光电传感器在汽车上的应用及发展

传感器与检测技术论文题目：光电传感器在汽车上的应用班级：2013级电子信息工程1班学号：：俊旭指导老师：江华2016.5.2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：光电传感器；汽车；应用；目录一、引言二、光电传感器2.1 光电传感器的概念2.2 光电传感器的工作原理2.3 光电传感器的分类三、光电式传感器在汽车上的应用3.1 光电式车高传感器3.2 光电式转向传感器3.3光电式光量传感器3.4 光电式车速传感器四、参考文献一、引言随着汽车电子技术的迅速发展及电控单元运用的普及，新型汽车为了提高动力性、经济性、安全性、舒适性以及减少排气污染，已广泛应用电子控制技术。

从发动机的燃油喷射系统、点火装置、进气装置、废气排放、故障自诊断到底盘的传动系统、行驶系统、转向制动系统以及车身和辅助设备等普遍采用了电子控制技术。

在汽车电子控制系统中，传感器担负着采集和传输功能，它是电子控制中非常重要的部件，其技术性能的好坏，直接影响汽车电子控制系统的工作情况。

汽车传感器主要有温度传感器、压力传感器、空气流量传感器、位置与角度传感器、气体浓度传感器、速度与加速度传感器、爆燃与碰撞传感器等几十种。

本文主要讲述了传感器在汽车技术中的应用以及各种汽车传感器的工作原理和在汽车技术中的作用。

其中转速传感器是检测发动机的转速、空气流量传感器检测发动机的进气量以更好的控制空燃比、节气门位置传感器是将节气门开度转换为电信号，通过ECU控制喷油量、进气温度传感器是检测发动机的进气温度，将进气温度转变为电压信号输入ECU作为喷油修正信号、氧传感器是根据化学平衡原理计算出对应的氧浓度，达到监测和控制炉燃烧空然比，保证产品质量及尾气排放达标的测量元件。

二、光电式传感器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，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。

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。

三、光电式传感器在汽车上的应用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。

图2 车高自动调整控制系统组成图2为车高自动调整控制系统的构成图。

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。

图3 车高传感器的结构车高传感器的结构如图3所示，它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。

图4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。

图4 车高传感器的安装位置及工作状态拆下拉紧螺栓，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。

图5 车高调整装置的控制原理图5所示为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，就可把车高的变化围分为多个区域进行检测。

3.2 光电式转向传感器电子控制悬架系统的构成如图6所示。

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。

图6 电子控制悬架系统构成图7 转向盘转向传感器结构1—转向传感器2—遮光盘3—光电耦合元件4—槽5—轴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。

光电式转向传感器的电路如图8所示，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），可检测出转向器的旋转方向，而且，图中的光敏晶体管在转向圆盘的作用下导通或截止，根据其导通或截止的速度，就可检测出转向器的速度。

图8 光电式转向传感器电路3.3光电式光量传感器光电式光量传感器用硫化镉（CdS）作为半导体元件，当光线照射硫化镉（CdS）时，电阻值随之变化（周围环境暗时电阻值大，亮时电阻值变小），能把周围光照的变化转换为电阻值的变化，以电信号的形式输入控制器。

目前在汽车上用于各种灯具亮、熄的自动控制。

光电式光量传感器在汽车灯控制上的应用。

灯光控制器安装在仪表板的上方，到傍晚时，它使尾灯点亮，当天色变得更暗时，前照灯被点亮。

当对方来车时，还具有变光功能，这些都是自动完成的。

3.4 光电式车速传感器图10 数字式车速表的连接方框图光电式车速传感器用于数字式速度表，由发光二极管、光敏晶体管以及安装在速度表驱动轴上的遮光板构成。

光电式车速传感器在数字式车速报警系统中的应用如图10所示，数字式车速表主要由荧光管、电控单元、集成电路IC等构成。

车速传感器输出的脉冲信号传入到车速表，通过荧光显示屏显示车速，并把其信号输入到里程表、燃油表、温度表等。

图11 数字车速表位置图形图12 车速表电路框图数字式车速表的安装位置如图11所示，其电路如图12所示。

光电式车速传感器产生的脉冲信号经整形后输入到计数电路中，在记忆电路中被记忆下来。

定时电路输出信号决定着计数电路的计测时间和记忆时间，记忆电路中的输出信号加到显示电路上，荧光管根据光电式车速传感器输出的脉冲数显示车速。

车速表显示分辨率为1km/h时，当显示车速超过101km/h时，速度判断回路输出报警信号，点亮速度警告信号灯；当显示的车速超过105km/h时，蜂鸣器就会鸣叫。

四、参考文献[1]．林平勇高嵩.电工电子技术(第二版).：高等教育出版，2004[2] 郁有文，常健，程继红.传感器原理及工程应用.电子科技大学，2008[3] 吴文琳，美生.汽车传感器识别与检修精华.机械工业，2005[4] 颜晓河，董玲娇，.光电传感器的发展及应用.电子工业专用设备，2006[5] 望.光电传感器技术的新发展及应用.仪器仪表用户，2005[6]. 春明.汽车电器与电路. ：高等教育出版，2003。