎn)換成傳感器軸的旋轉(zhuǎn)，并檢測出旋轉(zhuǎn)角度，將其轉(zhuǎn)換為電信號輸入電控單元ECU，ECU通過有關執(zhí)行元件，根據(jù)汽車載荷的大小，來自動調(diào)整車身的高度。車高傳感器可作為車高控制系統(tǒng)的車高檢出器，也可作為電子控制的惡劣道路檢出器使用。圖3 車高傳感器的結(jié)構(gòu)車高傳感器的結(jié)構(gòu)如圖3所示，它有一靠連桿帶動旋轉(zhuǎn)的軸，在軸上裝有一個開有許多槽的盤形遮光板，在遮光板的兩側(cè)裝有4組光電元件（由發(fā)光二極管和光敏晶體管組成），當連桿帶動軸旋轉(zhuǎn)時，光電元件之間時而透光，時而被遮光板遮上，使電

9、路接通（ON）或斷開（OFF）。在主動懸架系統(tǒng)中，一般安裝使用三個車高傳感器，左、右前輪各安裝一個，后橋中部安裝一個，也有的左、右、前、后輪各安裝一個。圖4為車身高度傳感器的安裝位置及工作狀態(tài)。拉緊螺栓的上端與傳感器的連桿鉸鏈，下端與后懸架臂相連。當車身上下振動時，拉緊螺栓帶動連桿使傳感器的軸左右旋轉(zhuǎn)，光電耦合件把旋轉(zhuǎn)信號轉(zhuǎn)換成車高信號輸出。圖4 車高傳感器的安裝位置及工作狀態(tài)拆下拉緊螺栓，擰松拉緊螺栓的鎖緊螺母，旋轉(zhuǎn)拉緊螺栓的螺旋插頭，可以改變拉緊螺栓的長度，從而可以調(diào)整車身高度的設定值。圖5 車高調(diào)整裝置的控制原理圖5所示為車高調(diào)整裝置的控制原理，利用光電元件接通或斷開的組合，就可把車高的

10、變化范圍分為多個區(qū)域進行檢測。3.2 光電式轉(zhuǎn)向傳感器電子控制懸架系統(tǒng)的構(gòu)成如圖6所示。光電式轉(zhuǎn)向傳感器安裝在轉(zhuǎn)向軸管上，它用于檢測轉(zhuǎn)向盤的中間位置、轉(zhuǎn)動方向、轉(zhuǎn)動角度和轉(zhuǎn)動速度。在電子控制懸架中，電子控制裝置根據(jù)車速傳感器信號和轉(zhuǎn)向傳感器信號，判斷汽車轉(zhuǎn)向時側(cè)向力的大小，以控制車身的側(cè)傾。圖6 電子控制懸架系統(tǒng)構(gòu)成圖7 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向傳感器結(jié)構(gòu)1轉(zhuǎn)向傳感器 2遮光盤 3光電耦合元件 4槽 5軸轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向傳感器用于檢測汽車轉(zhuǎn)向輪的偏轉(zhuǎn)角度及偏轉(zhuǎn)方向。在豐田轎車上裝用的電子控制懸架系統(tǒng)上應用的光電式轉(zhuǎn)向傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖7所示。轉(zhuǎn)向（控制）圓盤安裝在軸上，加在盤的兩側(cè)的是兩組光電元件（發(fā)光二極管及光

11、敏晶體管組成），光電元件套在轉(zhuǎn)向柱管上。盤的周圍開有許多均勻的槽，隨著轉(zhuǎn)向主軸的旋轉(zhuǎn)，圓盤也隨著旋轉(zhuǎn)，通過等間隔配列的開縫口，使光電元件之間的光間斷開閉，由此可檢出旋轉(zhuǎn)角度。光電式轉(zhuǎn)向傳感器的電路如圖8所示，光敏晶體管在遮光盤的作用下，或者導通，或者截止。根據(jù)晶體管導通、截止的速度，就可以檢測出轉(zhuǎn)向器的角速度。此外，晶體管Tr1與Tr2之間的導通與截止，相位差90°，根據(jù)先導通的脈沖信號（波形下降），可檢測出轉(zhuǎn)向器的旋轉(zhuǎn)方向，而且，圖中的光敏晶體管在轉(zhuǎn)向圓盤的作用下導通或截止，根據(jù)其導通或截止的速度，就可檢測出轉(zhuǎn)向器的速度。圖8 光電式轉(zhuǎn)向傳感器電路3.3光電式光量傳感器光電式光量傳

12、感器用硫化鎘（CdS）作為半導體元件，當光線照射硫化鎘（CdS）時，電阻值隨之變化（周圍環(huán)境暗時電阻值大，亮時電阻值變?。馨阎車庹盏淖兓D(zhuǎn)換為電阻值的變化，以電信號的形式輸入控制器。目前在汽車上用于各種燈具亮、熄的自動控制。光電式光量傳感器在汽車燈控制上的應用。燈光控制器安裝在儀表板的上方，到傍晚時，它使尾燈點亮，當天色變得更暗時，前照燈被點亮。當對方來車時，還具有變光功能，這些都是自動完成的。3.4 光電式車速傳感器圖10 數(shù)字式車速表的連接方框圖光電式車速傳感器用于數(shù)字式速度表，由發(fā)光二極管、光敏晶體管以及安裝在速度表驅(qū)動軸上的遮光板構(gòu)成。光電式車速傳感器在數(shù)字式車速報警系統(tǒng)中的應用

13、如圖10所示，數(shù)字式車速表主要由熒光管、電控單元、集成電路IC等構(gòu)成。車速傳感器輸出的脈沖信號傳入到車速表，通過熒光顯示屏顯示車速，并把其信號輸入到里程表、燃油表、溫度表等。圖11 數(shù)字車速表位置圖形圖12 車速表電路框圖數(shù)字式車速表的安裝位置如圖11所示，其電路如圖12所示。光電式車速傳感器產(chǎn)生的脈沖信號經(jīng)整形后輸入到計數(shù)電路中，在記憶電路中被記憶下來。定時電路輸出信號決定著計數(shù)電路的計測時間和記憶時間，記憶電路中的輸出信號加到顯示電路上，熒光管根據(jù)光電式車速傳感器輸出的脈沖數(shù)顯示車速。車速表顯示分辨率為1km/h時，當顯示車速超過101km/h時，速度判斷回路輸出報警信號，點亮速度警告信號燈；當顯示的車速超過105km/h時，蜂鳴器就會鳴叫。四、參考文獻1林平勇 高嵩.