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1、机械工业出版社中等职业教育电气类规划教材 自动检测与转换技术 第十三章（下） 多媒体课件200951 更新Date1第十三章 传感器在现代 检测系统中的应用（下）检测技术的综合应用（下）主要学习传感 器在现代汽车、数控机床、机器人和智能楼 宇中的应用。*2第五节 传感器在现代汽车中的应用 Date3一、汽车结构及工作过程概述（参考南京交通技师学院资料， 以几幅下同）汽车类型繁多，结构比较复杂，大体可分为发 动机、底盘和电气设备三大部分又可分成燃料 系、点火系、传动系、轿厢系等几个系统，每 一部分均安装有许多检测和控制用的传感器。 与传感器有关联的测控框图如图13-11所示。Date4汽车底盘示
2、意图后轮悬挂传动轴转向机构Date5福特林肯Navigator底盘发动机传动轴排气管前刹车盘后轮悬挂减速箱Date6汽车发动机发动机是汽车的动力装置，其作用是使吸入的燃料燃烧而产生动力，通过传动系统，使汽车行驶。汽油发动机主要由汽缸、燃料系、点火系、起动系、冷却系及润滑系等组成。汽车的工作过程均是在电控单元ECU控制下进行的。 Date7汽车发动机的解剖图Date8与发动机配套使用的各种传感器进气压力 传感器曲轴位置传感器进气压力、 温度传感器Date9ECU结构a）外形 b）ECU内部 原理框图及输入/输出信号 Date10各种ECU外形（参考北京元业隆公司资料）Date11汽车ECU的应用
3、ECU用于控制 方 向盘的助力系统Date12ECU在汽车四轮独立悬挂避振中的应用前悬挂后悬挂为了减小汽车在崎岖的道路上的颠簸，提高舒适 性，ECU还能根据四个车轮的独立悬挂系统的受力情 况，控制油压系统，调节四个车轮的高度，跟踪地面 的变化，保持轿厢的平稳。 Date13汽车ECU的应用（续）ECU用于防碰撞和控制安全气囊传感器将速 度、距离等与碰 撞有关的参数传 送给ECU。Date14汽车避撞系统原理框图安 全 气 囊Date15ECU在接 收到碰撞传感 器的信号后， 打开折叠式安 全气囊。折叠式安全气囊Date16二、传感器在汽车运行中的作用 Date17空气系统中的传感器 为了得到最
4、佳的燃烧状态和最小的排气污染，必须对油气混合气中的空气-燃油比例（空燃比）进行精确的控制。空气系统中传感器的作用是计量和控制发动机燃烧所需要的空气量。空气进气量还与油门踏板有关。驾驶员通过操作油门踏板控制进气道的节气门开度，以改变进气流通截面积，从而控制进气量，由此控制发动机的 功率。ECU必须测量节气门的开度，才能控制喷油器的喷油量。 Date18空气流量传感器空气流量传感器有多种类型，使用较多的有热丝式气体测速仪以及卡门涡街流量计。 Date19节气门及节气门角位移开度传感器节气门角度位移传感器节气门Date20受ECU控制的喷油器Date21汽车水温传感器Date22氧含量传感器在汽车中
5、的应用 当汽车节气门的开合度不正确时，汽缸 中的燃油燃烧可能不正常。通过测量尾气的 氧含量，并将信号传输给ECU，从而改变节气门的开合度，使燃油的燃烧达到最佳工况 。现代汽车还在排气总管前端安装一只氧含 量传感器。当排气中的氧含量不足时，由ECU 控制增大空燃比，改变油气浓度，提高燃烧 效率，减少黑烟污染。 Date23氧含量传感器及其在汽车中的安装位置 排气总管Date24传感器在汽车ABS中的作用 当汽车紧急刹车时，使汽车减速的外力主要来自地面作用于车轮的摩擦力，即所谓的地面附着力。而地面附着力的最大值出现在车轮接近抱死而尚未抱 死的状态。这就必须设置一个“防抱死制动系统”又称为ABS。A
6、BS由车轮速度传感器、ECU以及电液控制阀等组成。ECU根据车轮速度传感器来的脉冲信号控制电液制动系统，使各车轮的制动力满足少量滑动但接近抱死的制动状态，以使车辆在紧急刹车时不致失去方向性和稳定性。 Date25汽车防抱死解决方案刹车装置Date26汽车防抱死使用效果及注意事项在用力紧急刹车时， ABS自动启动。使用ABS能改善刹车效果使用ABS前易发生“甩尾”Date27汽车防侧滑系统汽车在行驶过程中必须 保持驱动车轮在冰雪等易滑 路面上的稳定性并防止侧偏 力的产生，故在前后四个车 轮中安装有车轮速度传感器 （转速传感器）。当发生侧 滑时，ECU分别控制有关车 轮的制动控制装置及发动机 功率
7、，提高行驶的稳定性和 转向操作性。 安装防侧滑传感器 前后比较Date28防侧滑系统涉及到的的传感器Date29汽车在雪地中的安全行驶有赖于 防侧滑系统Date30汽车性能测试仪表及各点信号Date31汽车部件的检测Date32现代汽车性能测试用的部分仪表ECU模拟信号发生器ECU历史记录读出器 （汽车故障诊断仪）Date33汽车性能测试仪表汽车尾气分析仪电喷系统 清洗测试仪Date34第六节 传感器在数控机床中的应用传感器在数控机床中占据重要的地位，它 监视和测量着数控机床的每一步工作过程。 Date35数控机 床的 结构Date36数控机床中很重要的一个指标是“进给运动” 的位置定位误差和
8、重复定位误差，所以必须 采用高准确度的位置检测装置。卸掉外壳后 的数控车床内部结构如图13-15所示。Date37位置检测装置在进给控制中的应用 n光栅安装方式示意图（卸掉防护罩后）n1床身 2光栅尺 3扫描头 n 4滚珠丝杠-螺母副 5床鞍Date38接近开关在刀架选刀 控制中的应用 霍尔 接近开关回转刀架 Date39数控机床使用的各 种刀具的换刀 需要夹紧 和卸下的刀具 可以从刀具车 上自动取出， 然后自动再放 回刀具车上。 Date40车床工件温度场在线监测原理框图Date41数控机床自动保护 （1）过热保护 :主要是监测一些轴温、压力油温、润滑油温、冷却空气温度、各个电动机绕组温度等
9、 （2）工件夹紧力的检测：自动将毛坯送到主轴卡盘中并夹紧，夹紧力由压力传感器检测，当夹紧力小于 设定值时，将导致工件松动，这时控制系统将发出 报警信号，停止走刀。 （3）辅助系统状态检测：在润滑、液压、气动等系统中，均安装有压力传感器、液位传感器、流量传感 器，对这些辅助系统随时进行监控，保证数控机床 的正常运行。 Date42第七节 传感器在机器人中的应用机器人是由计算机控制的复杂机器， 它具有类似人的肢体及感官功能；动作程 序灵活；有一定程度的智能；在工作时可 以不依赖人的操纵。机器人传感器在机器 人的控制中起了非常重要的作用，正因为 有了传感器，机器人才具备了类似人类的 知觉功能和反应能
10、力。 Date43类别检测内容应用目的传感器件明暗觉是否有光，亮度多少判断有无对象，并得到定 量结果光敏管、光电断续器色觉对象的色彩及浓度利用颜色识别对象的场合彩色摄影机、滤色器、彩色 CCD 位置觉物体的位置、角度、距 离物体空间位置，判断物体 移动光敏阵列、CCD等形状觉物体的外形提取物体轮廓及固有特征 ，识别物体光敏阵列、CCD等接触觉与对象是否接触，接触 的位置决定对象位置，识别对象形 态，控制速度，安全保障， 异常停止，寻径光电传感器、微动开关、薄 膜接点、压敏高分子材料压觉对物体的压力、握力、 压力分布控制握力，识别握持物， 测量物体弹性压电元件、导电橡胶、压敏 高分子材料力觉机器
11、人有关部件（如手 指）所受外力及转矩控制手腕移动，伺服控制 ，正确完成作业应变片、导电橡胶接近觉对象物是否接近，接近 距离，对象面的倾斜控制位置，寻径，安全保 障，异常停止光传感器、气压传感器、超声波 传感器、电涡流传感器、霍尔传 感器 滑觉垂直握持面方向物体的 位移，重力引起的变形修正握力，防止打滑，判 断物体重量及表面状态球形接点式、光电旋转传感 器、角编码器、振动检测器机器人传感器分类 Date44传感器在机器人 身上的分布 Date45能踢球的机器人Date46对运动的球类有正确反应的机器人能打网球的机器人机器人足球比赛Date47能行走的机器人Date48服务机器人机器人伴舞机器人奏
12、乐Date49可爱的小机器人能上台阶并避开 障碍物的机器人能自己站起来 的机器人Date50军事机器人我国引进的 排爆机器人进攻型机器人Date51工业机器人核工业机器人汽车喷漆机器人Date52机器人的手Date53机械手在汽车加工中的应用机械手能按照程序焊接和安装汽车部件 ，是机器人的雏形。Date54激光焊接机械手（参考上海大众汽车有限公司资料）Date55第八节 传感器在智能楼宇中的应用 自1984年美国建成第一 座智能楼宇以来，智能楼宇 在世界各国建筑物中的比例 越来越大。智能楼宇或智能 建筑（缩写IB）是信息时代 的产物，是计算机及传感器 应用的重要方面。智能楼宇包括五大主要 特征
13、：楼宇自动化（BA）、 防火自动化（FA）、通信自 动化（CA）、办公自动化（ OA）、信息管理自动化（ MA）。 Date56对智能化建筑的要求人们对智能化建筑的要求包括以下几个方面：1）高度安全性的要求：包括防火、防盗、防爆、 防泄漏等；2）舒适的物理环境；3）先进的通信设施与完备的信息处理终端；4）电器与设备的自动化及智能化控制。集成的楼宇管理系统能够使用网络化、智能化、 多功能化的传感器和执行器，传感器和执行器通过数 据网和控制网连接起来，与通信系统一起形成整体的 楼宇网络，并通过宽带网与外界沟通。 Date57智能化建筑中 的传感器活动物体 传感器烟雾传感器二氧化碳 传感器温度传感器
14、火焰传感器总 线终端控制对象Date58智 能 家 居 结 构 图Date59家居防盗Date60一、空调系统的监控空调系统监控的目的是：既要提供温湿度适宜 的环境，又要求节约能源。其监控范围为制冷机、 热力站、空气处理设备（空气过滤、热湿交换）、 送排风系统、变风量末端（送风口）等。 Date61空调制冷机组示意图 1断路器 2独立的压缩机电机启动器 3压缩机电机接线箱 4 冷水机动力盘 5控制箱 6放气 7压力表 8冷冻水泵 9 冷凝器水泵 10冷冻水泵启动器 11冷凝水泵启动器 12冷 却塔风扇启动器 13断路器 14油泵断路器 Date62自动供热系统示意图 热交换器热交换器Date6
15、3二、给排水系统 给排水系统的监控和管理由现场监控站和管理 中心来实现，其最终目的是实现管网的合理调度， 保持适当的水压；监控系统还随时监视大楼的排水 系统，并自动排水。给排水系统的监控主要包括水泵的自动启停控 制、水位、流量、压力的测量与调节；用水量和排 水量的测量；污水处理设备运转的监视、控制、水 质检测；节水程序控制；故障及异常状况的记录等 。根据水箱和水池的高、低水位信号来控制水泵的 启、停及进水控制阀的开关，并且进行溢水和停水 的预警等。当水泵出现故障时，备用水泵则自动投 入工作，同时发出报警信号。Date64给排水系统监控原理框图Date65变频控制供水机组采用变频供水 系统取代屋
16、顶水箱， 稳定水压。Date66排污系统污水处理高效节能无 堵塞排污泵Date67三、供配电与照明系统监控 智能楼宇的最大特点之一是节能。作为一个大 型高级建筑物，灯光系统控制水平的高低直接反映 了大楼的智能化水平。供配电系统对如下参数进行监视：电压、电流 、视在功率、功率因数、频率等指标，并自动进行 功率因数补偿；当传感器长期感应不到有人走动时 ，自动关闭该区域的灯光照明。 当楼宇内的供配电出现故障时，传感器和计算 机必须在极短的时间里向监控中心报告故障的部位 和原因，供电系统将立即起动UBS或自备发电机， 向重要供电对象（例如计算机系统）提供电力，以 免系统崩溃。 Date68楼宇低压成套配电柜Date69机房在线式不间断电源（UPS）、 消防应急电源（EPS）Date70四、火灾监视、控制系统 火情、火灾报警传感器主要有感烟传感 器、感温传感器以及紫外线火焰传感器。从 物理作用上区分，可分为离子型、光电型等 ；从信号方式区
