常用传感器工作机理.docx

常用传感器工作机理一） 磁电效应根据法拉第电磁感应定律，N匝线圈在磁场中运动，切割磁力线（或线圈所在磁场的磁通变化）时，线圈中所产生的感应电动 势的大小取决于穿过线圈的磁通的变化率，直线移动式磁电传感器直线移动式磁电传感器由永久磁铁、线圈和传感器壳体等组成 当壳体随被测振动体一起振动且在振动频率远大于传感器的固 有频率时，由于弹簧较软，运动件质量相对较大，运动件来不 及随振动体一起振动（静止不动）此时，磁铁与线圈之间的相 对运动速度接近振动体的振动速度转动式磁电传感器软铁、线圈和永久磁铁固定不动由导磁材料制成的测量齿轮 安装在被测旋转体上，每转过一个齿，测量齿轮与软铁之间构成的磁路磁阻变化一次，磁通也变化一次线圈中感 应电动势的变化频率（脉冲数）等于测量齿轮上的齿数和转速 的乘积二） 霍耳式传感器1 •霍耳效应半导体或金属薄片置于磁场中，当有电流（与磁场垂直的薄片 平面方向）流过时，在垂直于磁场和电流的方向上产生电动势， 这种现象称为霍耳效应2 •霍耳元件目前常用的霍耳材料锗（Ge ）、硅（Si ）、锑化铟（InSb ）、砷化 铟（InAs ）等N型锗容易加工制造，霍耳系数、温度性能、 线性度较好；P型硅的线性度最好，霍耳系数、温度性能同N型 锗，但电子迁移率较低，带负载能力较差，通常不作单个霍耳 元件。

三）压电式传感器1 •压电效应对某些电介质沿着一定方向加力而使其变形时，在一定表面上 产生电荷，当外力撤除后，又恢复到不带电状态，这种现象称 为正压电效应在电介质的极化方向施加电场，电介质会在一 定方向上产生机械变形或机械压力，当外电场去除后，变形或 应力随之消失，此现象称为逆压电效应2 •压电元件压电式传感器是物性型的、发电式传感器常用的压电材料有 石英晶体（SiO2 ）和人工合成的压电陶瓷压电陶瓷的压电常数是石英晶体的几倍，灵敏度较高四）光电式传感器1 •光电效应当光线照射物体时，可看作一串具有能量E的光子轰击物体，如 果光子的能量足够大，物质内部电子吸收光子能量后，摆脱内 部力的约束，发生相应电效应的物理现象，称为光电效应1 ）在光线作用下，电子逸出物体表面的现象，称为外光电效应, 如光电管、光电倍增管等2） 在光线作用下，物体的电阻率改变的现象，称为内光电效应, 如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管等3） 在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象，称为光生 伏特现象，如光电池（属于对感光面入射光点位置敏感的器件） 等2 •光敏电阻光敏电阻受到光线照射时，电子迁移，产生电子一空穴对，使 电阻率变小。

光照越强，阻值越低入射光线消失，电子一空 穴对恢复，电阻值逐渐恢复原值3 •光敏管光敏管（光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管等）属于半导体器件4 •电致发光固体发光材料在电场激发下产生的发光现象称为电致发光电 致发光是将电能直接转换成光能的过程发光二极管（LED）是以 特殊材料掺杂制成的半导体电致发光器件当其PN结正向偏置 时，由于电子一空穴复合时产生过剩能量，该能量以光子形式 放出而发光五）热电式传感器1 •热电效应将两种不同性质的金属导体A、B接成一个闭合回路，如果两接 合点温度不相等（TO MT ）,则在两导体间产生电动势，并且回 路中有一定大小的电流存在，此现象称为热电效应2 •热电阻传感器热电阻材料通常为纯金属，广泛使用的是铂、铜、镍、铁等3 •热敏电阻传感器热敏电阻用半导体制成，与金属热电阻相比有以下特点：1 ）电阻温度系数大，灵敏度高；2 ）结构简单，体积小，易于点测量；3 ）电阻率高，且适合动态测量;4 ）阻值与温度变化的关系是非线性的；5 ）稳定性较差详细介绍】现代汽车技术发展特征之一就是越来越多的部件采用电子控 制例如电控喷油喷射、废气排放、刹车防抱死系统、自动空 调、大灯亮度控制、驾驶座位自动调整、转向控制、电控悬挂, 等等。

电子自动控制的工作要依赖传感器的信息反绩据统计, 目前一般轿车上大约有几十只传感器，高级轿车有100多个传感 器，预计到2005年，全球的车用传感器需求量将达到12.7亿只 根据传感器的作用，可以分类为测量温度、压力、流量、位置、 气体浓度、速度、光亮度、干湿度、距离等功能的传感器，它 们各司其职，一旦某个传感器失灵，对应的装置工作就会不正 常甚至不工作因此，传感器在汽车上的作用是很重要的 汽车传感器过去单纯用于发动机上，现在巳扩展到底盘、车身 和灯光电气系统上了这些系统采用的传感器有100多种在种 类繁多的传感器中，常见的有：1、用在电控喷油喷射发动机上的传感器进气压力传感器：反映进气歧管内的绝对压力大小的变化，是 向ECU （发动机电控单元）提供计算喷油持续时间的基准信号；空气流量传感器：测量发动机吸入的空气量，提供给ECU作为喷 油时间的基准信号；节气门位置传感器：测量节气门打开的角度，提供给ECU作为断 油、控制燃油/空气比、点火提前角修正的基准信号；曲轴角度传感器：检测曲轴及发动机转速，提供给ECU作为确定 点火正时及工作顺序的基准信号；氧传感器：检测排气中的氧浓度，提供给ECU作为控制燃油/空气比在最佳值（理论值）附近的的基准信号；进气温度传感器：检测进气温度，提供给ECU作为计算空气密度 的依据；水温传感器：检测冷却液的温度，向ECU提供发动机温度信息; 爆燃传感器：安装在缸体上专门检测发动机的爆燃状况，提供 给ECU根据信号调整点火提前角。

2、用在底盘控制方面的传感器这些传感器主要应用在变速器、方向器、悬架和ABS上变速器：有车速传感器、温度传感器、轴转速传感器、压力传 感器等，方向器有转角传感器、转矩传感器、液压传感器； 悬架：有车速传感器、加速度传感器、车身高度传感器、侧倾 角传感器、转角传感器等；下面我们来认识一下汽车上的主要传感器空气流量传感器空气流量传感器是将吸入的空气转换成电信号送至电控单元（ECU）,作为决定喷油的基木信号之一根据测量原理不同， 可以分为旋转翼片式空气流量传感器（丰田PREVIA旅行车）、卡 门涡游式空气流量传感器（丰田凌志LS400轿车）、热线式空气 流量传感器（日产千里马车用VG30E发动机和国产天津三峰客车 TJ6481AQ4装用的沃尔沃B230F发动机）和热膜式空气流量传感 器四种型式前两者为体积流量型，后两者为质量流量型目 前主要采用热线式空气流量传感器和热膜式空气流量传感器两 种进气压力传感器进气压力传感器可以根据发动机的负荷状态测出进气歧管内的 绝对压力，并转换成电信号和转速信号一起送入计算机，作为 决定喷油器基木喷油量的依据国产奥迪100型轿车（V6发动 机）、桑塔纳2000型轿车、北京切诺基（25L发动机）、丰田皇冠 3・0轿车等均采用这种压力传感器。

目前广泛采用的是半导体 压敏电阻式进气压力传感器节气门位置传感器节气门位置传感器安装在节气门上，用来检测节气门的开度 它通过杠杆机构与节气门联动，进而反映发动机的不同工况 此传感器可把发动机的不同工况检测后输入电控单元（ECU）,从而控制不同的喷油量它有三种型式：开关触点 式节气门位置传感器（桑塔纳2000型轿车和天津三峰客车）、线 性可变电阻式节气门位置传感器（北京切诺基）、综合型节气门 位置传感器（国产奥迪100型V6发动机）曲轴位置传感器也称曲轴转角传感器，是计算机控制的点火系统中最重要的传 感器，其作用是检测上止点信号、曲轴转角信号和发动机转速 信号，并将其输入计算机，从而使计算机能按气缸的点火顺序 发出最佳点火时刻指令曲轴位置传感器有三种型式：电磁脉 冲式曲轴位置传感器、霍尔效应式曲轴位置传感器（桑塔纳2000 型轿车和北京切诺基）、光电效应式曲轴位置传感器曲轴位置 传感器型式不同，其控制方式和控制精度也不同曲轴位置传 感器一般安装于曲轴皮带轮或链轮侧面，有的安装于凸轮轴前 端，也有的安装于分电器（桑塔纳2000型轿车）爆震传感器爆震传感器安装在发动机的缸体上，随时监测发动机的爆震情况。

目前采用的有共振型和非共振型两大类市场状况】传感器在汽车上的应用不断扩大，它们在汽车电子稳定性控制 系统（包括轮速传感器、陀螺仪以及刹车处理器）、车道偏离警 告系统和盲点探测系统（包括雷达、红外线或者光学传感器）各个方面都得到了使用2005年，美国ABI研究公司公布了一份专门针对传感器市场的研 究报告这份名为《汽车传感器：加速计、陀螺仪、霍耳效应、 光学、压力、雷达以及超音速传感器》的报告，对2012年前主 要传感器的地区性使用前景作了预测报告讨论了使用传感技 术的许多先进安全系统，并提供了主要40家生产厂家的详细资 料，以及100多家生产厂家名录这家调查公司的一位资深分析 师认为，是主动式安全系统推动了传感器被越来越多地使用 在汽车业，安全系统成为传感器的最大市场根据“全球信息公司”的调查报告，全球轻型汽车传感器OEM 市场年均增长率7.4%，到2010年将达到140亿美元的规模，其增 长幅度远远超出汽车木身的年均增长率在发达国家，随着汽 车电子系统日益完善，电子传感新技术快速发展，但已经成熟 的传感器产品的增长将趋缓甚至可能下降；在发展中国家，基木的汽车传感器主要用于汽车发动机、安全、防盗、排放控制 系统，增长量十分可观。

用于发展中国家汽车幕EM生产，以减 少成木汽车传感器供应商面临严峻挑战：一方面要扩大产能 产量，另一方面要不断减低成木，这种发展趋势未来将不可能 改变汽车发动和驱动系统仍是传感器的最大和最成熟的市场，然而与其它应用相比，增速将放缓；随着全球燃油价格的 提高，“改进燃烧效率”将是汽车传感器的新的应用“亮点” 领域;在汽车安全和防盗系统中的应用将是最快的增长的市场； 尾气排放控制系统市场的发展则十分稳定，前景良好按区域 划分的几大应用市场是，在美国，主要用于胎压检测；在欧洲, 用于汽车行人警告系统；在新兴产业国家，主要用于安全气囊 和自动安全带系统以每辆车来衡量，氧传感器用量最多，技 术上不断进步应用现状】传感器在发动机上的应用发动机控制系统用传感器是整个汽车传感器的核心，种类很多, 包括温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、流量传感 器、气体浓度传感器和爆震传感器等这些传感器向发动机的电子控制单元（ECU ）提供发动机的工作状况信息，供ECU对发 动机工作状况进行精确控制，以提高发动机的动力性、降低油 耗、减少废气排放和进行故障检测由于发动机工作在高温（发动机表面温度可达150°C、排气歧管 可达650C）、振动（加速度30g）、冲击（加速度50g）、潮湿（100 % RH, -40C-120C）以及蒸汽、盐雾、腐蚀和油泥污染的恶劣环 境中，因此发动机控制系统用传感器耐恶劣环境的技术指标要 比一般工业用传感器高1-2个数量级，其中最关键的是测量精度 和可靠性。

否则，由传感器带来的测量误差将最终导致发动机控制系统难以正常工作或产生故障1. 温度传感器温度传感器主要用于检测发动机温度、吸入气体温度、冷却水 温度、燃油温度以及催化温度等温度用传感器有线绕电阻式、 热敏电阻式和热偶电阻式三种主要类型三种类型传感器各有 特点，其应用场合也略有区别线绕电阻式温度传感器的精度 高，但响应特性差；热敏电阻式温度传感器灵敏度高，响应特 性较好，但线性差，适应温度较低；热偶电阻式温度传感器的 精度高，测量温度范围宽，但需要配合放大器和冷端处理一起 使用已实用化的产品有热敏电阻式温度传感器（通用型-50 °C ~130C,精度1.5%,响应时间10ms；高温型。