【正文】 66587 對傳感器下的定義是： “ 能感受規(guī)定的被測量件并按照一定的規(guī)律 (數(shù)學(xué)函數(shù) 法則 )轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由 敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成 ” 。其“ 對象”可以是固體、液體或氣體，而它們的狀態(tài)可以是靜態(tài)的，也可以是動態(tài) (即過程 )的。對象的特性可以是物理性質(zhì)的，也可以是化學(xué)性質(zhì)的。 各種物理效應(yīng)和工作機理被用于制作不同功能的傳感器。用于傳感器的工作機制和效應(yīng)類型不斷增加，其包含的處理過程日益完善。 傳感器的分類 按不同觀點對傳感器進行分類：它們的工作原理 (傳感器工作的基本物理或化學(xué)效應(yīng) )；它們的用途；它們的輸出信號類型以及制作它們的材料和工藝等。 物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電 效應(yīng)、磁致伸縮現(xiàn)象、離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。 化學(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測信號量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號。大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎(chǔ)運作的。 根據(jù)其用途，傳感器可分為：壓力敏和力敏傳感器，位置傳感器，液面?zhèn)鞲衅?，能耗傳感器，速度傳感器，熱敏傳?器，加速度傳感器，射線輻射傳感器，振動傳感器，光敏傳感器，磁敏傳感器，氣敏傳感器等。 數(shù)字傳感器 —— 將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號 (包括直接和間接轉(zhuǎn)換 )。 開關(guān)傳感器 —— 當(dāng)一個被測量的信號達到某個特定的閾值時，傳感器相應(yīng)地輸出一個設(shè)定的低電平或高電平信號。它們中 的那些對外界作用最敏感的材料，即那些具有功能特性的材料，被用來制作傳感器的敏感元件。 按材料的物理性質(zhì)分：導(dǎo)體，絕緣體，半導(dǎo)體，磁性材料。 傳感器的特性 在生產(chǎn)過程和科學(xué)實驗中 , 要對各種各樣的參數(shù)進行檢測和控制 , 就要求傳感器能感受被測非電量的變化并將其不失真地變換成相應(yīng)的電量 , 這取決于傳感器的基本特性 , 即輸出 — 輸入特性。傳感器的基本特性可用靜態(tài)特性和動態(tài)特性來描述。 輸出與輸入關(guān)系可分為線性特性和非線性特性。但實際遇到的傳感器大多為非線性 ,如果不考慮遲滯和蠕變等因素 , 傳感器的輸出與輸入關(guān)系可用一個多項式表示： 0 1 2 2 ... nny x x x? ? ? ?? ? ? ? ? 其 中： 0? 為輸入量 x 為零時的輸出量 。各項系數(shù)不同 , 決定了特性曲線的具體形式各不相同。在實際使用中 , 為了標定和數(shù)據(jù)處理的方便 , 希望得到線性關(guān)系 , 因此引入各種非線性補償環(huán)節(jié)。 但如果傳感器非線性的方次不高 ,輸入量變化范圍較小時 , 可用一條直線（切線或割線）近似地代表實際曲線的一段 , 如圖 所示 , 使傳感器輸出 — 輸入特性線性化。 實際特性曲線與擬合直線之間的偏差稱為傳感器的非線性誤差（或線性度） , 通常用相對誤差 L? 表示 , 即 m ax 100%LFSLY? ?? ? ? 其中 : maxL? —— 最大非線性絕對誤差 。 (a) 理論擬合； (b) 過零旋轉(zhuǎn)擬合； (c) 端點連線擬合； (d) 端點平移擬合 圖 對于線性傳感器 , 它的靈敏度就是它的靜態(tài)特性的斜率 , 即 /S y x?? ? 為常數(shù) , 而非線性傳感器的靈敏度為一變量 , 用 /S dy dx? 表示。靈敏度 S 是指傳感器的輸出量增量 y? 與引起輸出量增量 y? 的輸入量增量 x? 的比值 , 即 /K y x?? ? 由此可見，線性傳感器其特性的斜率處處相同，靈敏度 K 是一常數(shù)。 (3) 遲滯 傳感器在正（輸入量增大）、反（輸入量減?。┬谐讨休敵?輸入特性曲線不重合的現(xiàn)象稱為遲滯。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是由于傳感器敏感元件材料的物理性質(zhì)和機械零部件的缺陷所造成的 , 例如彈性敏感元件的彈性滯后、運動部件摩擦、傳動機構(gòu)的間隙、緊固件松動等。遲滯誤差γ H 可由 下式計算 : m a x1 100%2HFSHY? ?? ? ? 其中 : maxH? —— 正反行程輸出值間的最大差值。 重復(fù)性誤差屬于隨機誤差 , 常用標準偏差表示 , 也可用正反行程中的最大偏差表示 , 即 maxmax 100%RRY? ??? (5) 漂移 傳感器的漂移是指在輸入量不變的情況下，傳感器輸出量隨著時間變化，此現(xiàn)象稱為漂移。 (6) 分辨力 當(dāng)傳感器的輸入從非零值緩慢增加時，在超過某一增量后輸出發(fā)生可觀測的變化，這個輸入增量稱傳感器的分辨力，即最小輸入增量。 傳感器的動態(tài)特性 傳感器的動態(tài)特性是指傳感器處理動態(tài)信號是，輸出對輸入的響應(yīng)特性。但是，實際檢測中的大多數(shù)被測量都是隨時間變化的的動態(tài)信號，傳感器的輸出不僅需要能精確地顯示被測量的大小，而且還需要顯示被測量隨時間變化的規(guī)律，即被測量的波形。 動態(tài)特性與靜態(tài)特性的主要區(qū)別是：動態(tài)特性中輸出量與輸入量的關(guān)系不是一個定值， 而是時間的函數(shù)，他是隨時間輸入信號的頻率而變化的。但是，除了理想情況外，實際傳感器的輸出型號與輸入信號不會具有相同的時間函數(shù)，由此將引入動態(tài)誤差。這是因為傳感器對標準輸入信號的響應(yīng)容易用實驗方法求得，并且它對標準輸入信號的響應(yīng)與它對任意輸入信號的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。 (1) 瞬態(tài)響應(yīng)特性 傳感器的瞬態(tài)響應(yīng)是時間響應(yīng)。這種分析方法是時域分析法 , 傳感器對所加激勵信號響應(yīng)稱瞬態(tài)響應(yīng)。 (2) 頻率響應(yīng)特性 傳感器對正弦輸入信號的響應(yīng)特性 , 稱為頻率響應(yīng)特性。 三 汽車傳感器在汽車自動控制系統(tǒng)中的具體應(yīng)用 汽車傳感器作為汽車電子控制系統(tǒng)的信息源，是汽車電子控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，也是汽車電子技術(shù)領(lǐng)域研究的核心內(nèi)容之一。據(jù)報道， 2020 年汽車傳感器的市場為 億美元 ( 億件產(chǎn)品 )，到2020年將達到 ( )，增長率為 %(按美元計 )和 %(按產(chǎn)品件數(shù)計 )。 在 發(fā)動機控制系統(tǒng) 中的應(yīng)用 發(fā)動機控制系統(tǒng)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(zhuǎn)速傳感器、流量傳感器、氣體濃度傳感器和爆震傳感器等。 由于發(fā)動機工作在高溫 (發(fā)動機表面溫度可達 150℃ 、排氣歧管可達650℃ )、振動 (加速 度 30g)、沖擊 (加速度 50g)、潮濕 (100%RH， 40℃ 120℃ )以及蒸汽、鹽霧、腐蝕和油泥污染的惡劣環(huán)境中，因此發(fā)動機控制系統(tǒng)用傳感器耐惡劣環(huán)境的技術(shù)指標要比一般工業(yè)用傳感器高 12 個數(shù)量級，其中最關(guān)鍵的是測量精度和可靠性。 (1) 溫度傳感器：主要檢測發(fā)動機溫度，吸入氣體溫度、冷卻水溫度、燃油溫度、催化溫度等，將它們轉(zhuǎn)變成電信號，從而控制噴油嘴針閥開啟時刻和持續(xù)時間，以保證供給發(fā)動機最佳混合氣并達到排氣凈化效果等。線繞電阻式溫度傳感器的精度較高，但響應(yīng)特性差 。熱電偶式傳感器的精度高，測溫范圍寬，但需考慮放大器和冷端處理問題。檢測大氣壓，從而控制爬坡時空燃比 。檢測廢氣再循環(huán)流量、發(fā)動機油壓、制動器油壓、輪胎空氣壓力等等，并對相關(guān)量作出反應(yīng)。電容器式傳感器具有輸入能量高，動態(tài)響應(yīng)好、環(huán)境適應(yīng)性好等特點 。LVDT式有較大輸出，易于數(shù)字輸出，但抗振性較差 。 (3) 旋轉(zhuǎn)傳感器：主要用于檢測曲軸轉(zhuǎn)角、發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)、風(fēng)門開度、車速等，從而控制點火提前角、燃油配量和噴射時間等，產(chǎn)品主要有發(fā)電機式、磁阻式、霍爾效應(yīng)式、光學(xué)式、振動式等。 (5) 流量傳感器：測定進氣量和燃油流量以控制空燃比?？諝饬髁總鞲衅鳈z測進入的空氣量從而控制電子噴油器噴油量，以得到較準確的空燃比，實際應(yīng)用的產(chǎn)品主要有卡爾曼旋渦式、葉片式、熱線式。熱線式易受吸入氣體脈動影響，且易斷絲 。 (6) 爆震傳感器：檢測發(fā)動機的振動，并 根據(jù)檢測到的爆震信號適當(dāng)調(diào)整點火時刻，主要產(chǎn)品有磁致伸縮式和壓電式。 傳感器內(nèi)有加熱的傳感元件，此傳感元件同時構(gòu)成電橋的一個臂。傳感元件的獨特設(shè)計使空 氣流量的測量不受進氣回流的影響。 壓電振動式粘度傳感器 的 工作原理與振動式粘度計相近 —— 振子 (球型、片狀或棒式 )在受到粘滯阻尼時其振頻會發(fā)生衰變。有一種振動式粘度計的振子是石英棒，它能被激發(fā)扭振，通過測量與液體粘度相對應(yīng)的振幅和諧振 頻寬，就可以確定粘度（準確地說是粘度和密度的綜合值）。電子控制系統(tǒng)在汽車底盤技術(shù)中的應(yīng)用很好地改善了汽車的主動安全性。駕駛員 是通過操縱汽車里的轉(zhuǎn)向盤、油門和制動踏板等元件來表達自己意愿的 ,相應(yīng)于這些操縱的執(zhí)行量是前輪的轉(zhuǎn)向角以及車輪上的驅(qū)動力矩或制動力矩 ,而真正起作用的是輪胎的縱向力和側(cè)向力。汽車底盤控制設(shè)計的基本原理就是在給定了路面附著系數(shù)和車輪法向力的前提下，對車輪滑動率和車輪側(cè)偏角進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和控制 ,從而達到間接調(diào)控輪胎的縱向力和側(cè)向力的目的 ,最大限度地利用輪胎和路面之間的附著力 ,達到提高汽車的主動安全性、機動性和舒適性的目的。 (2) 同一個控制目標可以由不同的控制系統(tǒng)單獨控制或者多個系統(tǒng)共同控制。 (4) 不同的控制系統(tǒng)可能共用同一傳感器或者控制單元。 (1) 變速器控制用傳感器：主要有車速 傳感器、加速度傳感器、發(fā)動機負荷傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、離合器傳感器、水溫傳感器、油溫傳感器等。 (2) 懸架系統(tǒng)控制用傳感器：主要有車速傳感器、節(jié)流閥開度傳感器、加速度傳感器、車身高度傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器等。 (3) 動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)用傳感器：主要有車速傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器等，利用這些傳感器使動力 轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)實現(xiàn)轉(zhuǎn)向操縱輕便、提高響應(yīng)特性、減少發(fā)動機損耗、增大輸出功率、節(jié)省燃油等。 在 車身控制系統(tǒng) 中的應(yīng)用 采用這類傳感器的主要目的是提高汽車安全性、可靠性、舒適性等，其耐惡劣環(huán)境技術(shù)要求不如發(fā)動機、底盤用傳感器那么嚴格，一般工業(yè)用傳感器稍加改進即可應(yīng)用。 目前，豐田公司開發(fā)的 種汽車主動安全系統(tǒng) —— 車身穩(wěn)