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2010050229

学生姓名：

肖凡

指导教师：

白志青

2012年3月29日

光电传感器在汽车中的应用

摘要光电传感器是把被测量的变化转换成光信号的变化，然后，借助光电元件把光信号转换成电信号来实现控制。

如光电开关、光感电阻、光感二极管、光电池、光纤等。

光电式传感器在检测和控制领域中应用非常广泛，它是采用光电元件作为检测元件的传感器，具有反应快、精度高、非接触等优点，而且可测参数多，结构简单，形式灵活多样。

本文列举了光电传感器技术在一些领域里的应用。

并阐述了当前传感器技术的发展现状以及发展趋势。

关键词：

光电效应光电器件常见故障检测控制发展趋势

Photoelectricsensorsinautomotiveapplication

Abstract：

Aphotoelectricsensorismeasuredchangeisconvertedintoopticalsignalchanges,andthen,withtheaidofphotoelectricelementtoconvertopticalsignalsintoelectricalsignalstocontrol.Suchasaphotoelectricswitch,lightresistance,lightdiode,lightbattery,suchasfiber.Photoelectricsensorintestandcontrolfieldiswidelyused,itisusedasaphotoelectricelementdetectionsensor,aquickreaction,highprecision,non-contactandotheradvantages,andcanmeasuremanyparameters,andhastheadvantagesofsimplestructure,flexibleanddiverseforms.Thisarticleliststhephotoelectricsensortechnologyinsomefieldsofapplication.Elaboratedthecurrentsensortechnologydevelopmentstatusandtrendofdevelopment.

Keywords：

PhotoelectriceffectOptoelectronicdevicesCommonfaultDetectionandcontrolDevelopmenttrend

目录

目录4

绪论5

第一章传感器的工作原理6

第二章光电传感器7

2.1光电传感器的概念7

2.2光电式传感器内容7

2.3光电式传感器的分类7

第3章光电传感器在汽车控制技术中的应用9

3.1光电式车高传感器9

3.2光电式转向传感器10

3.3光电式光量传感器11

第四章汽车传感器未来的发展方向14

结论17

参考文献18

致谢19

绪论

汽车作为现代人类社会的交通工具，汽车在人类社会的政治、经济、社会生活各个领域已占据相当重要的地位，为人类经济的发展和社会的进步做出了巨大的贡献，汽车已成为人类文明与进步的象征和标志之一。

而汽车的安全、环保与节能现已成为人们最为关心的问题，汽车上的各种传感器为此做出了重大的贡献。

传感器位于动力总成系统的前端。

传感器用来测量物理参数，如水温、空气压力以及发动机曲轴的转动速度。

这些数据非常关键，它们为闭环控制系统提供了关键信息。

除了温度传感、压力传感和霍尔传感器以外，微机械技术还带来了崭新的加速和偏向角速度传感器，同时还允许利用标准晶圆制造工艺集成信号处理电路和数字化电路。

这样就能更有效保证汽车的安全性。

第一章传感器的工作原理

传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。

被测信号量的微小变化都将转换成电信号。

化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。

向传感器提供±

15V电源，激磁电路中的晶体振荡器产生400Hz的方波，经过TDA2030功率放大器即产生交流激磁功率电源，通过能源环形变压器T1从静止的初级线圈传递至旋转的次级线圈，得到的交流电源通过轴上的整流滤波电路得到±

5V的直流电源，该电源做运算放大器AD822的工作电源；

由基准电源AD589与双运放AD822组成的高精度稳压电源产生±

4.5V的精密直流电源，该电源既作为电桥电源，又作为放大器及V/F转换器的工作电源。

当弹性轴受扭时，应变桥检测得到的mV级的应变信号通过仪表放大器AD620放大成1.5v±

1v的强信号，再通过V/F转换器LM131变换成频率信号，通过信号环形变压器T2从旋转的初级线圈传递至静止次级线圈，再经过外壳上的信号处理电路滤波、整形即可得到与弹性轴承受的扭矩成正比的频率信号，该信号为TTL电平,既可提供给专用二次仪表或频率计显示也可直接送计算机处理。

由于该旋转变压器动--静环之间只有零点几毫米的间隙，加之传感器轴上部分都密封在金属外壳之内，形成有效的屏蔽，因此具有很强的抗干扰能力。

有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。

大多数传感器是以物理原理为基础运作的。

化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题，规模生产的可能性，价格问题等，解决了这类难题，化学传感器的应用将会有巨大增长。

第二章光电传感器

2.1光电传感器的概念

光电式传感器是将被测量的变化转换成光信号的变化，再通过光电器件把光信号的变化转换成电信号的一种传感器。

2.2光电式传感器内容

光电式传感器的内容是：

光电传感器的工作基础是光电效应。

由光通量对光电元件作用的不同原理所制成光学测控系统是多种多样的，按光电元件输出量性质可分为两类，即模拟式光电传感器和脉冲式光电传感器，前者是将被测量转换成连续变化的光电流，它与被测量问呈单值关系。

按被测量方法可分为透射式、漫反射式、遮光式三类：

①透射式。

被测物体放在光路中，恒光源发出的光能量穿过被测物，部分被吸收后，透射光投射到光电元件上；

②漫反射式。

恒光源发出的光投射到被测物上，再从被测物体表面反射后投射到光电元件上；

③遮光式。

当光源发出的光通量经被测物遮挡其中一部分，使投射到光电元件上的光通量改变，改变的程度与被测物体在光路位置相关。

光敏二极管是最常见的光传感器，不同于一般二极管的是其管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口，为增加射入光线的受光面积，PN结的面积做得较大。

光敏二极管工作在反向偏置的状态下，并与负载电阻相串联。

当无光照时，它与普通二极管一样，反向电流很小，称为光敏二极管的暗电流；

当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电载流子。

在外电场的作用下，光电载流子参于导电，形成的比暗电流大得多的反向电流，称为光电流。

光电流的大小与光照强度成正比，在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。

光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对电信号放大的功能。

光敏三级管的外型与一般三极管相差不大，通常只引出两个极-发射极和集电极，基极不引出，管壳同样开窗口，以便光线射入。

为增大光照，基区面积做得很大，发射区较小，入射光主要被基区吸收。

工作时集电结反偏，发射结正偏。

在无光照时管子流过的电流为暗电流，

（很小），比一般三极管的穿透电流还小；

当有光照时，激发大量的电子-空穴对，使得基极产生的电流

增大，此刻流过管子的电流称为光电流，集电极电流公式为

，可见光电三极管要比光电二极管具有更高的灵敏度。

2.3光电式传感器的分类

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，光电式传感器可分二类，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（光束阻挡）三大类。

第3章光电传感器在汽车控制技术中的应用

3.1光电式车高传感器

主动悬架系统能够根据车身高度、车速、转向角度及速率、制动等信号，由电控单元ECU控制悬架的执行机构，使悬架的刚度、减振器的阻尼力及车身高度等参数改变，使汽车具有良好的乘坐舒适性和操作稳定性。

在主动悬架系统中车高和转向传感器是两个重要部件，目前现代轿车上应用最多的是光电式车高和转向传感器。

如图3-1所示

图3-1光电式车高传感器

为车高自动调整控制系统。

车高传感器可根据乘员和货物的增减，把车高变化（悬架形变量的变化）转换成传感器轴的旋转，并检测出旋转角度，将其转换为电信号输入电控单元ECU，ECU通过有关执行元件，根据汽车载荷的大小，来自动调整车身的高度。

车高传感器可作为车高控制系统的车高检出器，也可作为电子控制的恶劣道路检出器使用。

车高传感器的结构有一靠连杆带动旋转的轴，在轴上装有一个开有许多槽的盘形遮光板，在遮光板的两侧装有4组光电元件（由发光二极管和光敏晶体管组成），当连杆带动轴旋转时，光电元件之间时而透光，时而被遮光板遮上，使电路接通（ON）或断开（OFF）。

在主动悬架系统中，一般安装使用三个车高传感器，左、右前轮各安装一个，后桥中部安装一个，也有的左、右、前、后轮各安装一个。

为车身高度传感器的安装位置及工作状态。

拉紧螺栓的上端与传感器的连杆铰链，下端与后悬架臂相连。

当车身上下振动时，拉紧螺栓带动连杆使传感器的轴左右旋转，光电耦合件把旋转信号转换成车高信号输出。

拆下拉紧螺栓，拧松拉紧螺栓的锁紧螺母，旋转拉紧螺栓的螺旋插头，可以改变拉紧螺栓的长度，从而可以调整车身高度的设定值。

车高调整装置的控制原理，利用光电元件接通或断开的组合，就可把车高的变化范围分为多个区域进行检测。

3.2光电式转向传感器

光电式转向传感器安装在转向轴管上，它用于检测转向盘的中间位置、转动方向、转动角度和转动速度。

在电子控制悬架中，电子控制装置根据车速传感器信号和转向传感器信号，判断汽车转向时侧向力的大小，以控制车身的侧倾。

转向盘转向传感器用于检测汽车转向轮的偏转角度及偏转方向。

在丰田轿车上装用的电子控制悬架系统上应用的光电式转向传感器，其结构如图7所示。

转向（控制）圆盘安装在轴上，加在盘的两侧的是两组光电元件（发光二极管及光敏晶体管组成），光电元件套在转向柱管上。

盘的周围开有许多均匀的槽，随着转向主轴的旋转，圆盘也随着旋转，通过等间隔配列的开缝口，使光电元件之间的光间断开闭，由此可检出旋转角度。

如图3-2所示

如图3-2光电式转向传感器

光电式转向传感器的电路，光敏晶体管在遮光盘的作用下，或者导通，或者截止。

根据晶体管导通、截止的速度，就可以检测出转向器的角速度。

此外，晶体管Tr1与Tr2之间的导通与截止，相位差90°

，根据先导通的脉冲信号（波形下降），可检测出