自动检测技术及应用第十三章下

2015/12/6 Sunday 1 第十三章第十三章 传感器在现代传感器在现代 检测技术技术中的应用检测技术技术中的应用（下下） 检测技术的综合应用检测技术的综合应用（下下）主主 要学习传感器在要学习传感器在汽车汽车、数控数控、机器机器 人人和和智能楼宇智能楼宇中的应用中的应用。 2015/12/6 Sunday 2 第四节第四节 传感器在现代汽车中的应用传感器在现代汽车中的应用 一一、汽车结构及工作过程概述汽车结构及工作过程概述 汽车类型繁多汽车类型繁多， 结构比较复杂结构比较复杂，大体大体 可分为可分为发动机发动机、底盘底盘 和和电气设备电气设备三大部分三大部分 又可分成又可分成燃料系燃料系、点点 火系火系、传动系传动系、轿厢轿厢 系系等几个系统等几个系统，每一每一 部分均安装有许多检部分均安装有许多检 测和控制用的传感测和控制用的传感 器器。 （参考南京交通技师学院资参考南京交通技师学院资 料料， 以几幅下同以几幅下同） 2015/12/6 Sunday 4 汽车底盘示意图汽车底盘示意图 后轮后轮悬挂悬挂 传动轴传动轴 转向机构转向机构 2015/12/6 Sunday 5 福特福特林肯林肯NavigatorNavigator底盘底盘 发动机发动机 传动轴传动轴 排气管排气管 前前刹车盘刹车盘 后轮后轮悬挂悬挂 减速箱减速箱 汽车发动机汽车发动机 发动机是汽车的动力装置发动机是汽车的动力装置，其作用是其作用是使吸入的燃料燃烧而产生动力使吸入的燃料燃烧而产生动力，通过传动通过传动系统系统，使汽车行驶使汽车行驶。汽油发动机汽油发动机主要由主要由汽汽缸缸、燃料系燃料系、点火系点火系、起动系起动系、冷却系冷却系及及润滑系润滑系等组成等组成。汽车的工作过程均是在汽车的工作过程均是在电电控单元控单元ECU控制下进行的控制下进行的。 2015/12/6 Sunday 7 汽车发动机的解剖图汽车发动机的解剖图 2015/12/6 Sunday 8 与发动机配套使用的各种传感器与发动机配套使用的各种传感器 进气压力进气压力 传感器传感器 曲轴位置传感器曲轴位置传感器 进气压力进气压力、 温度传感器温度传感器 ECU结构结构 a a）外形外形 b b）ECU内部内部 原原理框图及输理框图及输入入/ /输出信号输出信号 各种各种ECU外形外形（参考参考北京元业隆公司资料北京元业隆公司资料） 2015/12/6 Sunday 11 汽车汽车ECU的应用的应用 ECUECU用于控制用于控制 方方 向盘的助力系统向盘的助力系统 ECU在在汽车四轮独立悬挂避振中的应用汽车四轮独立悬挂避振中的应用 前前悬挂悬挂 后悬挂后悬挂 为了减小汽车在崎岖的道路上的颠簸为了减小汽车在崎岖的道路上的颠簸，提高舒适提高舒适 性性，ECU还能根据还能根据四个车轮的独立悬挂系统四个车轮的独立悬挂系统的受力情的受力情 况况，控制油压系统控制油压系统，调节四个车轮的高度调节四个车轮的高度，跟踪地面跟踪地面 的变化的变化，保持轿厢的平稳保持轿厢的平稳。 汽车汽车ECU的应用的应用（续续） ECU用于防碰撞和控制安全气囊用于防碰撞和控制安全气囊 传感器将传感器将速速 度度、距离距离等与等与碰碰 撞有关的参数撞有关的参数传传 送给送给ECU。 2015/12/6 Sunday 14 汽车避撞系统原理框图汽车避撞系统原理框图 安安 全全 气气 囊囊 ECU在接在接 收到碰撞传感收到碰撞传感 器的信号后器的信号后， 打开打开折叠式安折叠式安 全气囊全气囊。 折叠式安全气囊折叠式安全气囊 2015/12/6 Sunday 16 二二、传感器在汽车运行中的作用传感器在汽车运行中的作用 空气系统中的传感器空气系统中的传感器 为了得到最佳的燃烧状态和最小的排气污染为了得到最佳的燃烧状态和最小的排气污染，必须对必须对油气混合气中的空气油气混合气中的空气- -燃油比例燃油比例（空燃比空燃比）进进行行精确的控制精确的控制。空气系统中传感器的作用是空气系统中传感器的作用是计量和计量和控制发动机燃烧所需要的空气量控制发动机燃烧所需要的空气量。 空气进气量还与油门踏板有关空气进气量还与油门踏板有关。驾驶员通过驾驶员通过操操作油门踏板控制进气道的节气门开度作油门踏板控制进气道的节气门开度，以以改变进气改变进气流通截面积流通截面积，从而从而控制进气量控制进气量，由此由此控制发动机的控制发动机的 功率功率。ECU必须测量节气门的开度必须测量节气门的开度，才能才能控制喷油控制喷油器的喷油量器的喷油量。 2015/12/6 Sunday 18 空气流量传感器空气流量传感器 空气流量传感器有多种类型空气流量传感器有多种类型，使用较多的使用较多的有有热丝式气体测速仪热丝式气体测速仪以及以及卡门涡街流量计卡门涡街流量计。 2015/12/6 Sunday 19 节气门及节气门角位移开度传感器节气门及节气门角位移开度传感器 节气门角度位移传感器节气门角度位移传感器 节气门节气门 2015/12/6 Sunday 20 受受ECU控制的喷油器控制的喷油器 2015/12/6 Sunday 21 汽车水温传感器汽车水温传感器 氧含量传感器在汽车中的应用氧含量传感器在汽车中的应用 当汽车节气门的当汽车节气门的开合度不正确开合度不正确时时，汽缸汽缸 中的中的燃油燃烧可能不正常燃油燃烧可能不正常。通过通过测量尾气的测量尾气的 氧含量氧含量，并将信号传输给并将信号传输给ECU，从而从而改变节改变节气门的开合度气门的开合度，使燃油的燃烧达到使燃油的燃烧达到最佳工最佳工 况况。现代汽车还在现代汽车还在排气总管前端安装一只氧排气总管前端安装一只氧 含量传感器含量传感器。当排气中的当排气中的氧含量不足时氧含量不足时，由由 ECUECU控制控制增大空燃比增大空燃比，改变油气浓度改变油气浓度，提高燃提高燃 烧效率烧效率，减少黑烟污染减少黑烟污染。 氧含量传感器及其在汽车中的安装位置氧含量传感器及其在汽车中的安装位置 排气总管排气总管 传感器在汽车传感器在汽车ABS中的作用中的作用 当当汽车紧急刹车汽车紧急刹车时时，使汽车减速的外力主要来使汽车减速的外力主要来自地面作用于自地面作用于车轮的摩擦力车轮的摩擦力，即所谓的即所谓的地面附着力地面附着力。而地面附着力的而地面附着力的最大值出现在车轮接近抱死而尚未抱最大值出现在车轮接近抱死而尚未抱 死的状态死的状态。这就必须设置一个这就必须设置一个“防抱死制动系统防抱死制动系统”又称又称为为ABS。ABS由由车轮速度传感器车轮速度传感器、ECU以及电以及电液控液控制阀等组成制阀等组成。ECU根据根据车轮速度传感器车轮速度传感器来的来的脉冲信号脉冲信号控制控制电液制动系统电液制动系统，使各车轮的制动力满足使各车轮的制动力满足少量滑动少量滑动但接近抱死的制动状态但接近抱死的制动状态，以使车辆在紧急刹车时不致以使车辆在紧急刹车时不致失去方向性和稳定性失去方向性和稳定性。 2015/12/6 Sunday 25 汽车防抱死解决方案汽车防抱死解决方案 刹车装置刹车装置 2015/12/6 Sunday 26 汽车防抱死使用效果及注意事项汽车防抱死使用效果及注意事项 在用力紧急刹车时在用力紧急刹车时， ABS自动启动自动启动。 使用使用ABS能改善刹车效果能改善刹车效果 使用使用ABS前前易发生易发生“甩尾甩尾” 汽车防侧滑系统汽车防侧滑系统 汽车在行驶过程中必须汽车在行驶过程中必须 保持驱动车轮在冰雪等易滑保持驱动车轮在冰雪等易滑 路面上的路面上的稳定性稳定性并并防止侧偏防止侧偏 力力的产生的产生，故在前后四个车故在前后四个车 轮中安装有轮中安装有车轮速度传感器车轮速度传感器 （转速传感器转速传感器）。当发生侧当发生侧 滑时滑时，ECU分别控制有关车分别控制有关车 轮的轮的制动控制装置制动控制装置及及发动机发动机 功率功率，提高行驶的提高行驶的稳定性和稳定性和 转向操作性转向操作性。 安装防安装防侧滑传感器侧滑传感器 前后比较前后比较 2015/12/6 Sunday 28 防侧滑系统涉及到的的传感器防侧滑系统涉及到的的传感器 2015/12/6 Sunday 29 汽车在雪地中的安全行驶有赖于汽车在雪地中的安全行驶有赖于 防侧滑系统防侧滑系统 2015/12/6 Sunday 30 汽车性能测试仪表及各点信号汽车性能测试仪表及各点信号 2015/12/6 Sunday 31 汽车部件的检测汽车部件的检测 现代汽车性能测试用的部分仪表现代汽车性能测试用的部分仪表 ECU模拟信号发生器模拟信号发生器 ECU历史记录读出器历史记录读出器 （汽车故障诊断仪汽车故障诊断仪） 汽车性能测试仪表汽车性能测试仪表 汽车尾气分析仪汽车尾气分析仪 电喷电喷系统系统 清洗测试仪清洗测试仪 第五节第五节 传感器在数控机床中的应用传感器在数控机床中的应用 传感器在数控机床中占据重要的地位传感器在数控机床中占据重要的地位，它它 监视和测量着数控机床的每一步工作过程监视和测量着数控机床的每一步工作过程。 2015/12/6 Sunday 35 数控机数控机 床的床的 结构结构 位置检测装置在进给控制中的应用位置检测装置在进给控制中的应用 光栅安装方式示意图光栅安装方式示意图（卸掉防护罩后卸掉防护罩后） 1床身床身 2光栅尺光栅尺 3扫描头扫描头 4滚珠丝杠滚珠丝杠-螺母副螺母副 5床鞍床鞍 接近开关在刀架选刀接近开关在刀架选刀 控制中的应用控制中的应用 霍尔霍尔 接近开关接近开关 回转刀架回转刀架 数控机床使用的各数控机床使用的各 种刀具的换刀种刀具的换刀 需要夹紧需要夹紧 和卸下的刀具和卸下的刀具 可以从可以从刀具车刀具车 上自动取出上自动取出， 然后然后自动再放自动再放 回刀具车上回刀具车上。 2015/12/6 Sunday 39 在自适应控制中的应用在自适应控制中的应用 （1 1）温度补偿温度补偿 （2 2）刀具磨损刀具磨损 监控监控 （3 3）主轴电动主轴电动 机功率监控机功率监控 2015/12/6 Sunday 40 车床工件温度场在线监测原理框图车床工件温度场在线监测原理框图 数控机床自动保护数控机床自动保护 （1）过热保护过热保护 :主要是监测一些主要是监测一些轴温轴温、压力油温压力油温、润润滑油温滑油温、冷却空气温度冷却空气温度、各个各个电动机绕组温度电动机绕组温度等等 （2）工件夹紧力的检测工件夹紧力的检测：自动将毛坯送到主轴卡盘中自动将毛坯送到主轴卡盘中并夹紧并夹紧，夹紧力由压力传感器检测夹紧力由压力传感器检测，当夹紧力小于当夹紧力小于 设定值时设定值时，将导致工件松动将导致工件松动，这时控制系统将这时控制系统将发出发出 报警信号报警信号，停止走刀停止走刀。 （3）辅助系统状态检测辅助系统状态检测：在润滑在润滑、液压液压、气动等系统气动等系统中中，均安装有均安装有压力传感器压力传感器、液位传感器液位传感器、流量传感流量传感 器器，对这些辅助系统随时进行监控对这些辅助系统随时进行监控，保证数控机床保证数控机床 的正常运行的正常运行。 第六节第六节 传感器在机器人中的应用传感器在机器人中的应用 机器人是由计算机控制的复杂机器机器人