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微型傳感器在汽車電子化及智能化工程中的應用

發布時間:2020-12- 04點擊量:0

       現代汽車正由一個單純交通工具朝著能滿足人類需求和安全、舒適、方便及無汙染的方向發展。要實現這些目標的關鍵在於汽車的電子化和智能化,先決條件則是各種信息的及時獲取,這勢必要求在汽車中大量采用各種傳感器。傳統的傳感器往往體積和重量大、成本高,它們在汽車的應用受到很大的限製。
 
      近幾年來,從半導體集成電路(IC)技術發展而來的微機電係統(microelectromechnical system, MEMS )技術日漸成熟。微型傳感器是目前最為成功並最具實用性的微型機電器件,主要包括利用微型膜片的機械形變產生電信號輸出的微型壓力傳感器和微型加速度傳感器;此外,還有微型溫度傳感器、磁場傳感器、氣體傳感器等,這些微型傳感器的麵積大多在1 mm2以下。隨著微電子加工技術,特別是納米加工技術的進一步發展,傳感器技術還將從微型傳感器進化到納米傳感器。這些微型傳感器體積小,可實現許多全新的功能,便於大批量和高精度生產,單件成本低,易構成大規模和多功能陣列,這些特點使得它們非常適合於汽車方通測儀器麵的應用。
 
      二、汽車用傳感器分類
      汽車用傳感器是用於汽車顯示和電控係統的各種傳感器的統稱。它涉及到很多的物理量傳感器化學量傳感器。這些傳感器要麽是使司機了解汽車各部分狀態的;要麽是用於控製汽車各部分狀態的。按在汽車上的作用可分為控製發動機、控製底盤以及給駕駛員提供各種信息用傳感器,構成這些傳感器的材料有精細陶瓷、半導體材料、光導纖維及高分子薄膜等;按輸出特性來分有模擬型傳感器和數字型傳感器;按構成原理來分,有結構型、韌性型和複合型。為方便起見,現按汽車傳感器的控製對象來分類。
 
      三、微型傳感器在汽車中的應用
      汽車上用的傳感器的種類很多,應用的方麵很廣。下麵介紹傳感器在汽車發動機控製、安全係統、車輛監控和自診斷等方麵的應用。
 
     (一)汽車發動機控製用傳感器
      發動機的電子控製一直被認為是MEMS技術在汽車中的主要應用領域之一。發動機控製係統用傳感器是整個汽車傳感器的核心,種類很多,包括溫度傳感器、壓力傳感器、位置和轉速傳感器、流量傳感器、氣體濃度傳感器和爆震傳感器等。這些傳感器向發動機的電子控製單元提供發動機的工作狀況信息,供電子控製單元對發動機工作狀況進行精確控製,以提高發動機的動力性、降低油耗、減少廢氣排放和進行故障檢測。
 
      1.溫度傳感器
      汽車用溫度傳感器主要用於檢測發動機溫度、吸人氣體溫度、冷卻水溫度、燃油溫度以及催化溫度等。溫度傳感器有熱敏電阻式、線繞電阻式和熱偶電阻式三種主要類型。這三種類型傳感器各有特點,其應用場合也略有區別。熱敏電阻式溫度傳感器靈敏度高、響應特性較好,但線性差、適應溫度較低。其中,通用型的測溫範圍為-50℃~30℃,精度為1.5%,響應時間為10 ms;高溫型為600通測儀器℃~1000℃,精度為5%,響應時間為10ms;線繞電阻式溫度傳感器的精度高,但響應特性差;熱偶電阻式溫度傳感器的精度高,測量溫度範圍寬,但需要配合放大器和冷端處理一起使用。其他已實用化的產品有鐵氧體式溫度傳感器(測溫範圍為-40℃~120℃,精度為2.0%)、金屬或半導體膜空氣溫度傳感器(測溫範圍為-40℃~150℃,精度為2.0%,5%,響應時間約20 ms)等。
 
      2.壓力傳感器
      壓力傳感器是汽車中用得最多的傳感器,主要用於檢測氣囊貯氣壓力、傳動係統流體壓力、注入燃料壓力、發動機機油壓力、進氣管道壓力、空氣過濾係統的流體壓力等。
 
      比較常用的汽車壓力傳感器有電容式、壓阻式、差動變壓器式、聲表麵波式。電容式壓力傳感器主要用於檢測負壓、液壓、氣壓,測量範圍為20kPa~100kPa,其特點是輸入能量高,動態響應特性好、環境適應性好;壓阻式壓力傳感器的性能則受溫度影響較大,需要另設溫度補償電路,但適應於大批量生產;差動變壓器式壓力傳感器有較大的輸出,易於數字輸出,但抗幹擾性差;聲表麵波式壓力傳感器具有體積小、質量輕、功耗低、可靠性高、靈敏度高、分辨力高、數字輸出等特點,用於汽車吸氣閥壓力檢測,能在高溫下穩定地工作。
 
      德國公司研製的智能輪胎壓力傳感器KP500內部集成了壓力和溫度傳感模塊,它不需要在傳感器模塊中增加加速度傳感器,可以在汽車啟動時自動開機進人自檢,能測量壓力、溫度和電壓等。所有的功能都是利用表麵微機械加工技術集成在 0.8μm的雙極互補金屬氧化物半導體( BiCMOS) 上。每個傳感器模塊中的電可擦可編程隻讀存儲器中存儲著惟一的32位芯片識別碼。芯片識別碼可以由同步串行接口讀出,而且 ,可以用於辨識各個輪胎壓力傳感器的位置。在接收數據通測儀器的時候,首先,要檢查芯片識別碼,如果發現芯片識別碼不符,就放棄收到的數據幀。

來源:中國自動化網

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