汽车传感器的应用现状及发展趋势.doc

生活中的传感器

院系：物理与电气工程系
专业：11级电气工程及其自动化
姓名：郭晓青
学号：20110841011011
汽车传感器的应用现状及发展趋势
传感器定义：
国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

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传感器
传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。
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　传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。
　传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。
　常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟：
　光敏传感器——视觉 声敏传感器——听觉
　　气敏传感器——嗅觉 化学传感器——味觉
　　压敏、温敏、流体传感器——触觉　
　　敏感元件的分类：
　　①物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。
　　②化学类，基于化学反应的原理。
　　③生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。
　　通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类（还有人曾将敏感元件分46类）。
　　新型传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它不仅促进了传统产业的改造和更新换代，而且还可能建立新型工业，从而成为21世纪新的经济增长点。微型化是建立在微电子机械系统(MEMS)技术基础上的，目前已成功应用在硅器件上做成硅压力传感器。
　　可以用不同的观点对传感器进行分类：

它们的转换原理(传感器工作的基本物理或化学效应)；它们的用途；它们的输出信号类型以及制作它们的材料和工艺等。
根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类：
传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。
化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。
有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题，规模生产的可能性，价格问题等，解决了这类难题，化学传感器的应用将会有巨大增长。
汽车传感器的应用
电子技术已经成为新一代汽车发展方向的主导因素,而传感器是电子技术的核心元件,现代汽车越来越多地应用了传感器,以提高汽车发动机的经济、动力和排放性能,改善底盘的制动操纵性能、转向性能和汽车行驶的安全性能。要实现这些目标的关键在于汽车的电子化和智能化先决条件则是各种信息的及时获取这势必要求在汽车中大量采用各种传感器。传统的传感器往往体积和重量大、成本高它们在汽车的运用 受到很大的限定。近几年来,从半导体集成电路(IC)技能发展而来的微机电系统(microelectromechnicalsystem,MEMS)技能日渐成熟。微型传感器是目前最为成功并最具实用性的微型机电器件，主要包括运用微型膜片的机械形变产生电信号输出的微型压力传感器和微型加快度传感器；此外，还有微型温度传感器、磁场传感器、气体传感器等，这些微型传感器的面积大多在1mm2以下。随着微电子加工技能，特别是纳米加工技能的进一步发展，传感器技能还将从微型传感器进化到纳米传感器。这些微型传感器体积小可实现许多全新的功能，便于大批量和高精度生产，单件成本低，易构成大规模和多功能阵列，这些特性使得它们非常适合于汽车方面的运用。
随着汽车解码器电子技术的发展，汽车电子干扰工程化程度不断提高，通常的机械器系统已经难以解决某些与汽车功能要求有关的解码问题，而被电子控制系统代替。传感器的作用就是根据规定的被测量的大小，定量提供有用的电输出信号的部件，亦即传感器把光、时间、电、温度、压力及气体等的物理、化学量转换成信号的变换器。传感器作为汽车电控系统的关键部件，它直接影响汽车的技术性能的发挥。目前，普通汽车上大约装有10-20只传感器，高级豪华轿车则更多，这些传感器主要分布在发动机控制系统、底盘控制系统和车身控制系统中。

一、发动机控制用传感器
发动机控制用传感器有许多种，其中包括温度传感器、压力传感器、转速和角度传感器、流量传感器、位置传感器、气体浓度传感器、爆震传感器等。这类传感器是整个发动机的核心，利用它们可提高发动机动力性、降低油耗、减少废气、反映故障等，由于其工作在发动机振动、汽油蒸气、污泥和泥水等恶劣环境中，因此它们耐恶劣环境技术指标要高于一般的传感器。对于它们的性能指标要求有很多种，其中最关键的是测量精度与可靠性，否则由传感器检测带来的误差最终将导致发动机控制系统失灵或故障。
1.温度传感器：主要检测发动机温度、吸入气体温度、冷却水温度、燃油温度、机油温度、催化温度等。实际应用的温度传感器主要有线绕电阻式、热敏电阻式和热电偶式。线绕电阻式温度传感器精度较高，但响应特性差；热敏电阻式传感器灵敏度高，响应特性较好，但线性差，适用温度较低；热电偶式精度高，测温范围宽，但需考虑放大器和冷端处理问题。
2.压力传感器：主要检测进气歧管绝对压力、真空度、大气压力、发动机油压、制动器油压、轮胎压力等。车用压力传感器目前已有若干种，应用较多的有电容式、压敏电阻式、膜盒传动的可变电感式(LVDT)、表面弹性波式(SAW)。电容式传感器具有输入能量高，动态响应好、环境适应性好等特点；压敏电阻式受温度影响大，需另设温度补偿电路，但适用于大量生产；LVDT式有较大输出，易于数字输出，但抗振性较差；SAW式具有体积小、质量轻、功耗低、可靠性强、灵敏度高、分辨率高、数字量输出等特点，是一种较为理想的传感器。
3.转速、角度和车速传感器：主要用于检测曲轴转角、发动机转速、车速等。主要有发电机式、磁阻式、霍尔效应式、光学式振动式等。
4.氧传感器：氧传感器安装在排气管内，测量排气管中的含氧量，确定发动机的实际空燃比与理论值的偏差，控制系统根据反馈信号，调节可燃混合气的浓度，使空燃比接近于理论值，从而提高经济性，降低排气污染。实际应用的是氧化锆和氧化钛传感器。
5.流量传感器：测定进气量和燃油流量以控制空燃比，主要有空气流量传感器和燃料流量传感器。空气流量传感器检测进入发动机的空气量从而控制喷油器的喷油量，以得到较准确的空燃比，实际应用的有卡门旋涡式、叶片式、热线式。卡门式无可动部件、反应灵敏、精度较高；热线式易受吸入气体脉动影响，且易断丝；燃料流量传感器用于判定燃油消耗量。主要有水车式、球循环式。
6.爆震传感器：它能把爆震信号传给控制系统，抑制爆震的发生。主要有磁致伸缩式和非共振型压电式。
二、底盘控制用传感器
底盘控制用传感器是指分布在变速器控制系统、悬架控制系统、动力转向系统、防抱制动系统中的传感器，在不同系统中作用不同，但工作原理与发动机中传感器是相同的，主要有以下几种形式传感器：
1.变速器控制传感器：多用于电控自动变速器的控制。它是根据车速传感器、加速度传感器、发动机负荷传感器、发动机转速传感器、水温传感器、油温传感器检测所获得的信息经处理使电控装置控制换档点和液力变矩器锁止，实现最大动力和最大燃油经济性。
2.悬架系统控制传感器：主要有车速传感器、节气门开度传感器、加速度传感器、车身高度传感器、转向盘转角传感器等。根据检测到的信息自动调整车高，抑制车辆姿势的变化等，实现对车辆舒适性、操纵稳定性和行车稳定性的控制。
3.动力转向系统传感器：它是根据车速传感器、发动机转速传感器、转矩传感器等使动力转向电控系统实现转向操纵轻便，提高响应特性，减少发动机损耗，增大输出功率，节省燃油等。
4.防抱制动传感器：它是根据车轮角速度传感器，检测车轮转速，在各车轮的滑移率为20%时，控制制动油压、改善制动性能，确保车辆的操纵性和稳定性。
三、车身控制用传感器
采用这类传感器的主要目的是提高汽车安全性、可靠性、舒适性等，主要有应用于自动空调系统中的多种温度传感器、风量传感器、日照传感器等；安全气囊系统中加速度传感器；亮度自控中光传感器；死角报警系统中超声波传感器；图像传感器等。
四、车用传感器研究开发趋势
由于传感器在电控系统中的重要作用，所以世界各国对其理论研究、新材料应用、产品开发都非常重视。
金刚石的耐热性好、热稳定性高，在真空中1200℃以上表面才开始出现炭化，在大气中也要在600℃以上才开始炭化，利用这一特性，制作适用于高温的热敏传感器，从常温到600℃范围内进行温度监测与控制，并且适用在高温且有腐蚀气体的恶劣环境下使用，性能稳定，使用寿命长，可用于发动机中高温测量。此外金刚石在高温下形变率很高，利用这一特性可制作高温环境下使用的振动传感器和加速度传感器。与其它材料振动膜相结合可作为高温、耐腐蚀、灵敏度高的压力传感器，用于振动检测以及发动机气缸压力等测量。
光导纤维型传感器由于抗干扰性强、灵敏度高、重量轻、体积小，适于遥测等特点正受到人们的普遍重视。目前已有不少成熟的产品问世，如光纤转矩传感器，温度、振动、压力、流量等传感器。
在开发利用新材料同时，由于微电子技术和微机械加工技术发展，传感器正向微型化、多功能化，智能化方向发展。微型化传感器利用微机械的加工技术将微米级的敏感元件、信号调理器、数据处理装置集成封装在一块芯片上。由于体积小、价格便宜、便于集成等特点，可以提高系统测试精度，例如把微型压力传感器和微型温度传感器集成在一起，同时测出压力和温度，便可通过芯片内运算消去压力测量中的温度影响。目前已有不少微型传感器面世，如压力传感器、加速度传感器、用于防撞的硅加速度传感器等。在汽车轮胎内嵌入微型压力传感器可以保持适当充气，避免充气过量或不足，从而节约燃油10%。多功能化使传感器能够同时检测2个或2个以上的特性参数。而智能传感器由于带有专用计算机，因而具有智能特点。

2013 我国汽车传感器技术与应用趋势分析
全球传感器市场正呈现出快速增长态势。资讯公司INTECHNOCONSULTING的市场报告显示，2008年全球传感器市场容量为506亿美元，预计2010年全球传感器市场可达600亿美元以上。东欧、亚太区和加拿大成为传感器市场增长最快的地区，而美国、德国、日本依然是传感器市场分布最大的国家。就世界范围而言，传感器市场上增长最快的依旧是汽车市场。
“没有传感器技术就没有现代汽车”已成为业内共识，这意味着汽车电子化越发达，自动化程度越高，对传感器依赖性就越大。对此，业内专家认为，未来新型汽车应用系统将催生新的汽车传感器与之配套。传感器的最大特点是不断引入新技术发展新功能，未来汽车传感器技术总发展趋势是微型化、多功能化和智能化。
自我感受
传感器，对于我的理解是：通过对光，温度，声音等的感应，经过特殊元件的处理将感应的信号成电信号等，并转换成人类可知的信息，或是通过自动控制技术对器件做出相应的处理。在现代化的今天，自动控制技术很热门，而传感器则是实现自动化的其中一种途径，因此传感器在现在社会生活中变的更重要。
由以上介绍可知，现代生活中传感器无处不在，它不仅应用于工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护中，还应用于我们的日常生活中。如汽车、智能手机、电子炉灶、自动电饭锅、吸尘器、空调器、电子热水器、热风取暖器、风干器、报警器、电樊斗、电风扇、游戏机、洗衣机、照像机、电冰箱、彩色及平板电视机、录像机、录音机、收音机及影碟机等等。

当今社会交通工具非常发达，传感器在其中的应用也非常之多。而汽车现在作为一种重要交通工具，认识了解它的性能，工作原理变得越来越重要。以前以为汽车是多么的高级，智能，不是一般人可以真正了解他的工作原理。现在通过对传感器的了解，才恍然大悟，原来汽车的智能一半来自传感器的应用。目前，普通汽车上大约装有几十到近百只传感器，豪华轿车上就更多了，这些传感器主要分布在发动机控制系统、底盘控制系统，安全气囊和车身控制系统中。
近几年来，由于车辆的急剧增加及驾驶员不遵守交通规则，交通事故频繁发生，因此传感器在安全气囊上的应用显得非常重要。当汽车发生碰撞时，安全气囊中的碰撞传感器就会发挥作用。传感器感应到碰撞信号，并将这一信号输入到安全气囊电脑中，然后由电脑判断是否引爆气囊中的充气元件对气囊充气。当有大的碰撞时，气囊会被充满气，驾驶员就不会由于突然停车而产生的惯性受到伤害。当然传感器在汽车安全方面不仅仅如此，还有许多方方面，并且随着技术的发展，它也会逐步趋于完善。
传感器在日常生活中无处不在，它正在改变着人们的生活方式，充分显示出它给人们生活带来的方便、安全和快捷。但它也有需要改进的地方，因此作为当代大学生的我们任务重大，我们应该好好学习自己的专业知识，将来在自己的专业上有所建树，回报社会，回报国家。