自動檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)-第十三章(下)

機(jī)械工業(yè)出版社

中等職業(yè)教育電氣類規(guī)劃教材

《自動檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)》

第十三章（下）

多媒體課件

2009－5－1更新2/1/20231第十三章傳感器在現(xiàn)代

檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用（下）檢測技術(shù)的綜合應(yīng)用（下）主要學(xué)習(xí)傳感器在現(xiàn)代汽車、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人和智能樓宇中的應(yīng)用。2/1/20232第五節(jié)傳感器在現(xiàn)代汽車中的應(yīng)用2/1/20233一、汽車結(jié)構(gòu)及工作過程概述（參考南京交通技師學(xué)院資料，以幾幅下同）汽車類型繁多，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，大體可分為發(fā)動機(jī)、底盤和電氣設(shè)備三大部分又可分成燃料系、點火系、傳動系、轎廂系等幾個系統(tǒng)，每一部分均安裝有許多檢測和控制用的傳感器。與傳感器有關(guān)聯(lián)的測控框圖如圖13-11所示。2/1/20234汽車底盤示意圖后輪懸掛傳動軸轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)2/1/20235福特林肯Navigator底盤發(fā)動機(jī)傳動軸排氣管前剎車盤后輪懸掛減速箱2/1/20236汽車發(fā)動機(jī)發(fā)動機(jī)是汽車的動力裝置，其作用是使吸入的燃料燃燒而產(chǎn)生動力，通過傳動系統(tǒng)，使汽車行駛。汽油發(fā)動機(jī)主要由汽缸、燃料系、點火系、起動系、冷卻系及潤滑系等組成。汽車的工作過程均是在電控單元ECU控制下進(jìn)行的。

2/1/20237汽車發(fā)動機(jī)的解剖圖2/1/20238與發(fā)動機(jī)配套使用的各種傳感器進(jìn)氣壓力傳感器曲軸位置傳感器進(jìn)氣壓力、溫度傳感器2/1/20239ECU結(jié)構(gòu)

a）外形

b）ECU內(nèi)部原理框圖及輸入/輸出信號

2/1/202310各種ECU外形（參考北京元業(yè)隆公司資料）

2/1/202311汽車ECU的應(yīng)用

ECU用于控制方向盤的助力系統(tǒng)2/1/202312ECU在汽車四輪獨立懸掛避振中的應(yīng)用前懸掛后懸掛為了減小汽車在崎嶇的道路上的顛簸，提高舒適性，ECU還能根據(jù)四個車輪的獨立懸掛系統(tǒng)的受力情況，控制油壓系統(tǒng)，調(diào)節(jié)四個車輪的高度，跟蹤地面的變化，保持轎廂的平穩(wěn)。

2/1/202313汽車ECU的應(yīng)用（續(xù)）

ECU用于防碰撞和控制安全氣囊傳感器將速度、距離等與碰撞有關(guān)的參數(shù)傳送給ECU。2/1/202314汽車避撞系統(tǒng)原理框圖安全氣囊2/1/202315

ECU在接收到碰撞傳感器的信號后，打開折疊式安全氣囊。折疊式安全氣囊2/1/202316二、傳感器在汽車運行中的作用

2/1/202317空氣系統(tǒng)中的傳感器

為了得到最佳的燃燒狀態(tài)和最小的排氣污染，必須對油氣混合氣中的空氣-燃油比例（空燃比）進(jìn)行精確的控制?？諝庀到y(tǒng)中傳感器的作用是計量和控制發(fā)動機(jī)燃燒所需要的空氣量。

空氣進(jìn)氣量還與油門踏板有關(guān)。駕駛員通過操作油門踏板控制進(jìn)氣道的節(jié)氣門開度，以改變進(jìn)氣流通截面積，從而控制進(jìn)氣量，由此控制發(fā)動機(jī)的功率。ECU必須測量節(jié)氣門的開度，才能控制噴油器的噴油量。

2/1/202318空氣流量傳感器空氣流量傳感器有多種類型，使用較多的有熱絲式氣體測速儀以及卡門渦街流量計。2/1/202319節(jié)氣門及節(jié)氣門角位移開度傳感器節(jié)氣門角度位移傳感器節(jié)氣門2/1/202320

受ECU控制的噴油器2/1/202321汽車水溫傳感器

2/1/202322氧含量傳感器在汽車中的應(yīng)用當(dāng)汽車節(jié)氣門的開合度不正確時，汽缸中的燃油燃燒可能不正常。通過測量尾氣的氧含量，并將信號傳輸給ECU，從而改變節(jié)氣門的開合度，使燃油的燃燒達(dá)到最佳工況?，F(xiàn)代汽車還在排氣總管前端安裝一只氧含量傳感器。當(dāng)排氣中的氧含量不足時，由ECU控制增大空燃比，改變油氣濃度，提高燃燒效率，減少黑煙污染。2/1/202323氧含量傳感器及其在汽車中的安裝位置

排氣總管2/1/202324傳感器在汽車ABS中的作用

當(dāng)汽車緊急剎車時，使汽車減速的外力主要來自地面作用于車輪的摩擦力，即所謂的地面附著力。而地面附著力的最大值出現(xiàn)在車輪接近抱死而尚未抱死的狀態(tài)。這就必須設(shè)置一個“防抱死制動系統(tǒng)”又稱為ABS。ABS由車輪速度傳感器、ECU以及電—液控制閥等組成。ECU根據(jù)車輪速度傳感器來的脈沖信號控制電液制動系統(tǒng)，使各車輪的制動力滿足少量滑動但接近抱死的制動狀態(tài)，以使車輛在緊急剎車時不致失去方向性和穩(wěn)定性。2/1/202325汽車防抱死解決方案剎車裝置2/1/202326汽車防抱死使用效果及注意事項在用力緊急剎車時，ABS自動啟動。使用ABS能改善剎車效果使用ABS前易發(fā)生“甩尾”2/1/202327汽車防側(cè)滑系統(tǒng)汽車在行駛過程中必須保持驅(qū)動車輪在冰雪等易滑路面上的穩(wěn)定性并防止側(cè)偏力的產(chǎn)生，故在前后四個車輪中安裝有車輪速度傳感器（轉(zhuǎn)速傳感器）。當(dāng)發(fā)生側(cè)滑時，ECU分別控制有關(guān)車輪的制動控制裝置及發(fā)動機(jī)功率，提高行駛的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向操作性。安裝防側(cè)滑傳感器前后比較2/1/202328防側(cè)滑系統(tǒng)涉及到的的傳感器

2/1/202329汽車在雪地中的安全行駛有賴于防側(cè)滑系統(tǒng)

2/1/202330汽車性能測試儀表及各點信號

2/1/202331汽車部件的檢測2/1/202332現(xiàn)代汽車性能測試用的部分儀表ECU模擬信號發(fā)生器ECU歷史記錄讀出器（汽車故障診斷儀）2/1/202333汽車性能測試儀表汽車尾氣分析儀電噴系統(tǒng)清洗測試儀2/1/202334第六節(jié)傳感器在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

傳感器在數(shù)控機(jī)床中占據(jù)重要的地位，它監(jiān)視和測量著數(shù)控機(jī)床的每一步工作過程。

2/1/202335數(shù)控機(jī)床的

結(jié)構(gòu)2/1/202336數(shù)控機(jī)床中很重要的一個指標(biāo)是“進(jìn)給運動”的位置定位誤差和重復(fù)定位誤差，所以必須采用高準(zhǔn)確度的位置檢測裝置。卸掉外殼后的數(shù)控車床內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖13-15所示。2/1/202337位置檢測裝置在進(jìn)給控制中的應(yīng)用

光柵安裝方式示意圖（卸掉防護(hù)罩后）1－床身2－光柵尺3－掃描頭

4－滾珠絲杠-螺母副5－床鞍2/1/202338接近開關(guān)在刀架選刀控制中的應(yīng)用

霍爾接近開關(guān)回轉(zhuǎn)刀架2/1/202339數(shù)控機(jī)床使用的各種刀具的換刀

需要夾緊和卸下的刀具可以從刀具車上自動取出，然后自動再放回刀具車上。

2/1/202340車床工件溫度場在線監(jiān)測原理框圖2/1/202341數(shù)控機(jī)床自動保護(hù)

（1）過熱保護(hù)

:主要是監(jiān)測一些軸溫、壓力油溫、潤滑油溫、冷卻空氣溫度、各個電動機(jī)繞組溫度等（2）工件夾緊力的檢測：自動將毛坯送到主軸卡盤中并夾緊，夾緊力由壓力傳感器檢測，當(dāng)夾緊力小于設(shè)定值時，將導(dǎo)致工件松動，這時控制系統(tǒng)將發(fā)出報警信號，停止走刀。

（3）輔助系統(tǒng)狀態(tài)檢測：在潤滑、液壓、氣動等系統(tǒng)中，均安裝有壓力傳感器、液位傳感器、流量傳感器，對這些輔助系統(tǒng)隨時進(jìn)行監(jiān)控，保證數(shù)控機(jī)床的正常運行。

2/1/202342第七節(jié)傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用

機(jī)器人是由計算機(jī)控制的復(fù)雜機(jī)器，它具有類似人的肢體及感官功能；動作程序靈活；有一定程度的智能；在工作時可以不依賴人的操縱。機(jī)器人傳感器在機(jī)器人的控制中起了非常重要的作用，正因為有了傳感器，機(jī)器人才具備了類似人類的知覺功能和反應(yīng)能力。2/1/202343類別檢測內(nèi)容應(yīng)用目的傳感器件明暗覺是否有光，亮度多少判斷有無對象，并得到定量結(jié)果光敏管、光電斷續(xù)器色覺對象的色彩及濃度利用顏色識別對象的場合彩色攝影機(jī)、濾色器、彩色CCD位置覺物體的位置、角度、距離物體空間位置，判斷物體移動光敏陣列、CCD等形狀覺物體的外形提取物體輪廓及固有特征，識別物體光敏陣列、CCD等接觸覺與對象是否接觸，接觸的位置決定對象位置，識別對象形態(tài)，控制速度，安全保障，異常停止，尋徑光電傳感器、微動開關(guān)、薄膜接點、壓敏高分子材料壓覺對物體的壓力、握力、壓力分布控制握力，識別握持物，測量物體彈性壓電元件、導(dǎo)電橡膠、壓敏高分子材料力覺機(jī)器人有關(guān)部件（如手指）所受外力及轉(zhuǎn)矩控制手腕移動，伺服控制，正確完成作業(yè)應(yīng)變片、導(dǎo)電橡膠接近覺對象物是否接近，接近距離，對象面的傾斜控制位置，尋徑，安全保障，異常停止光傳感器、氣壓傳感器、超聲波傳感器、電渦流傳感器、霍爾傳感器滑覺垂直握持面方向物體的位移，重力引起的變形修正握力，防止打滑，判斷物體重量及表面狀態(tài)球形接點式、光電旋轉(zhuǎn)傳感器、角編碼器、振動檢測器機(jī)器人傳感器分類

2/1/202344傳感器在機(jī)器人身上的分布

2/1/202345能踢球的機(jī)器人2/1/202346對運動的球類有正確反應(yīng)的機(jī)器人能打網(wǎng)球的機(jī)器人機(jī)器人足球比賽2/1/202347能行走的機(jī)器人2/1/202348服務(wù)機(jī)器人機(jī)器人伴舞機(jī)器人奏樂2/1/202349可愛的小機(jī)器人能上臺階并避開障礙物的機(jī)器人能自己站起來的機(jī)器人2/1/202350軍事機(jī)器人我國引進(jìn)的排爆機(jī)器人進(jìn)攻型機(jī)器人2/1/202351工業(yè)機(jī)器人核工業(yè)機(jī)器人汽車噴漆機(jī)器人2/1/202352機(jī)器人的手2/1/202353機(jī)械手在汽車加工中的應(yīng)用機(jī)械手能按照程序焊接和安裝汽車部件，是機(jī)器人的雛形。2/1/202354激光焊接機(jī)械手（參考上海大眾汽車有限公司資料）2/1/202355第八節(jié)傳感器在智能樓宇中的應(yīng)用自1984年美國建成第一座智能樓宇以來，智能樓宇在世界各國建筑物中的比例越來越大。智能樓宇或智能建筑（縮寫IB）是信息時代的產(chǎn)物，是計算機(jī)及傳感器應(yīng)用的重要方面。智能樓宇包括五大主要特征：樓宇自動化（BA）、防火自動化（FA）、通信自動化（CA）、辦公自動化（OA）、信息管理自動化（MA）。

2/1/202356對智能化建筑的要求人們對智能化建筑的要求包括以下幾個方面：

1）高度安全性的要求：包括防火、防盜、防爆、防泄漏等；

2）舒適的物理環(huán)境；

3）先進(jìn)的通信設(shè)施與完備的信息處理終端；

4）電器與設(shè)備的自動化及智能化控制。集成的樓宇管理系統(tǒng)能夠使用網(wǎng)絡(luò)化、智能化、多功能化的傳感器和執(zhí)行器，傳感器和執(zhí)行器通過數(shù)據(jù)網(wǎng)和控制網(wǎng)連接起來，與通信系統(tǒng)一起形成整體的樓宇網(wǎng)絡(luò)，并通過寬帶網(wǎng)與外界溝通。

2/1/202357智能化建筑中的傳感器活動物體傳感器煙霧傳感器二氧化碳傳感器溫度傳感器火焰?zhèn)鞲衅骺偩€終端控制對象2/1/202358智能家居結(jié)構(gòu)圖2/1/202359家居防盜2/1/202360一、空調(diào)系統(tǒng)的監(jiān)控空調(diào)系統(tǒng)監(jiān)控的目的是：既要提供溫濕度適宜的環(huán)境，又要求節(jié)約能源。其監(jiān)控范圍為制冷機(jī)、熱力站、空氣處理設(shè)備（空氣過濾、熱濕交換）、送排風(fēng)系統(tǒng)、變風(fēng)量末端（送風(fēng)口）等。2/1/202361空調(diào)制冷機(jī)組示意圖

1－斷路器2－獨立的壓縮機(jī)電機(jī)啟動器3－壓縮機(jī)電機(jī)接線箱4－冷水機(jī)動力盤5－控制箱6－放氣7－壓力表8－冷凍水泵9－冷凝器水泵10－冷凍水泵啟動器11－冷凝水泵啟動器12－冷卻塔風(fēng)扇啟動器13－斷路器14－油泵斷路器2/1/202362自動供熱系統(tǒng)示意圖

熱交換器熱交換器2/1/202363二、給排水系統(tǒng)

給排水系統(tǒng)的監(jiān)控和管理由現(xiàn)場監(jiān)控站和管理中心來實現(xiàn)，其最終目的是實現(xiàn)管網(wǎng)的合理調(diào)度，保持適當(dāng)?shù)乃畨?；監(jiān)控系統(tǒng)還隨時監(jiān)視大樓的排水系統(tǒng)，并自動排水。給排水系統(tǒng)的監(jiān)控主要包括水泵的自動啟停控制、水位、流量、壓力的測量與調(diào)節(jié)；用水量和排水量的測量；污水處理設(shè)備運轉(zhuǎn)的監(jiān)視、控制、水質(zhì)檢測；節(jié)水程序控制；故障及異常狀況的記錄等。根據(jù)水箱和水池的高、低水位信號來控制水泵的啟、停及進(jìn)水控制閥的開關(guān)，并且進(jìn)行溢水和停水的預(yù)警等。當(dāng)水泵出現(xiàn)故障時，備用水泵則自動投入工作，同時發(fā)出報警信號。

2/1/202364給排水系統(tǒng)監(jiān)控原理框圖

2/1/202365變頻控制供水機(jī)組

采用變頻供水系統(tǒng)取代屋頂水箱，穩(wěn)定水壓。2/1/202366排污系統(tǒng)污水處理高效節(jié)能無堵塞排污泵2/1/202367三、供配電與照明系統(tǒng)監(jiān)控

智能樓宇的最大特點之一是節(jié)能。作為一個大型高級建筑物，燈光系統(tǒng)控制水平的高低直接反映了大樓的智能化水平。供配電系統(tǒng)對如下參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視：電壓、電流、視在功率、功率因數(shù)、頻率等指標(biāo)，并自動進(jìn)行功率因數(shù)補(bǔ)償；當(dāng)傳感器長期感應(yīng)不到有人走動時，自動關(guān)閉該區(qū)域的燈光照明。

當(dāng)樓宇內(nèi)的供配電出現(xiàn)故障時，傳感器和計算機(jī)必須在極短的時間里向監(jiān)控中心報告故障的部位和原因，供電系統(tǒng)將立即起動UBS或自備發(fā)電機(jī)，向重要供電對象（例如計算機(jī)系統(tǒng)）提供電力，以免系統(tǒng)崩潰。2/1/202368樓宇低壓成套配電柜2/1/202369機(jī)房在線式不間斷電源（UPS）、消防應(yīng)急電源（EPS）2/1/202370四、火災(zāi)監(jiān)視、控制系統(tǒng)

火情、火災(zāi)報警傳感器主要有感煙傳感器、感溫傳感器以及紫外線火焰?zhèn)鞲衅?。從物理作用上區(qū)分，可分為離子型、光電型等；從信號方式區(qū)分，可分為開關(guān)型，模擬型及智能型等。還應(yīng)及時將現(xiàn)場數(shù)據(jù)經(jīng)控制網(wǎng)絡(luò)向控制系統(tǒng)匯總。獲得火情后，系統(tǒng)經(jīng)通信網(wǎng)絡(luò)向有關(guān)職能部門報告火情，并對樓宇內(nèi)的防火卷簾門、電梯、滅火器、噴水頭、消防水泵、電動門等聯(lián)動設(shè)備下達(dá)起動或關(guān)閉的命令，以使火災(zāi)得到即時控制，還應(yīng)起動公共廣播系統(tǒng)，引導(dǎo)人員疏散。

2/1/202371火災(zāi)與報警

2/1/202372火災(zāi)、安防監(jiān)控系統(tǒng)（參考肇慶市新達(dá)消防水電安裝工程有限公司資料）

2/1/202373火災(zāi)報警聯(lián)動控制器火災(zāi)報警聯(lián)動控制器由傳感器和微處理器組成，采用了先進(jìn)的軟件結(jié)構(gòu)和智能化網(wǎng)絡(luò)分布處理技術(shù)，具備火災(zāi)探測、消防聯(lián)動等功能。2/1/202374火災(zāi)報警聯(lián)動控制器

火災(zāi)報警聯(lián)動控制器能將智能樓宇的災(zāi)情自動傳送到消防部門的計算機(jī)系統(tǒng)中。2/1/202375火災(zāi)感知傳感器及玻璃球灑水噴頭

煙霧傳感器

當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，溫度升高使玻璃球爆裂，高壓自來水自動噴出。煙2/1/202376五、門禁、防盜系統(tǒng)

出入口控制系統(tǒng)又叫門禁管理系統(tǒng)。在樓宇內(nèi)的主要管理區(qū)、出入口、電梯廳、主要設(shè)備控制中心機(jī)房、貴重物品的庫房等重要部位的通道口，安裝門禁控制裝置，由中心控制室監(jiān)控。各門禁控制單元一般由門禁讀卡模塊、智能卡讀卡器、指紋識別器（今后可能還有視網(wǎng)膜識別器）、電控鎖或電動閘門等部件組成。

2/1/202377刷卡門禁外形及內(nèi)部電路刷卡器2/1/202378門禁的幾個主要部件

門禁主要由如下部件組成：讀卡器、門禁控制器、電磁門鎖等。2/1/202379門禁的使用指紋門禁控制金庫門禁控制刷卡門禁控制2/1/202380其他各種門禁系統(tǒng)

指紋門禁系統(tǒng).無線IC門禁系統(tǒng)2/1/202381指紋門禁網(wǎng)絡(luò)連接圖（參考深圳市深安科技發(fā)展有限公司資料）

2/1/202382指紋識別系統(tǒng)的應(yīng)用指紋保管箱管理系統(tǒng)智能建筑大門入口指紋門禁管理2/1/202383智能樓宇的電視監(jiān)控智能樓宇通常在人們無法或不宜直接觀察的場合，安裝電視監(jiān)控系統(tǒng)。一臺監(jiān)視器可分割成十幾個區(qū)域，以供工作人員觀察十幾個CCD攝像探頭的信號，并自動將畫面存儲于計算機(jī)的硬盤內(nèi)。當(dāng)畫面靜止不變時，所占用的字節(jié)數(shù)極少，可存儲幾個月以上的畫面；當(dāng)畫面發(fā)生變化時，可給工作人員發(fā)出提示信號。使用計算機(jī)還便于調(diào)閱在此期間任何時段的畫面，還可放大、增亮、銳化有關(guān)細(xì)節(jié)。

2/1/202384智能樓宇的多畫面電視監(jiān)控

2/1/202385實時監(jiān)控及可視對講系統(tǒng)（參考深圳市深安科技發(fā)展有限公司資料）

2/1/202386實時監(jiān)控系統(tǒng)的計算機(jī)數(shù)據(jù)歷史記錄（參考深圳市深安科技發(fā)展有限公司資料）2/1/202387六、停車監(jiān)控系統(tǒng)

在智能樓宇內(nèi)，車庫綜合管理系統(tǒng)監(jiān)控車輛的進(jìn)入，指示停車位置，甚至能自動登錄車牌號碼。

停車監(jiān)控原理框圖

中央控制器車牌識別系統(tǒng)刷卡門禁行車泊位系統(tǒng)活動物體監(jiān)視燈光自控2/1/202388地下停車場的智能管理使用感應(yīng)讀卡器，可以在1m的之外讀出進(jìn)出車輛的信息。當(dāng)車輛駛近入口時，地感線圈（電渦流線圈）感應(yīng)到車輛的速度、長度，并啟動CCD攝像機(jī)，將車牌影像攝入，并送到車牌圖像識別