《傳感器及檢測(cè)技術(shù)》配套PPT課件
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智能傳感器在機(jī)電一體化中的應(yīng)用實(shí)例——
智能傳感器在汽車(chē)中的應(yīng)用
一、智能傳感器的概述
智能傳感器（intelligent sensor or smart sensor)的概念最初是美國(guó)宇航局（NASA）在開(kāi)發(fā)宇宙飛船的過(guò)程中形成的，但目前對(duì)于智能傳感器尚沒(méi)有嚴(yán)格的定義。一般認(rèn)為，凡是在同一殼體內(nèi)既有敏感元件，又有信號(hào)處理線路和微機(jī)的傳感器就是智能傳感器。智能傳感器是微傳感器與集成電路融合的新一代電子器件，是具有信息處理功能的傳感器。它具有一種或多種敏感功能，帶有微處理器，具有采集、處理、交換信息的能力，是傳感器集成化與微處理器相結(jié)合的產(chǎn)物。智能傳感器具備信號(hào)探測(cè)、交換處理、邏輯判斷、功能計(jì)算、雙向通訊的部分或全部功能，可實(shí)現(xiàn)自檢自校自補(bǔ)償自診斷。
20世紀(jì)60年代以前，汽車(chē)上的電子系統(tǒng)應(yīng)用還很少，自20世紀(jì)70年代后期以來(lái)，電子系統(tǒng)越來(lái)越多地用于汽車(chē)領(lǐng)域。最近10年中，汽車(chē)電子控制系統(tǒng)更是發(fā)展迅速，幾乎所有的系統(tǒng)都是電子化的。汽車(chē)傳感器發(fā)展緊隨汽車(chē)電子產(chǎn)品的進(jìn)步，在過(guò)去20多年里，基于半導(dǎo)體技術(shù)，如，微機(jī)械加工、薄膜技術(shù)和霍爾/AMR（各向異性磁敏電阻）技術(shù)已被廣泛應(yīng)用。未來(lái)汽車(chē)電子傳感器的發(fā)展方向主要是新結(jié)構(gòu)、新材料和新工藝的應(yīng)用，總的發(fā)展趨勢(shì)是多功能化、集成化、智能化、輕便化，隨著汽車(chē)電子技術(shù)的更進(jìn)一步發(fā)展，汽車(chē)智能傳感器的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。
二、 智能傳感器在汽車(chē)上的應(yīng)用
1在汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的應(yīng)用
汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)中智能傳感器的研究發(fā)展較早，傳感器在汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)也比較成熟，汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)包括引擎控制、傳送控制、電子油門(mén)控制、點(diǎn)火系統(tǒng)等。這些分系統(tǒng)中都離不開(kāi)傳感器，它們的電子操控系統(tǒng)的動(dòng)作必須快速、正確、可靠，并且，汽車(chē)車(chē)體內(nèi)的空間有限，構(gòu)建系統(tǒng)的空間更是有限，快速可靠、精度高、體積小的智能傳感器是優(yōu)先選擇之一。其中，智能微加速度傳感器、智能硅壓力傳感器、力和力矩傳感器等已在汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。
2在汽車(chē)安全行駛系統(tǒng)的應(yīng)用
汽車(chē)安全行駛是汽車(chē)行駛的首要條件，穩(wěn)定可靠功能齊全的安全檢測(cè)系統(tǒng)必不可少，ABS控制、牽引控制、氣囊控制、電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、車(chē)間距離自動(dòng)控制、加速度、陀螺、攝像機(jī)、雷達(dá)等系統(tǒng)都屬于汽車(chē)安全行駛系統(tǒng)。如：氣囊控制，安全氣囊觸發(fā)系統(tǒng)用微加速或微慣性傳感器來(lái)監(jiān)控及量測(cè)，還包括電壓轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)及有線通信協(xié)議，加速度傳感器類型眾多，可覆蓋x、y、z軸方向，這些傳感器可以擴(kuò)展到真?zhèn)€汽車(chē)周?chē)约疤綔y(cè)碰撞。它在關(guān)鍵時(shí)刻必須要能實(shí)時(shí)、正確地瞬間打開(kāi)，以維護(hù)駕駛員及乘客的人身安全，但在大多數(shù)時(shí)間內(nèi)氣囊是處在待命狀態(tài)，因此，安全氣囊的ecu必須具有自動(dòng)檢測(cè)、自我維護(hù)能力，不斷確認(rèn)氣囊系統(tǒng)的可正常運(yùn)作的可靠性，確保氣囊在瞬間動(dòng)作時(shí)能達(dá)到保護(hù)駕駛員及乘客的效果。
3在車(chē)身系統(tǒng)上的應(yīng)用
車(chē)身系統(tǒng)涉及諸多傳感器的引用，儀表盤(pán)、車(chē)燈、空調(diào)、雨刮、座椅、防盜系統(tǒng)等都會(huì)用到傳感器。
自動(dòng)雨刷系統(tǒng)：以發(fā)光二極管對(duì)前擋風(fēng)玻璃發(fā)出光束，當(dāng)雨滴打在感應(yīng)區(qū)的玻璃上時(shí)，光束所反射的光線強(qiáng)度，會(huì)因玻璃上的雨量或濕氣含量而有所變化，改變雨刷的刷動(dòng)頻率；或透過(guò)紅外線電子雨量傳感器感應(yīng)雨量的多寡，并隨車(chē)速的變化自動(dòng)調(diào)整雨刷速度，增進(jìn)駕駛?cè)说鸟{駛方便性，讓駕駛更有安全性。
汽車(chē)智能氣體傳感器得以在車(chē)載空調(diào)中應(yīng)用。如，檢測(cè)空氣質(zhì)量，在汽車(chē)新型空調(diào)系統(tǒng)中測(cè)量二氧化碳、探測(cè)臭氧或燃料氣體，如H2等。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能氣體傳感器利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行氣體識(shí)別，通過(guò)反復(fù)訓(xùn)練來(lái)修正神經(jīng)元之間的權(quán)重，使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)獲得合適的映射關(guān)系，即可得到輸入樣本下的正確輸出。
4在智能交通上的應(yīng)用
智能交通系統(tǒng)（ITS）其主要內(nèi)容是將先進(jìn)的人工智能技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息與通信及電子傳感器技術(shù)等有效的集成，并應(yīng)用于整個(gè)地面交通管理系統(tǒng)而建立的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的綜合交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。它涉及道路交通信息通信系統(tǒng)（VICS）、車(chē)載導(dǎo)航器、電子收費(fèi)（ETC）、緊急報(bào)警燈系統(tǒng)，用到諸多傳感器。
三、感器在汽車(chē)電子中的發(fā)展趨勢(shì)
現(xiàn)代汽車(chē)的車(chē)用傳感器發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)朝多功能化、模塊化、智能化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。現(xiàn)在幾乎所有汽車(chē)上的機(jī)械部件都受到電路單元的控制，但因?yàn)檐?chē)體內(nèi)空間狹小，控制組件系統(tǒng)在空間上受到很大限制，在未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是，受控部件與電子控制單元更緊密結(jié)合在一起，而逐漸形成一個(gè)整體。隨著電子設(shè)備在汽車(chē)上越來(lái)越多的應(yīng)用，各種電子設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信變得更加頻繁，以分布式控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)構(gòu)造汽車(chē)車(chē)載電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是十分必要的，大量數(shù)據(jù)的快速交換、高可靠性、抗電磁干擾及低成本是對(duì)汽車(chē)電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的要求，在該系統(tǒng)中，各子系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行控制汽車(chē)某一方面的性能，同時(shí)在其他子系統(tǒng)需要時(shí)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。
智能傳感器是智能執(zhí)行器、智能變送器和它的部分或全部處理器件、處理電路集成在一個(gè)芯片上的器件。具有一定的仿生能力，如模糊邏輯運(yùn)算、主動(dòng)鑒別環(huán)境，自動(dòng)調(diào)整和補(bǔ)償適應(yīng)環(huán)境的能力，自診斷、自維護(hù)等；還可對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)之間相互通信等。技術(shù)產(chǎn)業(yè)界普遍認(rèn)為，它們的開(kāi)發(fā)成功和投入實(shí)際應(yīng)用將對(duì)工業(yè)技術(shù)和生活質(zhì)量產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
四、結(jié)束語(yǔ)
智能傳感器無(wú)論在提高汽車(chē)安全性能上還是輔助駕駛方面都有廣泛的應(yīng)用。隨著硅微加工技術(shù)的發(fā)展、消費(fèi)者對(duì)汽車(chē)性能要求不斷提高及智能傳感器成本的不斷下降，其應(yīng)用前景將非常廣闊。未來(lái)，智能傳感器將朝著微型化、網(wǎng)絡(luò)化、無(wú)線化的方向發(fā)展。
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