光电传感器的应用及发展趋势
1、光电传感器的应用背景
信息革命的两大重要支柱是信息的采集和处理，而信息采集的关键是传感器，传感器技术已成为现代信息技术的重要组成部分，在当代科学技术中占有十分重要的地位。传感器是将感受的物理量、化学量等信息，按一定规律转换成便于测量和传输信号的装置。电信号易于传输和处理，所以大多数的传感器是将物理量等信息转换成电信号输出的。传感器感受一种量并把它转换成另一种量，这种转换也可以看成是能量的转换，因此在某些领域如生物医学工程等中，也被称为换能器。
光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏器件。它可用于检测直接引起光强变化的非电量，也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量。光电传感器由于反应速度快，能实现非接触测量，而且精度高、分辨力高、可靠性好，加之半导体光敏器件具有体积小、质量小、功耗低、便于集成等优点，因而广泛应用于军事、宇航、通信、检测与工业自动化控制等多种领域中。当前，世界上光电传感领域的发展可分为两大方向：原理性研究与应用开发。随着光电技术的日趋成熟，对光电传感器实用化的开发成为整个领域发展的热点和关键[1~3]。
2、光电传感器的工作原理及分类
光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器，一般由光源、光学通路、光电元件等3个部分组成。其基本原理是以光电效应为基础，把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电效应是指用光照射某一物体，可以看作是一连串带有一定能量的光子轰击在这个物体上，此时光子能量就传递给电子，并且是 1 个光子的全部能量一次性地被1个电子所吸收，电子得到光子传递的能量后其状态就会发生变化，从而使受光照射的物体产生相应的电效应。通常把光电效应分为3类：①在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应；②在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象称为内光电效应；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效应。
2.1 光电传感器的工作原理
图2.1 光电传感器原理框图
光电传感器的工作原理是：首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后通过光电转换元件变换成电信号。光电传感器的工作基础是光电效应，原理框图见图2.1。
2.2 光电传感器的分类
光电元件有光敏电阻、光电二极管、光电三极管、发光二极管（LED）、光电倍增管、光电池、光电耦合器件等。由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的，按光电元件(光学测控系统)输出量性质，光电传感器可分二类，即模拟式光电传感器和脉冲(开关)式光电传感器；模拟式光电传感器按被测量(检测目标物体)方法又可分为透射(吸收)式、漫反射式、遮光式(光束阻档)三大类。
光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，且可测参数多，传感器的结构简单，样式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛[4~9]。
3、光电传感器的结构特点
光电传感器是一种能进行非接触检测的传感器，其具有检测范围广，检测距离远的优点。其最大检测距离往往和被检物的尺寸、形状、颜色及表面状态有关。对环境条件要求不严格，如高温区域：被检物半透明时均能正确检测，但不适宜用在潮湿结露或灰尘很大的场合。
光电传感器一般由发射头(光源)和接收头两部分组成。它们可以相对独立安装，也可以安装于同一侧，其安装形式主要由被检测对象和检测环境决定。检测方式可分为对射式、反射式、偏振式、镜面式、漫反射式、会聚式和光幕式等。如何选择检测方式应主要考虑以下几点因素: （1）检测距离；
（2）被检物的尺寸；
（3）被检物的反光情况如何，如深色物体的反光能力弱；
（4）被检物是否处于振动场合；
（5）被检物与背景的色差如何；
（6）周围环境光强如何，例如是否存在自然光或人工照明；
（7）检测线路上是否有灰尘，灰尘会大大减小光电传感器的检测距离；
（1）对射式
对射式光电传感器是一种最常见的非接触检测方式，其发射头与接收头相对安装，光轴必须保持在同一条直线上，当被检物不透光时，接收头可以检测到光强发生变化，被检物尺寸应不小于接收头直径的50%，对于很小的物体，检测时应使用特殊的镜头或遮盖一部分镜头。对
射式的检测距离远，尤其是在环境中灰尘、杂物较多的场合其优势更明显，最大检测距离可达30米左右。
（2）反射式
反射式光电传感器的发射头和接收头安装于同一侧，在另一侧安装一反射板，当检测物遮挡了光线使接收头的光强发生变化时，输出信号即跟随变化。反射式光电传感器允许反射光线有一定的角度变化，但是角度应小于15检测距离一般不超过10米，适用于高振动的场合，但不适合检测透明和半透明的物体。
（3）偏振式
偏振式光电传感器的接收头只检测三棱镜的反射光或某些对偏振敏感的反射片所反射的光线：发射头和接收头安装在同一侧，发射光经过特殊的滤光片后，光线只沿一平面传播，如图3.1所示。
图3.1 偏振式光电传感器
此种检测方式，接收头只检测来自反光器的反射光线，而对于来自包装物的反光，铝罐和发光包装皮以及某些反射物的反光不敏感，可以减少误检测。
（4）镜面式
镜面式光电传感器的发射头和接收头安装时与反射面保持同一角度，以保证入射角与反射角相同，和镜面反射很相似，镜面式光电传感器适合于检测反射面是否有破损的部分，可以检查印刷品是否有破洞等。
（5）漫反射式
漫反射式光电传感器的发射头和接收头安装于同一侧，接收头只需很少量的反射光线就能检测到物体。漫反射式光电传感器适合于检测物体表面的色标（如商标或记号等），例如检测某些需要喷漆的位置，或者检测物品上的标签等，但在使用时需注意，色标和背景之间的色差
越大越好，最好是白底黑字，目前某些生产厂家生产的光电传感器的发射光线是可选的（例如红外线、可见光等），便于用户根据需要选择。
（6）会聚式
会聚式光电传感器只检测和接收头处于某一固定距离的物体，如图3.2所示。
图3.2 汇聚式光电传感器
当物体处于接收头的焦点位置时，接收头才能检测出来。也就是说接收头有很大的盲区，对于焦点以外的物体不作检测"这样有利于检测很细的线、瓶盖、透明液体的液位等，还可以检测条形码，对于透明和半透明物体也可以进行检测。如在检测传送带上的物体时，使用会聚式光电传感器可以避免误检测到传送带或者其他物体。
（7）光幕式
光幕式光电传感器是一种区域传感器，它依靠物体遮光原理，由发射器的红外LED发送短光脉冲，形成光幕，接收二极管逐一接收多条红外线光束，发射器的光束与接收器的光束有一一对应的关系。当被检物进人检测范围挡住至少一束光束时，接收器的控制器就发出信号，达到检测物体的目的。光幕传感器可用于跳动物体的纵向位置检测，如图3.3所示。更适用于保护操作危险机床的人员的手指、脚跺及全身，光束的密度决定了被保护身体部分的大小；也可将多个光幕和反射镜形成光阵，对较大的危险禁区进行安全监测。光幕式光电传感器检测距离可达1米，特殊订货可达更远的距离。
图3.3 光幕传感器检测带材位置
多数安全光幕具有抑制功能，抑制又分为固定抑制和浮动抑制功能，配合自动化或半自动化设备，更具有灵活性。固定抑制是当有某种固定尺寸的物体长期处于光幕有效检测范围时，光幕应自动抑制该区域内的检测功能，使其能顺利的通过。浮动抑制功能是在光幕检测范围有物体做上下运动，则光幕自动抑制该区域内的检测功能，还有的安全光幕具有自学习功能，对生产中正常的人工送料和卸料等动作进行自学习后，即能对生产过程进行很好的判断，避免误检测造成生产的不连续。
（8）激光扫描器
激光扫描器是将激光发射器和接收器集成在一体的光电传感器，它是利用激光测距的原理进行工作的。激光扫描器可生成连续的集束光脉冲，并通过旋转反射器头散射到整个工作区域。当发射器发射出红外激光束触碰到人或者物体时，通过分析反射的光脉冲与发射光束的响应时间差，计算出障碍物与激光器之间的准确距离。如果发现异常情况，激光扫描器会立即停止机器运转。激光扫描器能对角度为190和距离通常为4米的工作现场进行停车保护，并对一定距离的范围内存在的危险进行报警（不停车）。激光扫描器不仅能对固定的场所进行安全保护，还能对移动的场所保护，例如自动导航车辆及移动的设备等，见图3.4。
激光扫描器危险区域和报警区域的形状可以使用专用的组态软件进行设定，用户只需简单的坐标设定，而无需复杂的绘图就能实现[10~13]。
图3.4 激光扫描器
4、光电传感器应用举例
光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多。传感器的结构简单，形式灵活多样，体积小。近年来，随着光电技术的发展，光电式传感器已成为系列产品，其品种及产量日益增加，用户可根据需要选用各种规格的产品，它在机电控制、计算机、国防科技等方面的应用都非常广泛。下面就介绍几种常见光电式传感器的应用实例。
4.1 透射式光电传感器在烟尘浊度监测上的应用
透射式光电传感器是将发光管和光敏三极管等，以相对的方向装在中间带槽的支架上。当槽内无物体时，发光管发出的光直接照在光敏三极管的窗口上，从而产生一定大的电流输出，当有物体经过槽内时则挡住光线，光敏管无输出，以此可判断物体的存在与否。用于光电控制、光电计量等电路中，可检测物体的存在、运动方向、转速等。
防止工业烟尘污染是环保的重要任务之一。为了消除工业烟尘污染，首先要知道烟尘排放量，因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报警。烟道里的烟尘浊度是通过光在烟道传输过程中的变化来检测的。如果烟道浊度增加,光源发出的光被烟尘颗粒吸收和折射后，到达检测器的光量减少,因此光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。
应用奥托尼克斯( Autonics) 公司的BYD3M—TDT 透射式小型光电传感器,其光源(发光器)与接收器不在同一个机壳内,先将发射器和接收器对准并固定好后才可以通电；接着在“ON”状态设定好发射器的中心位置,然后左右上下方向调节接收器和发射器的位置；最后检测目标稳定后固定好发射器和接收器。图4.1 是吸收式烟尘浊度监测系统的组成框图。
图4.1 吸收式烟尘浊度监测系统组成框图
为了检测出烟尘中对人体危害性最大的亚微米颗粒的浊度和避免水蒸气与CO2对光源衰减的影响,选取可见光作光源(400nm～700nm波长的白炽光),光检测器选光谱响应范围为400nm～600nm的光电管,获取随浊度变化的相应电信号。为了提高检测灵敏度,采用具有高增益、高输入阻抗、低零漂、高共模抑制比的运算放大器对信号进行放大。刻度校正被用来进行调零余调满刻度,以保证测试的准确性。显示器可显示浊度瞬时值。报警电路由多谐振荡器组成,当运算放大器输出浊度信号超过规定值时,多谐振荡器工作,输出信号经放大后推动喇叭发出报警信号。
4.2 光电池的应用
光电池至今有两大类型的应用：一类是将光电池作为光伏器件使用，利用光伏作用直接将太阳能转换成电能，即太阳能电池。太阳能电池已在宇宙开发、航空、通信设施、太阳能电池地面发射站、日常生活和交通事业中得到广泛应用。目前太阳能电池发电成本尚不能与常规能源竞争，但是随着太阳能电池技术不断发展，成本会逐渐下降，定会获得更广泛的应用。另一类是将光电池作为光电转换器件应用，需要光电池具有灵敏度高、响应时间短等特性。这一类光电池需要特殊的工艺制造，主要用于光电监测和自动控制系统中。
4.2.1 太阳电池电源
太阳电池电源系统主要由太阳电池方阵、蓄电池组、调节控制和阻塞二极管组成，如果还需要向交流负载供电，则要加一个直流—交流变换器，见图 4.2。
图4.2 太阳电池电源系统方框图
4.2.2 光电池在光电检测和自动控制方面的应用
光电池用于光电探测时，其基本原理与光敏二极管相同，但它们的基本结构和制造工艺完全不同。由于光电池工作时不需要外加偏压，光电转换效率高，光谱范围宽，频率特性好，噪声低等，它已广泛地用于光电读出、光点耦合、光栅测距、激光准值、电影还音、紫外光监视器和燃气轮机的熄火保护装置等。
4.3 光电式带材跑偏检测器
带材跑偏检测器用来检测带型材料在加工中偏离正确位置的大小及方向，从而为纠偏控制电路提供纠偏信号，主要用于印染、送纸、胶片、磁带生产过程中。光电式带材跑偏检测器原理见图 4.3。
图4.3 带材跑偏检测器工作原理
光源发出的光线经过透镜1汇聚为平行光束，投向透镜2，随后被汇聚到光敏电阻上。平行光束到达透镜2的途中，有部分光线受到被测带材的遮挡，使传到光敏电阻的光通量减少。
4.4 包装充填物高度检测
用容积法计量包装的成品，除了对重量有一定误差范围要求外，一般还对充填高度有一定的要求，以保证商品的外观质量，不符合充填高度的成品将不许出厂。主要技术指标如下：仪器的分辨率为0.1μm；量程达±100μm；示值误差，<5%。借助光电检测技术控制充填高度，当充填高度h偏差太大时，光电接头没有电信号，即由执行机构将包装物品推出进行处理。利用光电开关还可以进行产品流水线上的产量统计，对装配器件是否到位及装配质量进行检测，例如：灌装时瓶盖是否压上、商标是否漏贴以及送料机构是否断料等[14]。
5、光电传感器发展趋势分析
5.1 国内外光电传感器的研究现状
由于光电传感器的应用涉及的领域非常广泛，其研究和开发在世界上引起了高度重视，各
国更是竞相研究开发并引起激烈的竞争。从最初的应用于军事逐渐发展到民事，而且与我们的生活息息相关，应该说现代化的生活离不开光电传感器的参与，如传真机、复印机、扫描仪、打印机、车库开门器、液晶显示器、色度计、分光计、汽车和医疗诊断仪器等等不胜枚举。美国是研究光电传感器起步最早、水平最高的国家之一，在军事和民用领域的应用发展得十分迅速。在军事应用方面，研究和开发主要包括：水下探测、航空监测、核辐射检测等。美国也是最早将光电传感器用于民用领域的国家。如运用光电传感器监测电力系统的电流、温度等重要参数，检测肉类和食品的细菌和病毒等。美国的邦纳公司拥有世界最健全的光电传感器产品线，超过12000种产品包括自含式或放大器分离型，限位开关外型或小型传感器，精密检测或长距离检测传感器，检测距离长达305 m。并且拥有行业内最齐全的标准光纤和定制光纤产品。大部分产品防护等级达到NEMA 6P和IP67。日本和西欧各国也高度重视并投入大量经费开展光电传感器的研究与开发。20 世纪90 年代，由东芝、日本电气等15 家公司和研究机构，研究开发出多种具有一流水平的民用光电传感器，日本的电器产品以价格适中质量好而响誉全球。西欧各国的大型企业和公司也积极参与了光电传感器的研发和市场竞争。我国对光电传感器研究的起步时间与国际相差不远。目前，已有上百个单位在这一领域开展工作，主要是在光电温度传感器、压力计、流量计、液位计、电流计等领域进行了大量的研究，取得了上百项科研成果，有的达到世界先进水平。但与发达国家相比，我国的研究水平还有不小的差距，主要表现在商品化和产业化方面，大多数品种仍处于实验研制阶段，还无法投入批量生产和工程化应用。
5.2 光电传感器的发展方向
随着测控系统自动化、智能化的发展，可靠性高、稳定性好，要求传感器准确度高，并能够自检、自校、自补偿，而且具备一定的数据处理能力，传统的光电传感器已不能满足这样的要求了。目前各国科学家正在按下列技术途径开发研究。
（1）新材料的开发应用
新材料的升发应用主要有以下几个方面：
a）光电子基础材料、生长源和关键设备
目标：突破新型生长源关键制备技术，掌握相关的检测技术；突破半导体光电子器件的基础材料制备技术，实现产业化。研究内容及主要指标：高纯四氯化硅(4N)的纯化技术和规模化生产技术；高纯(6N)三甲基锢规模化生产技术；可协变(Comphant)衬底关键技术二衬底材料制备与加工技术；用于平板显示的光电子基础材料与关键设备技术。
b）人工晶体和全固态激光器技术
目标：研究探索新型人工晶体材料与应用技术，突破人工晶体的产业化关键技术，研制大功率全固态激光器，解决产业化关键技术问题。研究内容及主要指标：新型深紫外非线性光学晶体材料和全固态激光器；面向光子、声子应用的人工微结构晶体材料与器件；研究开发瓦级红、蓝全固态激光器产业化技术，高损伤闽值光学镀膜关键技术(B类)，基于全固态激光器的全色显示技术；研究开发大功率半导体激光器阵列光纤藕合模块产业化技术；Yb系列激光晶体技术。
c）新型半导体材料与光电子器件技术
目标：重点研究自组装半导体量子点、ZnO晶体和低维量子结构、窄禁带氮化物等新型半导体材料及光电子器件技术。研究内容及主要指标：研究低维量子结构材料技术，研制短波长光电子器件；自组装量子点激光器技术；光泵浦外腔式面发射半导体激光器。
d）光电子材料与器件产业化质量控制技术
目标：发展人工晶体与全固态激光器、GaN基材料及器件表征评价技术，解决产业化质量控制关键技术。研究内容：重点研究人工晶体与全固态激光器、GaN基材料及器件质量监测新方法与新技术，相关产品测试条件与数据标准化研究。
e）光电子材料与器件的微观结构设计与性能预测研究
目标：提出光电子新材料、新器件的构思，为原始创新提供理论概念与设计。研究内容：针对光电子技术的发展需求，结合本主题的研制任务，采用建立分析模型、进行计算机模拟，在不同尺度(从原子、分子到纳米、介观及宏观)范围内，阐明材料性能与微观结构的关系，以利性能、结构及工艺的优化。解释材料制备实验中的新现象和问题，预测新结构、新性能，预报新效应，以利材料研制的创新。低维量子结构材料新型表征评价技术和设备。
（2）利用新的加工技术
a）超高亮度全色显示材料与器件应用技术
目标:研究开发用于场致电子发射平板显示器(FED)材料和器件结构，以及超高亮度冷阴极发光管制作和应用的关键技术。说明：等离子体平板显示器和高亮度、长寿命有机发光器件(OLED)和FED的产业化关键技术将于“平板显示专项中考虑。研究内容：超高亮度冷阴极发光管制作和应用的关键技术；研制FED用的、能够在低电压下工作的新型冷阴极电子源结构、新型冷阴极电子发射材料。
b）超高密度光存储材料与器件技术
目标：发展具有自主知识产权的超高密度、大容量、高速度光存储材料和技术，达到国际
先进水平，为发展超高密度光存储产业打下基础。研究内容：DVD光头用光源和非球面透镜等产业化关键技术；à新型近场光存储材料和器件。
c）新型有机光电子材料及器件
目标：研究开发新型有机半导体材料及其在光显示等领域的应用。研究内容：有机非线性光学材料及其在全光光毋关中的应用；有机半导体薄膜晶体管材料与器件技术。
（3）利用新的测量原理和方法
谐振式传感器输出的数字量，可以直接和微机及接口总线连接，不用A心转换器。另外，光纤传感器、化学传感器、生物传感器等新型传感器，为智能传感器提供了新的信息来源。（4）光电传感器的智能化发展
智能光电传感器是当今国际科技界研究的热点、尚无统一的、确切的定义。目前国内外学者普遍认为，智能光电传感器是由传统的光电传感器和微处理器(或微计算机)相结合而构成的，它充分利用计算机的计算和存储能力，对传感器的数据进行处理，并能对它的内部行为进行调节，使采集的数据最佳。
智能光电传感器的功能有：自补偿能力，自校准功能，自诊断功能，数值处理功能，双向通信功能，信息存储和记忆功能，数字量输出功能。随着科学技术的发展，智能传感器的功能将逐步增强，它将利用人工神经网、人工智能、信息处理技术(如传感器信息融合技术、模糊理论等)，使传感器具有更高级的智能。具有分析、判断、自适应、自学习的功能、可以完成图像识别、特征检测、多维检测等复杂任务[15,16]。
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阅读报告 生物传感器 教学单位：机电工程学院 专业名称：机械设计制造及其自动化 学号： 学生姓名： 指导教师： 指导单位：机电工程学院 完成时间： 电子科技大学中山学院教务处制发
生物传感器 摘要 传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，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。 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。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、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。 生物传感器(biosensor)，是一种对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）、适当的理化换能器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析工具或系统。生物传感器具有接受器与转换器的功能。 关键词:传感器生物传感器
目录 1 生物传感器 (1) 1.1生物传感器简介 (1) 2 生物传感器的介绍 (2) 2.1组成结构及工作原理 (2) 2.2技术特点 (2) 2.3国内外应用发展情况及应用案例 (3) 2.3.1国内应用发展 (3) 2.3.2国外应用发展 (3) 2.3.3应用案例 (4) 参考文献 (6)
XX大学2016-2017学年第一学期 《汽车电子学》期末考试试卷 学院班级姓名学号 一、填空题（每题1分，共10分） 1.在点火系中，信号发生器属于点火系的_________电路，而分火头 属于点火系的_________电路。 2.随着发动机转速的提高，点火提前角应_________，随着发动机负 荷的增大，其点火提前角应_________。 3.冷型火花塞的热值_________，适用于大功率、转速高和_________ 压缩比的发动机。 4.按操纵机构的不同，起动机可分为_________操纵式和 _________ 操纵式两类，而_________ 操纵式具有可以实现远距离控制、操作省力等优点。 5.电控点火系统（ESA）最基本的功能是_________。 二、名词解释（每题3分，共15分） 1.爆震： 2.减速断油控制： 3.霍尔效应：
4.多点喷射： 5.最佳点火提前角： 三、简答题（每题6分，共30分） 1.涡轮增压的主要作用？ 2.EGR中文意思。解释其工作原理？ 3.电控汽油喷射系统的优缺点是什么？ 4.点火提前角的修正包括哪4个部分？ 5、按顺序写出汽油发动机电控系统的空气供给系统中的进气通路？ 四、分析题（每题10分，共30分） 1.简述电子控制共轨式柴油喷射系统的原理并写出它的主要特点？ 2简述安全气囊的组成并简单分析安全气囊是怎么工作的？ 3.列出在汽车电控系统中用到车速传感器信号的控制系统名称，并简 述车速传感器在各系统中的作用？ 五、论述题（15分） 简述下图中，汽油泵控制电路的控制过程？
参考答案 一、填空：(10分) 1、初级，次级。 2、提前，推迟。 3、高，高 4、机械、电磁、电磁 5、对点火提前角的控制 二、名词解释：（15分） 1、当发动机吸入燃油蒸汽与空气的混合物后，在压缩行程还未到达设计的点火位置、种种控制之外的因素却导致燃气混合物自行点火燃烧。此时，燃烧所产生的巨大冲击力与活塞运动的方向相反、引起发动机震动，这种现象称为爆震。 2、是指发动机在高速运转过程中突然减速时，ECU自动控制喷油器中断燃油喷射。 3、通过电流的半导体在垂直电流方向的磁场作用下，在与电流与磁场垂直的方向上形成电荷积累和出现电势差的现象。 4、多点喷射系统是在每缸进气口处装有一点喷油器，由电控单元（ECU）控制进行分缸单独。 5、节气门全开，在每一转速下，逐渐增加点火提前角，直到得到最大功率为止，此时对应的点火提前角即为该转速下的最佳提前角。 三、简答题（30分） 1、答：提高发动机的进气量（2），从而提高发动机的功率和扭矩（2），
第1章 传感器技术基础 1.1衡量传感器的静态特性主要有那些？说明它们的含义。 答：衡量传感器的静态特性主要有：线性度、回差、重复性、灵敏度、分辨力、阈值、稳定性、漂移、静态误差等。 线性度是表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线之间的吻合（或偏离）程度的指标。 回差是反映传感器在正反行程过程中输出-输入取下的不重合程度的指标。 重复性是衡量传感器在同一工作条件下，输入量按同一方向作全量程连续多次变动时，所得特性曲线间一致程度的指标。 灵敏度是传感器输出量增量与被测输入量增量之比。 阈值是能使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零位附近的分辨力。 稳定性是指传感器在相当长时间内保持其性能的能力。 漂移是指在一定时间间隔内，传感器输出量存在着与被测输入量无关的、不需要的变化。 精度是指传感器在满量程内任一点的输入值相对其理论值的可能偏离程度。 1.2某测温系统由以下四个环节组成，各自的灵敏度如下： 铂电阻温度传感器：0.45Ω/℃；电桥： 0.02V/Ω 放大器： 100(放大倍数) ；笔式记录仪： 0.2cm/V 求：(1)测温系统的总灵敏度；(2)记录仪笔尖位移4cm 时，所对应的温度变化值。 解：（1）测温系统的总灵敏度为0.450.021000.20.18/K cm C =???=? （2）L K t ?= ? 记录仪笔尖位移4L cm ?=时，所对应的温度变化值为: 4 22.220.18 L t C K ??= ==? 1.3有一只压力传感器的校准数据如下表：
（1）端点法平移直线法线性度； （2）最小二乘法线性度； （3）重复性； （ 4）回差； （5）总精度。 解：（1）求端点法平移直线法线性度 如下表所示，求出各个校准点正反行程6个输出电压的算术平均值（最后一个校准点只有3个输出电压的平均值）。 由两个端点的数据，可求出端点直线截距为b =0.0031V ，斜率为 50.99950.0031 0.3985610/2.50 y k V Pa x -?-= ==??- ti 出电压的平均值与理论值的差值△y i ，在上表中同时给出。 端点平移直线法是将端点直线平移，让平移后的最大正误差与最大负误差的绝对值相等，即让截距改变为
1、已知一等强度梁测力系统， R x 为电阻应变片，应变片灵敏系数 K=2，未 受应变时，R ＜ = 100 ?。当试件受力 F 时，应变片承受平均应变 ￡ = 1000卩m/m , 求： (1) 应变片电阻变化量 ？ R ＜和电阻相对变化量？ R x /R x 。 (2) 将电阻应变片 R ＜置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流 3V, 求电桥输出电压及电桥非线性误差。 (3) 若要使电桥电压灵敏度分别为单臂工作时的两倍和四倍，应采取 解: (1) RX K R X R X K R X 2 1000 100 0.2() 化时，电桥输出电压为 U O (3)要使电桥电压灵敏度为单臂工作时的 2倍，则应该在等强度梁的正反面对应贴上两 个相同的应变片，一个受拉应变，一个受压应变，接入电桥相邻桥臂，形成半桥差动电桥, 且取其他桥臂电阻也为 Rx 。 1 R X 此时，U o — E - 0.003(V)，r L 0 2 R X 要使电桥电压灵敏度为单臂工作时的 4倍，则应该在等强度梁的正反面对应贴上四个相 同的应变片，2个受拉应变，2个受压应变，形成全桥差动电桥。 2、有一个以空气为介质的变面积型平板电容传感器(见下图) 。其中 a=16mm,b=24mm,两极板间距为4mm 。一块极板分别沿长度和宽度方向在原始位置 上平移了 5mm ，求： R X R X 0.2 100 0.2% (2)将电阻应变片 Rx 置于单臂测量电桥，取其他桥臂电阻也为 Rx 。当Rx 有？ Rx 的变 R X R X U O (云r i )E 3 (100 0.2 丄) 200 0.2 2 0.0015(V) 非线性误差: r L R X /2R X 1 R X /2R X 100% 0.1% 此时，U o R X R X 0.006(V)，r L 0
《传感器与传感器技术》计算题 解题指导（供参考） 第1章 传感器的一般特性 1-5 某传感器给定精度为2%F·S，满度值为50mV ，零位值为10mV ，求可能出现的最大误差(以mV 计)。当传感器使用在满量程的1/2和1/8时，计算可能产生的测量百分误差。由你的计算结果能得出什么结论? 解：满量程（F ?S ）为50~10=40(mV) 可能出现的最大误差为： m ＝40 2%=0.8(mV) 当使用在1/2和1/8满量程时，其测量相对误差分别为： %4%10021408.01=??=γ %16%10081 408 .02=??=γ 1-6 有两个传感器测量系统，其动态特性可以分别用下面两个微分方程描述，试求这两个系统的时间常数和静态灵敏度K 。 （1） T y dt dy 5105.1330 -?=+ 式中，y 为输出电压，V ；T 为输入温度，℃。 （2） x y dt dy 6.92.44 .1=+ 式中，y ——输出电压，V ；x ——输入压力，Pa 。 解：根据题给传感器微分方程，得 (1) τ=30/3=10(s)， K =1.5105/3=0.5105 (V/℃)； (2) τ=1.4/4.2=1/3(s)， K =9.6/4.2=2.29(V/Pa)。 1-7 设用一个时间常数=0.1s 的一阶传感器检测系统测量输入为x (t )=sin4t +0.2sin40t 的信号，试求其输出y (t )的表达式。设静态灵敏度K =1。 解 根据叠加性，输出y (t )为x 1(t )=sin4t 和x 2(t )= 0.2sin40t 单独作用时响应y 1(t )和y 2(t )的叠加，即y (t )= y 1(t )+ y 2(t )。 由频率响应特性：
线性输出型节气门位置传感器信号波形分析 波形检测方法 1.连接好波形测试设备，探针接传感器信号输出端子，鳄鱼夹搭铁。 2.打开点火开关，发动机不运转，慢慢地让节气门从关闭位置到全开位置，并重新返回至节气门关闭位置。慢慢地反复这个过程几次。这时波形应如图所示铺开在显示屏上。 线性输出型节气门位置传感器信号波形分析如图所示。 1、查阅车型规范手册，以得到精确的电压范围，通常传感器的电压应从怠速时的低于1V到节气门全开时的低于5V。 2、波形上不应有任何断裂、对地尖峰或大跌落。 3、应特别注意在前1/4节气门开度中的波形，这是在驾驶中最常用到传感器碳膜的部分。传感器的前1/8至1/3的碳膜通常首先磨损。 4、有些车辆有两个节气门位置传感器。一个用于发动机控制，另一个用于变速器控制。 5、发动机节气门位置传感器传来的信号与变速器节气门位置传感器操作相对应。 6、变速器节气门位置传感器在怠速运转时产生低于5V电压，在节气门全开时变到低于1V。 7、特别应注意达到2.8V处的波形，这是传感器的碳膜容易损坏或断裂的部分。 8、在传感器中磨损或断裂的碳膜不能向发动机ECU提供正确的节气门位置信息，所以发动机ECU不能为发动机计算正确的混合气命令，从而引起汽车驾驶性能问题。 9、如果波形异常，则更换线性输出型节气门位置传感器。 开关量输出型节气门位置传感器信号波形分析
1、开关量输出型节气门位置传感器的信号波形检测同线性输出型节气门位置传感器。 2、它是由两个开关触点构成的一个旋转开关，一个常闭触点构成怠速开关，节气门处在怠速位置时，它位于闭合状态，将发动机ECU的怠速输入信号端接地搭铁，发动机ECU接到这个信号后，即可使发动机进入怠速控制，或者控制发动机“倒拖”状态时停止喷射燃油，另一个常开触点（构成全功率触点），节气门开度达到全负荷状态时，将发动机ECU的全负荷输入信号端接地搭铁，发动机ECU接到这个信号后，即可使发动机进入全负荷加浓控制状态。 开关量输出型节气门位置传感器的信号波形及其分析如图所示。如果波形异常，则应更换开关量输出型节气门位置传感器。
安全气囊系统原理及结构分析 自上世纪80年代开始逐步在民用车辆上采用之后，安全气囊时下已经成为了非常重要的汽车被动安全设备，安全气囊的数量已经成为衡量车辆安全性的参照之一，安全气囊的结构和原理到底怎样?安全气囊需要什么条件才能打开?它有哪些缺点?在使用的过程中需要注意什么?下面就为大家一一解说。 安全气囊的原理及结构 安全气囊是“辅助约束系统”(SRS)的一部分，主要是为了防止汽车碰撞时车内乘员和车内部件间发生碰撞而造成的伤害，它通常是作为安全带的辅助安全装置出现，二者共同作用。安全气囊的保护原理是：当汽车遭受一定碰撞力量以后，气囊系统就会引发某种类似微量炸药爆炸的化学反应，隐藏在车内的安全气囊就在瞬间充气弹出，在乘员的身体与车内零部件碰撞之前能及时到位，在人体接触到安全气囊时，安全气囊通过气囊表面的气孔开始排气，从而起到铺垫作用，减轻身体所受冲击力，最终达到减轻乘员伤害的效果。 通常车型的安全气囊系统结构示意图 常用的汽车安全气囊系统由碰撞传感器、控制模块(ECU)、气体发生器及气囊等组成，下面逐一为大家介绍这几个主要组成部分。
安全气囊系统传感器 安全气囊传感器一般也称碰撞传感器，按照用途的不同，碰撞传感器分为触发碰撞传感器和防护碰撞传感器。触发碰撞传感器也称为碰撞强度传感器，用于检测碰撞时的加速度变化，并将碰撞信号传给气囊电脑，作为气囊电脑的触发信号;防护碰撞传感器也称为安全碰撞传感器，它与触发碰撞传感器串联，用于防止气囊误爆。 按照结构的不同，碰撞传感器还可分为机电式碰撞传感器、电子式碰撞传感器以及机械式碰撞传感器。防护碰撞传感器一般采用电子式结构，触发碰撞传感器一般采用机电结合式结构或机械式结构。机电结合式碰撞传感器是利用机械的运动(滚动或转动)来控制电气触点动作，再由触点断开和闭合来控制气囊电路的接通和切断，常见的有滚球式和偏心锤式碰撞传感器。电子式碰撞传感器没有电气触点，目前常用的有电阻应变式和压电效应式两种。机械式碰撞传感器常见的有水银开关式，它是利用水银导电的特性来控制气囊电路的接通和切断。 安装在发动机舱前纵梁上面的气囊碰撞传感器，以机电式居多 控制模块(ECU) 对于早期的汽车，一般设有多个触发碰撞传感器，安装位置一般在车身的前部和中部，例如车身两侧的翼子板内侧、前照灯支架下面以及发动机散热器支架两侧等部位。随着碰撞传感器制造技术的发展，有些汽车将触发碰撞传感器安装在气囊系统ECU内。防护碰撞传感器一般都与气囊系统ECU组装在一起，多数安装在驾驶舱内中央控制台下面。ECU是气囊系统的核心部件，大多安装在驾驶舱内中央控制台下面。大多数气囊控制模块(ECU)都安装在车身中部靠近挡把的位置
第1章概述 1.什么是传感器？ 传感器定义为能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 1.2传感器的共性是什么？ 传感器的共性就是利用物理规律或物质的物理、化学、生物特性，将非电量（如位移、速度、加速度、力等）输入转换成电量（电压、电流、电容、电阻等）输出。 1.3传感器由哪几部分组成的？ 由敏感元件和转换元件组成基本组成部分，另外还有信号调理电路和辅助电源电路。 1.4传感器如何进行分类？ （1）按传感器的输入量分类，分为位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。（2）按传感器的输出量进行分类，分为模拟式和数字式传感器两类。（3）按传感器工作原理分类，可以分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器等。（4）按传感器的基本效应分类，可分为物理传感器、化学传感器、生物传感器。（5）按传感器的能量关系进行分类，分为能量变换型和能量控制型传感器。（6）按传感器所蕴含的技术特征进行分类，可分为普通型和新型传感器。 1.5传感器技术的发展趋势有哪些？ （1）开展基础理论研究（2）传感器的集成化（3）传感器的智能化（4）传感器的网络化（5）传感器的微型化 1.6改善传感器性能的技术途径有哪些？ （1）差动技术（2）平均技术（3）补偿与修正技术(4)屏蔽、隔离与干扰抑制 (5)稳定性处理 第2章传感器的基本特性 2.1什么是传感器的静态特性？描述传感器静态特性的主要指标有哪些？ 答：传感器的静态特性是指在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系。主要的性能指标主要有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、精度、分辨率、零点漂移、温度漂移。 2.2传感器输入-输出特性的线性化有什么意义？如何实现其线性化？ 答：传感器的线性化有助于简化传感器的理论分析、数据处理、制作标定和测试。常用的线性化方法是：切线或割线拟合，过零旋转拟合，端点平移来近似，多数情况下用最小二乘法来求出拟合直线。 2.3利用压力传感器所得测试数据如下表所示，计算其非线性误差、迟滞和重复性误差。设压力为0MPa 时输出为0mV,压力为0.12MPa时输出最大且为16.50mV. 非线性误差略 正反行程最大偏差?Hmax=0.1mV，所以γH=±?Hmax0.1100%=±%=±0.6%YFS16.50 重复性最大偏差为?Rmax=0.08，所以γR=±?Rmax0.08=±%=±0.48%YFS16.5 2.4什么是传感器的动态特性？如何分析传感器的动态特性？ 传感器的动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即输出对随时间变化的输入量的响应特性。 传感器的动态特性可以从时域和频域两个方面分别采用瞬态响应法和频率响应法来分析。瞬态响应常采用阶跃信号作为输入，频率响应常采用正弦函数作为输入。
汽车安全气囊结构及工作原理案例分析（奇瑞） 在我国装有安全气囊系统的车型，控制单元设置的点火门槛值大部分是按照SRS 的设计理念设置的，而我国的安全带佩带率并不高。不系安全带的乘员在一些气囊点火门槛值以下的碰撞事故中受到了伤害，从而引起了诉讼。因此，采取措施提高我国的安全带佩带率，才是解决问题的根本措施。 交通事故统计数据表明：“三点式安全带+安全气囊”的防护效果最好，其有效保护率高达60%；仅使用安全带的情况下，其有效率为43%~49%；而仅使用安全气囊，有效率急剧下降到18%。通过上述统计数据说明两点：第一，安全气囊不是万能的；第二，佩带安全带十分重要。 当车速超过30KM/H发生前碰撞时，气囊会迅速充气膨胀，冲破绶冲垫，由于传感器接收信号到气囊张开仅需50ms，而驾驶员撞向转向盘的时间为60MS，故在发生碰撞时，能有效地保护驾驶员，避免了驾驶 员直接撞向转向盘。 一、安全气囊的引爆条件 1、正面碰撞角度的要求 2、正面碰撞的减速度 3、安全带开关 二、安全气囊系统的新功能 ?基本功能：
?张开气袋 ?新增功能： ?打开车门锁、自动打紧急电话、安全电瓶接线柱、乘客侧识别系统、安全带张紧器、侧气袋,车窗安全气袋等、安全带开关 三、安全气囊系统元件组成 1、碰撞传感器 2、安全气囊（左、右、侧、头枕） 3、SRS电脑 4、线束 5、螺旋弹簧（游丝） 6、SRS警示灯 7、诊断接头 8、侧撞加速度传感器 9、乘客重量传感器 10、安全带引爆器 11、安全带开关 12、电瓶桩头引爆器 〈1〉、碰撞传感器 1、碰撞传感器的类型 半导体和机械式
2、碰撞传感器安装位置与识别 龙门架、叶子板，电脑内部 3、检测 电阻：8千欧-15千欧 4、碰撞后建议不论是否有故障都更换。 〈2〉安全气囊 1、安全气囊的组成：发火极、引发药柱、气体发生剂、气袋。 2、安全气囊张开的工作原理 3、安全气囊的放置 4、安全气囊的检测 只能使用模拟法与排除法 5、安全气囊在碰撞后或张开就应更换。 6、关闭右侧的安全气囊侧气袋——关闭开关 〈3〉、SRS系统线束维修 线束插接器维修 警告：在试图进行任何维修前，必须切断SRS系统。 SRS系统内的插头采用特殊材料制成,以保证低能量电路的良好导通性。插头仅能够在插接器总成维修包内得到。不要用任何其他插头替代插接器总成维修包内的插头。 ?线束维修 ?不要试图维修SRS系统线束。用新线束更换所有损坏的线束
第三章 常用传感器 一、知识要点及要求 (1)掌握常用传感器的分类方法； (2)掌握常用传感器的变换原理； (3)了解常用传感器的主要特点及应用。 二、重点内容及难点 (一)传感器的定义、作用与分类 1、定义：工程上通常把直接作用于被测量，能按一定规律将其转换成同种或别种量值输出的器件，称为传感器。 2、作用：传感器的作用就是将被测量转换为与之相对应的、容易检测、传输或处理的信号。 3、分类：传感器的分类方法很多，主要的分类方法有以下几种： (1)按被测量分类，可分为位移传感器、力传感器、温度传感器等； (2)按传感器的工作原理分类，可分为机械式、电气式、光学式、流体式等； (3)按信号变换特征分类，可概括分为物性型和结构型； (4)根据敏感元件与被测对象之间的能量关系，可分为能量转换型与能量控制型； (5)按输出信号分类，可分为模拟型和数字型。 (二)电阻式传感器 1、分类：变阻式传感器和电阻应变式传感器。而电阻应变式传感器可分为金属电阻应变片式与半导体应变片两类。 2、金属电阻应变片式的工作原理：基于应变片发生机械变形时，其电阻值发生变化。金属电阻应变片式的的灵敏度v S g 21+=。 3、半导体电阻应变片式的工作原理：基于半导体材料的电阻率的变化引起的电阻的变化。半导体电阻应变片式的的灵敏度E S g λ=。 (三)电感式传感器 1、分类：按照变换原理的不同电感式传感器可分为自感型与互感型。其中自感型主要包括可变磁阻式和涡电流式。 2、涡电流式传感器的工作原理：是利用金属体在交变磁场中的涡电流效应。 (四)电容式传感器 1、分类：电容式传感器根据电容器变化的参数，可分为极距变化型、面积变化型、介质变化型三类。 2、极距变化型：灵敏度为201 δ εεδA d dC S -== ，可以看出，灵敏度S 与极距平方成反比，极距越小灵敏度越高。显然，由于灵敏度随极距而变化，这将引起非线性误差。 3、面积变化型：灵敏度为常数，其输出与输入成线性关系。但与极距变化型相比，灵敏度较低，适用于较大直线位移及角速度的测量。 4、介质变化型：可用来测量电介质的液位或某些材料的厚度、湿度和温度等；也可用于测量空气的湿度。 (五)压电式传感器 1、压电传感器的工作原理是压电效应。
汽车传感器的波形分析 一、热线式空气流量传感器波形分析 空气流量计是用来计量单位时间内进入进气总管中的空气量，发动机ECU根据所测得的进气量及其他一些辅助信号确定喷油量。空气流量传感器是非常重要的传感器，发动机ECU 可以根据此信号测算出发动机负荷、点火正时、怠速控制等参数，不良的空气流量计会造成喘震和怠速不稳的现象。 常见的空气流量计一般有卡门涡旋式、翼板式以及热线式，热线式空气流量计是一种模拟输出电压信号传感器，随着进气流量的增大输出电压随之增大。 启动发动机并预热至正常工作温度，运用汽车专用示波器读取各种工况下的空气流量计波形，将发动机节气门从全关闭状态逐渐打开直至全开并持续2S，再关闭节气门使发动机怠速运转2S，接着再急加速至节气门全开，最终再回到怠速状态并读取波形。 空气流量计波形如图一所示，怠速的时候空气流量计输出信号电压为0.2V左右，随着节气门开度的增大输出电压也随之增大，当节气门全开的时候，输出电压为4V左右，当急减速的时候空气流量计输出电压会比怠速时的电压稍低。如果实测波形与标准波形存在明显差异则表明空气流量计存在故障。 二、节气门位置传感器波形分析 节气门位置传感器是用来检测发动机节气门开度大小的传感器，它一般安装在节气门转轴上，分为模拟式节气门位置传感器和开关式节气门位置传感器。节气门位置传感器是一个非常重要的传感器，发动机ECU根据它检测到的信号可推算得出发动机的负荷、点火正时以及怠速控制等参数，如果节气门位置传感器损坏会引起发动机故障，比如说加速滞后。 节气门位置传感器有三根线，其中一根是ECU提供给它的电源线，另一根为传感器的接地
线。模拟式节气门位置传感器实为一个可变电位计，它由一个与节气门转轴相连的滑动触针构成，所以第三根线是连接到这个可变电位计的可动触点上，输出信号电压是和节气门的开度成正比的。 模拟式节气门位置传感器波形的读取方法如下:打开点火点开，ECU的传感器电源给传感器供电，缓慢地转动节气门转轴使得节气门从全闭到全开再从全开到全闭，反复几次即可读取信号波形，在整个读取过程中发动机是不需要启动运转的。节气门位置传感器信号输出波形如图二所示。当节气门关闭发动机怠速的时候其输出信号电压不足1V，随着节气门开度的增大其输出电压也随之增大，当节气门全开时输出信号电压不足5V整个波形应该是连续的，不应有断裂出现，同时也不应该出现对地尖峰或大的跌落。 节气门位置传感器波形中经常会出现一种异样波形，当节气门开度到达不足一半的时候波形出现了对地大跌落，当节气门从全开后逐渐关闭到同样位置的时候又出现了对地大跌落，由此可以判断触点在该位置的时候出现了故障，经检查发现传感器该位置处的碳膜损坏断裂了，,在日常驾驶过程中节气门开度一般都不超过50% ，所以前段碳膜会更容易磨损,这样就不能向ECU提供正确的节气门位置信息，从而影响发动机的正常运行。 三、进气压力传感器波形分析 进气压力传感器是用来检测进气管真空度的，分为模拟式和数字式进气压力传感器。模拟式进气压力传感器也有三条线，其中一条是ECU提供的5V参考电压线，另一条是搭铁，第三条是输出信号线。在信号读取过程中，应该关闭其他附属电气设备，启动发动机待怠速稳定后方可读取输出信号波形。 具体操作步骤如下:发动机怠速运转逐步缓慢增大节气门开度至全开，并保持全开2秒，然后再逐渐关闭节气门,保持怠速运转2秒，接看急加速至节气门全开，最后再关闭节气门，此刻即可读取进气压力传感器的输出信号波形。不同的进气压力对应不同的输出电压，可以
目录 摘要..........................................................I 一、概述 (1) 二、安全气囊的组成及分布 (1) （一）气囊总成和充气元件............................................ （二）传感器........................................................ （三）电子控制单元....................................................（四）气体发生器................................................... 三、安全气囊触发 (2) （一）气囊点爆电流要求................................................（二）假人撞击气囊三轴力曲线..........................................（三）冲击头撞击气囊位移曲线.......................................... 四、安全气囊动作过程........................... .. (4) 五、安全气囊系统的有效范围.................................... 八. 结论. (8) 参考文献 (8) 谢辞 (9)
摘要 本文主要分析了汽车安全气囊的大致组成和气囊的弹开条件，该分析包括了气囊的种类，安全气囊的原理及结构，和碰撞传感器的种类，安全气囊现在所存在的缺陷等。让人们正确的看待气囊所产生的作用。 所谓“生命诚可贵”，生命只有一次，为了保护我们珍贵的生命，一个有用的，可靠的安全气囊成了至关重要的保护伞。理论上，只要碰撞等级达到了相对应的要求，气囊就会弹开，但是在现实中，气囊在很多情况下是不弹开的，就是在很严重的车祸中，气囊也不会弹开，这与安装在汽车上面的传感器，气囊的分类有很大的关系，相对应的撞击理论上是弹开相对应的保护人的气囊，但是气囊的缺陷有时候却是碰撞等级达到要求，而气囊也不弹开。本文对这样的问题做了详细的解答。 关键词：传感器气囊的种类气囊缺陷
第2章传感技术基础 一、单项选择题 1、下列测量方法属于组合测量的是（）。 A. 用电流表测量电路的电路 B. 用弹簧管压力表测量压力 C. 用电压表和电流表测量功率 D. 用电阻值与温度关系测量电阻温度系数 2、测量者在处理误差时，下列哪一种做法是无法实现的（） A．消除随机误差 B．减小或消除系统误差 C．修正系统误差 D．剔除粗大误差 3、在整个测量过程中，如果影响和决定误差大小的全部因素（条件）始终保持不变，对同一被测量进行多次重复测量，这样的测量称为（） A．组合测量 B．静态测量 C．等精度测量 D．零位式测量 4、用不同精度的仪表或不同的测量方法，或在环境条件不同时，对同一被测量进行多次重复测量，这样的测量称为（） A．动态测量 B．静态测量 C．组合测量 D．不等精度测量 二、多项选择题 1、下列属于测量误差的有：（） A.相对误差 B.绝对误差 C.引用误差 D.基本误差 E.附加误差 三、填空题 1、以确定被测值为目的的一系列操作，称为。 2、明显偏离测量结果的误差称为。 3、在同一测量条件下，多次测量被测量时，其绝对值和符号以不可预定方式变化，但误差总体具有一定的规律性，这类误差称为。 4、仪表的精度等级是用仪表的（①相对误差，②绝对误差，③引用误差）来表示的。 5、测量过程中存在着测量误差，按性质可被分为、和引用误差三类，其中可以通过对多次测量结果求平均的方法来减小它对测量结果的影响。 6、测量误差是。
7、随机误差是在同一测量条件下，多次测量被测量时，其 和 以不可预定方式变化着的误差。 8、在同一测量条件下，多次测量被测量，其绝对值和符号保持不变的称为 。 9、系统误差有 和 系统误差两种。 10、某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度分别为：S 1=0.2mV/℃、S 2=2.0V/mV 、S 3=5.0mm/V ，则系统总的灵敏度为 。 四、简答题 1、什么是等精度测量和非等精度测量？ 2、什么是直接测量、间接测量和组合测量？ 五、计算题 1、铜电阻的电阻值R 与温度t 之间的关系为)1(0t R R t ?+=α，在不同温度下，测得铜电阻的电阻值如下表所示。请用最小二乘法求0℃时的铜电阻的电阻值0R 和铜电阻的电阻温度系数α。 2、某电路的电压数值方程为2211R I R I U += 当电流 A I 21=, A I 12=时，测得电压U 为50 v ； 当电流 A I 31= ，A I 22=时，测得电压U 为80 v ； 当电流 A I 41= ，A I 32=时，测得电压U 为120 v ； 试用最小二乘法求两只电阻1R 、2R 的值。 3、已知某金属棒的长度和温度之间的关系为)1(0t L L t ?+=α。在不同温度下，测得该金属棒α。 一、单项选择题 1、D 2、A 3、C 4、D 二、多项选择题 1、ABCDE
汽车安全气囊系统撞击传感器的 有限单元分析 摘要 汽车弹簧碰撞传感器可以利用有限单元分析软件进行设计，这样可以大大减少设计时间。该传感器包括一个球和一个有弹簧在内的塑料套管的外壳。传感器设计的重要因素是碰撞中的两个传感器的力位移响应和传感器的弹簧压力。以前传感器的设计、制作和测试需要满足力位移原型硬件的要求。弹簧必须远低于材料的弹性极限而设计。利用有限元分析，传感器可以被设计为满足力位移的水平压力。本文的讨论说明利用有限单元分析进行设计可以节省很多时间。 MSC/ABAQUS已经被用于分析和设计安全气囊碰撞传感器。弹簧的大挠度和球与弹簧之间的接触用几何非线性分析。贝塞尔三维刚性球表面元素和惯性基准系统刚性表面界面元素被用于塑料球与弹簧接触面的分析。滑动轨道分析被用于弹簧与弹簧接触的平行界面间。有限元传感器的力位移响应分析结果与实验结果非常一致。 引言 汽车安全气囊系统的重要组成部分是碰撞传感器。包括机械、电子传感器在内的碰撞传感器主要用于各类安全气囊系统。本文研究的是由一个球和一个塑料套管和两个弹簧组成的机电传感器（见图1）。当传感器遇到严重的撞击脉冲，球被推入完成电路连接然后两个弹簧接触到消防安全气囊。这两个弹簧的力位移设计关键是要满足不同的加速度对传感器的输入要求。传感器的弹簧强度必须保持低于弹簧材料屈服强度，防止弹簧塑性变形。有限元分析，可以作为预测工具，以优化工程所需的力和位移反应，同时保持在弹簧压力可接受的水平。 过去传感器的设计需要不断地进行制作和测试，直到力位移原型硬件得到满足需要的条件。利用有限元分析，制作和测试原型的数量大大减少，这大大降低了传感器设计的时间。本文讨论的内容可以表明有限单元分析软件能够节省原型
传感器技术
模块一传感器(Sensor) 知识要求: 1、传感器组成及工作原理; 2、分类、输出特性、和负载的连接。 技能要求: 1、掌握光电、电感、电容和磁场式传感器的正确使用; 2、掌握传感器的串联、并联回路控制负载。 1．1 传感器基本知识 1．1．1 定义 传感器是自动检测装置中直接感受被测量, 并将它转换成可用信号输出的器件。 ①自动检测在自动化装置构成的系统中是必不可少的。 ②直接感受被测量, 表明传感器和被测量之间没有其它感受器件。 ③实际的被测量中多数是非电量, 当然也可能是电量。 ④输出的可用信号, 是与被测量有确定对应关系的电量, 一般为电压、电流。1．1．2 组成 辅助电源 图1．1传感器组成 ①敏感元件是传感器中直接感受被测量并输出与被测量成确定关系的其它量的元件。其作用是检测感应被测物体信息。 ②转换元件是只感受由敏感元件输出的与被测量成确定关系的其它量并将其转换成电量输出的元件。其作用是把被测物体信息转换为可用输出信号( 电量) 。 ③辅助元件: 辅助电源, 固定、支撑件等。
1．1．3 应用 代替人的五种感觉( 视、 听、 嗅、 味、 触) 器官。 1．1．4 分类 按输出信号的性质分: 数字量传感器、 模拟量传感器。 1．1．5 数字量传感器输出特性 ( 1) NPN 型: 传感器的转换元件的输出管为NPN 型。 ①传感器的负载( 灯) 接在传感器电源正极( +DC24V) 和传感器输出信号端之间; ②未感应时传感器输出管截止, 输出端输出逻辑电平”1”( +DC24V) , 负载不工作; ③有感应时传感器输出管导通, 输出端输出逻辑电平”0”( 0V) , 负载得电工作。 ( 2) PNP 型: 传感器的转换元件的输出管为PNP 型。 ①传感器的负载( 灯) 接在传感器输出信号端和传感器电源负极( 0V) 之间; ②未感应时传感器输出管截止, 输出端输出逻辑电平”0”( 0V) , 负载不工作; ③有感应时传感器输出管导通, 输出端输出逻辑电平”1”( +DC24V) , 负载 得电工作。 蓝 黑红 蓝黑红负载 接近开关电路接 近 开 关 电 路负载（）输出特性为型（）输出特性为型 图1．2 以电感式接近开关为例的传感器输出特性 1．2 光电式传感器
第四节大众汽车安全防护系统 汽车安全防护包括行人安全防护及乘员保护两大方面。 一、行人安全防护 1、新型保险杠 大众汽车人性化安全设计理念,最大程度上减少了在碰撞时给行人造成的伤害。为了降低正面碰撞对行人的伤害程度，采用了新型保险杠(见图3- 及图3- )。 图3- 速腾保险杠骨架
图3- 迈腾前保险杠骨架 2、新型翼子板 为了降低侧面碰撞对行人的伤害程度，采用了新型模块连接（见图3- ），翼子板弹性设计，(见图3- )。翼子板不是直接用螺钉固定在边梁上的，而是一个组合件，发生碰撞时翼子板脱落（见图3- ）。 图3- 新型模块连接
图3- 翼子板结构 图3- 翼子板弹性作用原理二、乘员保护 1、安全车身
速腾车身采用了更轻、更坚固、更耐腐的结构（见图3- ）。翼子板结构，采用双面全镀锌车身，确保车身表面的抗腐蚀能力。多种材料构成坚固车身，完全电镀的车身有、激光焊缝，这意味着车身具有极强的刚性，这对提高被动安全水平是至关重要的（见图3- ）。 图3- 速腾车身结构 图3- 速腾车身新工艺 大众车身广泛应用激光焊技术（见图3- ），速腾共使用22 台激光焊机，使每辆白车身上，通过激光焊接的焊缝（见图3- ）总长达到33.2米，大大提高了车身的牢固性。激光焊接使被焊的钢板溶合为一块板, 强度是传统点焊根本无法达到的,整个车身更加坚固耐用。
图3- 速腾车激光焊设备 图3- 速腾车激光焊缝
车身顶盖前端采用机器人激光焊接技术，配备固体激光器，使用SCANSONIC 镜头完成焊接，使其焊接部位焊缝变形小，外观美观，质量稳定。整个车身中与乘员身体相关的部件全部使用激光焊接,使用不等厚钢板,防侧撞能力极强。在发生碰撞时只会变形,不会断裂。 图3- 速腾车激光焊工艺 再来看看迈腾，迈腾车采用轻质结构热成型钢板（见图3- ）,超高强度和高强度车身钢板超过70%。 见图3- 迈腾车身新工艺 正如它的名称所暗示的 , 热成型、超高强度钢板是在加热到 900 °C ～950 °C. 温度时形成的。由于特殊的冷却成型工艺，这种钢板具有高的强度。热成型钢板将驾驶舱包围起来,有效的抗击外界冲击，同时还可以减轻车身重量。 大众车系安全理念无处不在，渗透到各个细节。为提高安全性，车门内板加强防撞杆设计成小“Y”形（见图3- ），大大提高了对乘员的保护。
传感器技术详细讲解
传感器技术
模块一传感器(Sensor) 知识要求：1、传感器组成及工作原理； 2、分类、输出特性、和负载的连接。 技能要求：1、掌握光电、电感、电容和磁场式传感器的正确使用； 2、掌握传感器的串联、并联回路控制负载。 1．1 传感器基本知识 1．1．1 定义 传感器是自动检测装置中直接感受被测量，并将它转换成可用信号输出的器件。 ①自动检测在自动化装置构成的系统中是必不可少的。 ②直接感受被测量，表明传感器和被测量之间没有其它感受器件。 ③实际的被测量中多数是非电量，当然也可能是电量。 ④输出的可用信号，是与被测量有确定对应关系的电量，通常为电压、电流。 1．1．2 组成 辅助电源 图1．1传感器组成
①敏感元件是传感器中直接感受被测量并输出与被测量成确定关系的其他量的元件。其作用是检测感应被测物体信息。 ②转换元件是只感受由敏感元件输出的与被测量成确定关系的其它量并将其转换成电量输出的元件。其作用是把被测物体信息转换为可用输出信号（电量）。 ③辅助元件：辅助电源，固定、支撑件等。 1．1．3 应用 代替人的五种感觉（视、听、嗅、味、触）器官。 1．1．4 分类 按输出信号的性质分：数字量传感器、模拟量传感器。 1．1．5 数字量传感器输出特性 （1）NPN型：传感器的转换元件的输出管为NPN型。 ①传感器的负载（灯）接在传感器电源正极（+DC24V）和传感器输出信号端之间； ②未感应时传感器输出管截止，输出端输出逻辑电平“1”（+DC24V），负载不工作； ③有感应时传感器输出管导通，输出端输出逻辑电平“0”（0V），负载得电工作。 （2）PNP型：传感器的转换元件的输出管为PNP型。 ①传感器的负载（灯）接在传感器输出信号端和传感器电源负极（0V）之间；
总评成绩：《机器人应用技术》实验报告 专业：机电一体化 班级：机电141班 学号：140212107 姓名：刘宗成 河南工学院 机电工程系
实验一工业机器人机械结构 实验目的：1、认识机器人的基本结构和组成 2、熟悉工业机器人基本工作原理 3、了解工业机器人技术参数 实验原理： 六自由度机械手本体结构图 实验器材：1、FANUC M-6i六自由度机械手二台 2、FANUC M-6iB六自由度机械手一台 3、ABB IRB-2400六自由度机械手一台 4、实验设备使用说明书各一本 实验步骤：1、学习ABB和FANUC六自由度机械手基本构成控制柜与机械本体 2、学习六自由度机械手本体各关节的作用 3、学习六自由度机械手本体中定位关节与姿态关节 4、学习六自由度机械手本体各关节驱动机构与传动机构 5、学习典型工业机器人机械本体质量分布，以及各关节中质量平衡和力矩平衡 6、学习六自由度机械手各关节运动范围及运动速度控制 7、学习工业机器人重复定位精度的定义，并且了解相应机器人的重复定位精度 8、学习工业机器人最大负载 9、学习工业机器人最大运动范围 实验报告：课后每位同学按照要求完成实验报告。 思考题：1、画出六自由度机械手的结构简图 2、分析各关节机械手臂的运动范围 注意事项：1、实验开始之前认真学习工业机器人机械本体结构。 2、实验过程认真阅读实验设备说明书。
实验报告
实验二 机器人运动学实验 实验目的：1、了解四自由机械臂的开链结构 2、掌握机械臂运动关节之间的坐标变换原理 3、学会机器人运动方程的正反解方法 实验原理： 机器人运动学只涉及到物体的运动规律，不考虑产生运动的力和力矩。机器人正运动学所研究的内容是：给定机器人各关节的角度或位移，求解计算机器人末端执行器相对于参考坐标系的位置和姿态问题。 各连杆变换矩阵相乘，可得到机器人末端执行器的位姿方程（正运动学方程）为 ： 432140 A A A A T ==????? ???????10 00 z z z z y y y y x x x x p a o n p a o n p a o n 其中：z 向矢量处于手爪入物体的方向上，称之为接近矢量a ，y 向矢量的方向从一个 指尖指向另一个指尖，处于规定手爪方向上，称为方向矢量o ；最后一个矢量叫法线矢量n ， 它与矢量o 和矢量a 一起构成一个右手矢量集合，并由矢量的叉乘所规定：a o n ?=。 上式表示了机器人变换矩阵40T ，它描述了末端连杆坐标系{4}相对基坐标系{0}的位姿，是机械手运动分析和综合的基础。 实验器材： 1、RBT-4T03S 机器人一台； 2、RBT-4T03S 机器人控制柜一台； 3、装有运动控制卡和控制软件的计算机一台。 实验步骤： 1、 根据机器人坐标系的建立中得出的A 矩阵，相乘后得到T 矩阵，根据一一对应的关系，写出机器人正解的运算公式，并填入表6-1中； 表6-1机器人的正运动学的参数