光電傳感器在汽車上的應(yīng)用及發(fā)展

1、精選文檔傳感器與檢測(cè)技術(shù)論文 題目：光電傳感器在汽車上的應(yīng)用 班級(jí)：2013級(jí)電子信息工程1班 學(xué)號(hào)姓名：楊俊旭 指導(dǎo)老師：江華 2016.5.2 摘 要 光電傳感器是把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后，借助光電元件把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。如光電開(kāi)關(guān)、光感電阻、光感二極管、光電池、光纖等。光電式傳感器在檢測(cè)和控制領(lǐng)域中應(yīng)用非常廣泛，它是采用光電元件作為檢測(cè)元件的傳感器，具有反應(yīng)快、精度高、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣。本文列舉了光電傳感器技術(shù)在一些領(lǐng)域里的應(yīng)用。并闡述了當(dāng)前傳感器技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：光電傳感器；汽車；

2、應(yīng)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(yīng)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(xiàn)一、引言 隨著汽車電子技術(shù)的迅速發(fā)展及電控單元運(yùn)用的普及，新型汽車為了提高動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、舒適性以及減少排氣污染，已廣泛應(yīng)用電子控制技術(shù)。從發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油噴射系統(tǒng)、點(diǎn)火裝置、進(jìn)氣裝置、廢氣排放、故障自診斷到底盤的傳動(dòng)系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向制動(dòng)系統(tǒng)以及車身和輔助設(shè)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(dān)負(fù)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(yīng)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(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、空氣流量傳感器檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)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(kāi)度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過(guò)ECU控制噴油量、進(jìn)氣溫度傳感器是檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣溫度，將進(jìn)氣溫度轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)輸入ECU作為噴油修正信號(hào)、氧傳感器是根據(jù)化學(xué)平衡原理計(jì)算出對(duì)應(yīng)的氧

4、濃度，達(dá)到監(jiān)測(cè)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(dá)標(biāo)的測(cè)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(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，再通過(guò)光電器件把光信號(hào)的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)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(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測(cè)信號(hào)量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)?；瘜W(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測(cè)信號(hào)量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。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(guò)TDA2030功率放

5、大器即產(chǎn)生交流激磁功率電源，通過(guò)能源環(huán)形變壓器T1從靜止的初級(jí)線圈傳遞至旋轉(zhuǎn)的次級(jí)線圈，得到的交流電源通過(guò)軸上的整流濾波電路得到±5V的直流電源，該電源做運(yùn)算放大器AD822的工作電源；由基準(zhǔn)電源AD589與雙運(yùn)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(dāng)彈性軸受扭時(shí)，應(yīng)變橋檢測(cè)得到的mV級(jí)的應(yīng)變信號(hào)通過(guò)儀表放大器AD620放大成1.5v±1v的強(qiáng)信號(hào)，再通過(guò)V/F轉(zhuǎn)換器LM131變換成頻率信號(hào)，通過(guò)信號(hào)環(huán)形變壓器T2從旋轉(zhuǎn)的初級(jí)線圈傳遞至靜止次級(jí)線圈，再經(jīng)過(guò)外殼上的信號(hào)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(hào)，該信號(hào)為TTL電平,既可提供給專用二次儀表或頻率計(jì)顯示也可直接送計(jì)算機(jī)處理。由于該旋轉(zhuǎn)變壓器動(dòng)-靜環(huán)之間只有零點(diǎn)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(qiáng)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(xué)類。大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎(chǔ)運(yùn)作的?；瘜W(xué)傳感器技術(shù)問(wèn)題較多，例如可靠性問(wèn)題，規(guī)模生產(chǎn)的可能性，價(jià)格問(wèn)題等，解決了這類難題，化學(xué)傳感器的應(yīng)用將會(huì)有巨大增長(zhǎng)。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(duì)光

7、電元件的作用原理不同所制成的光學(xué)測(cè)控系統(tǒng)是多種多樣的，按光電元件（光學(xué)測(cè)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(kāi)關(guān)）式光電傳感器；模擬式光電傳感器按被測(cè)量（檢測(cè)目標(biāo)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(yīng)用3.1 光電式車高傳感器主動(dòng)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(dòng)等信號(hào)，由電控單元ECU控制懸架的執(zhí)行機(jī)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(dòng)懸架系統(tǒng)中車高和轉(zhuǎn)向傳感器是兩個(gè)重要部件，目前現(xiàn)代轎車上應(yīng)用最多的是光電式車高和轉(zhuǎn)向傳

8、感器。圖2 車高自動(dòng)調(diào)整控制系統(tǒng)組成圖2為車高自動(dòng)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(cè)出旋轉(zhuǎn)角度，將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸入電控單元ECU，ECU通過(guò)有關(guān)執(zhí)行元件，根據(jù)汽車載荷的大小，來(lái)自動(dòng)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(dòng)旋轉(zhuǎn)的軸，在軸上裝有一個(gè)開(kāi)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(dāng)連桿帶動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，光電元件之間時(shí)而透光，時(shí)而被遮光板遮上，使電

9、路接通（ON）或斷開(kāi)（OFF）。在主動(dòng)懸架系統(tǒng)中，一般安裝使用三個(gè)車高傳感器，左、右前輪各安裝一個(gè)，后橋中部安裝一個(gè)，也有的左、右、前、后輪各安裝一個(gè)。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(dāng)車身上下振動(dòng)時(shí)，拉緊螺栓帶動(dòng)連桿使傳感器的軸左右旋轉(zhuǎn)，光電耦合件把旋轉(zhuǎn)信號(hào)轉(zhuǎn)換成車高信號(hào)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(zhǎng)度，從而可以調(diào)整車身高度的設(shè)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(kāi)的組合，就可把車高的

10、變化范圍分為多個(gè)區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)。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(cè)轉(zhuǎn)向盤的中間位置、轉(zhuǎn)動(dòng)方向、轉(zhuǎn)動(dòng)角度和轉(zhuǎn)動(dòng)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(hào)和轉(zhuǎn)向傳感器信號(hào)，判斷汽車轉(zhuǎn)向時(shí)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(cè)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(yīng)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(kāi)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(guò)等間隔配列的開(kāi)縫口，使光電元件之間的光間斷開(kāi)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(dǎo)通，或者截止。根據(jù)晶體管導(dǎo)通、截止的速度，就可以檢測(cè)出轉(zhuǎn)向器的角速度。此外，晶體管Tr1與Tr2之間的導(dǎo)通與截止，相位差90°，根據(jù)先導(dǎo)通的脈沖信號(hào)（波形下降），可檢測(cè)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(dǎo)通或截止，根據(jù)其導(dǎo)通或截止的速度，就可檢測(cè)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(dǎo)體元件，當(dāng)光線照射硫化鎘（CdS）時(shí)，電阻值隨之變化（周圍環(huán)境暗時(shí)電阻值大，亮?xí)r電阻值變?。?，能把周圍光照的變化轉(zhuǎn)換為電阻值的變化，以電信號(hào)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(dòng)控制。光電式光量傳感器在汽車燈控制上的應(yīng)用。燈光控制器安裝在儀表板的上方，到傍晚時(shí)，它使尾燈點(diǎn)亮，當(dāng)天色變得更暗時(shí)，前照燈被點(diǎn)亮。當(dāng)對(duì)方來(lái)車時(shí)，還具有變光功能，這些都是自動(dòng)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(dòng)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(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)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(hào)傳入到車速表，通過(guò)熒光顯示屏顯示車速，并把其信號(hào)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(hào)經(jīng)整形后輸入到計(jì)數(shù)電路中，在記憶電路中被記憶下來(lái)。定時(shí)電路輸出信號(hào)決定著計(jì)數(shù)電路的計(jì)測(cè)時(shí)間和記憶時(shí)間，記憶電路中的輸出信號(hào)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(shí)，當(dāng)顯示車速超過(guò)101km/h時(shí)，速度判斷回路輸出報(bào)警信號(hào)，點(diǎn)亮速度警告信號(hào)燈；當(dāng)顯示的車速超過(guò)105km/h時(shí)，蜂鳴器就會(huì)鳴叫。四、參考文獻(xiàn)1林平勇 高嵩.