項目十二檢測技術的綜合應用實例項目內容

任務一

傳感器在現代汽車中的應用

任務二

傳感器在機器人中的應用

知識目標：（1）了解在現代汽車中應用的典型傳感器；（2）了解在機器人中應用典型傳感器。能力目標：（1）掌握壓力傳感器、溫度傳感器等典型傳感器在現代汽車中的應用；（2）掌握機器人內部信息傳感器、機器人外部信息傳感器在機器人中的應用。

思政目標：

在進行傳感器在現代汽車中的應用、傳感器在機器人中的應用講解時，融入科技發展帶來的生活水平提高的意義，增強學生的科技創新意識。讓學生了解國產汽車、機器人的發展成果和差距，增強民族自豪感和危機意識。任務一

傳感器在現代汽車中的應用一輛家用普通轎車上大概用到幾十到近百只傳感器，而在一些豪華轎車上，傳感器的數量可達到二百余只，可以說傳感器已經成為衡量汽車檔次高低的一個重要標準。

汽車類型繁多，結構比較復雜，大體可分為發動機、底盤和電氣設備三大部分，可分成燃料系、點火系、傳動系、轎廂系等幾個系統，每一部分均安裝有許多檢測和控制用的傳感器。（參考南京交通技師學院資料，以幾幅下同）2025/2/186

2025/2/187與發動機配套使用的各種傳感器進氣壓力傳感器曲軸位置傳感器進氣壓力、溫度傳感器2025/2/1881.1汽車上的壓力傳感器在眾多汽車傳感器中，壓力傳感器使用量最多，發展得也最快。汽車上至少有兩個系統需要測量與控制壓力：其一是發動機，如潤滑系統的機油壓力檢測和電子燃油噴射系統中進氣管的壓力檢測；其二是制動系統，如貯氣裝置、剎車控制裝置和剎車助力裝置等。1.2汽車上的溫度傳感器溫度傳感器是車用傳感器中用得比較多的一種（常見一輛汽車要裝用十幾只溫度傳感器）。它主要用來檢測發動機的溫度、吸入氣體的溫度、冷卻液的溫度、燃油的溫度、大氣及排氣的溫度。汽車水溫傳感器

2025/2/18111.3汽車上的測速傳感器

速度與加速度的測量是衡量汽車運行狀態的重要參數。1．霍爾轉速傳感器霍爾轉速表原理

當齒對準霍爾元件時，磁力線集中穿過霍爾元件，可產生較大的霍爾電動勢，放大、整形后輸出高電平；反之，當齒輪的空擋對準霍爾元件時，輸出為低電平。傳感器在汽車ABS中的作用

當汽車緊急剎車時，使汽車減速的外力主要來自地面作用于車輪的摩擦力，即所謂的地面附著力。而地面附著力的最大值出現在車輪接近抱死而尚未抱死的狀態。這就必須設置一個“防抱死制動系統”又稱為ABS。ABS由車輪速度傳感器、ECU以及電—液控制閥等組成。ECU根據車輪速度傳感器來的脈沖信號控制電液制動系統，使各車輪的制動力滿足少量滑動但接近抱死的制動狀態，以使車輛在緊急剎車時不致失去方向性和穩定性。2025/2/1814汽車防抱死解決方案剎車裝置2025/2/1815汽車防抱死使用效果及注意事項在用力緊急剎車時，ABS自動啟動。使用ABS能改善剎車效果使用ABS前易發生“甩尾”2025/2/1816霍爾傳感器在汽車防抱死裝置（ABS）中的應用

若汽車在剎車時車輪被抱死，將產生危險。用霍爾轉速傳感器來檢測車輪的轉動狀態有助于控制剎車力的大小。帶有微型磁鐵的霍爾傳感器鋼質霍爾硅微加工加速度傳感器

圖示加速度傳感器以微細加工技術為基礎，既能測量交變加速度（振動），也可測量慣性力或重力加速度。其工作電壓為2.7～5.25V，加速度測量范圍為數個g，可輸出與加速度成正比的電壓也可輸出占空比正比于加速度的PWM脈沖。2．加速度傳感器與安全氣囊的控制

1—加速度測試單元

2—信號處理電路

3—襯底

4—底層多晶硅（下電極）

5—多晶硅懸臂梁

6—頂層多晶硅（上電極）硅微加工加速度傳感器原理

利用微電子加工技術，可以將一塊多晶硅加工成多層結構。在硅襯底上，制造出三個多晶硅電極，組成差動電容C1、C2。圖中的底層多晶硅和頂層多晶硅固定不動。中間層多晶硅是一個可以上下微動的振動片。其左端固定在襯底上，所以相當于懸臂梁。當它感受到上下振動時，C1、C2呈差動變化。與加速度測試單元封裝在同一殼體中的信號處理電路將ΔC轉換成直流輸出電壓。它的激勵源也做在同一殼體內，所以集成度很高。由于硅的彈性滯后很小，且懸臂梁的質量很輕，所以頻率響應可達1kHz以上，允許加速度范圍可達10g以上。如果在殼體內的三個相互垂直方向安裝三個加速度傳感器，就可以測量三維方向的振動或加速度。微加工三軸加速度傳感器技術指標：靈敏度：500mV/g，量程：10g，頻率范圍：0.5-2000Hz，安裝諧振點:8kHz，分辨力：0.00004g，重量：200g，安裝螺紋：M5mm，線性誤差：≤1%加速度傳感器在汽車中的應用

加速度傳感器安裝在轎車上，可以作為碰撞傳感器。當測得的負加速度值超過設定值時，微處理器據此判斷發生了碰撞，于是就啟動轎車前部的折疊式安全氣囊迅速充氣而膨脹，托住駕駛員及前排乘員的胸部和頭部。

裝有傳感器的假人氣囊1.4汽車上的位置和轉角傳感器位置傳感器主要是用來檢測節氣門在加、減速狀態的開度，計算機根據傳感器輸出的信號來判定發動機工作狀況，并以此為依據調節燃油噴射量。轉角傳感器設置于車輪轉向機構的被測物上，用來連續檢測汽車轉向角度。空氣系統中的傳感器

為了得到最佳的燃燒狀態和最小的排氣污染，必須對油氣混合氣中的空氣-燃油比例（空燃比）進行精確的控制。空氣系統中傳感器的作用是計量和控制發動機燃燒所需要的空氣量。空氣進氣量還與油門踏板有關。駕駛員通過操作油門踏板控制進氣道的節氣門開度，以改變進氣流通截面積，從而控制進氣量，由此控制發動機的功率。ECU必須知道節氣門的開度，才能控制噴油器的噴油量。2025/2/1824節氣門及節氣門角位移開度傳感器節氣門角度位移傳感器節氣門2025/2/1825

1.5汽車上的防撞傳感器用于防撞控制的傳感器主要有超聲波傳感器和激光傳感器（通常被稱為防撞雷達）等。圖12-6基于超聲檢測的倒車防撞雷達示意圖

機器人是由計算機控制的復雜機器，它具有類似人的肢體及感官功能；動作程序靈活；有一定程度的智能；在工作時可以不依賴人的操縱。機器人傳感器在機器人的控制中起了非常重要的作用，正因為有了傳感器，機器人才具備了類似人類的知覺功能和反應能力。

2025/2/1827任務二傳感器在機器人中的應用

檢測裝置就是機器人的“感官”。它的作用是實時檢測機器人的運動及工作情況，根據需要反饋給控制系統，與設定信息進行比較后，對執行機構進行調整，以保證機器人的動作符合預定的要求。可分為兩類：一類是內部信息傳感器，用于檢測機器人各部分的內部狀況。另一類是外部信息傳感器，用于獲取有關機器人的作業對象及外界環境等方面的信息，

2.1機器人的內部信息傳感器1）位置和角度傳感器2）速度、角速度的測量3）加速度的測量4）方位角傳感器

2.2機器人的外部傳感器

1）觸覺傳感器

2）力覺傳感器3）距離傳感器4）視覺傳感器

類別檢測內容應用目的傳感器件明暗覺是否有光，亮度多少判斷有無對象，并得到定量結果光敏管、光電斷續器色覺對象的色彩及濃度利用顏色識別對象的場合彩色攝影機、濾色器、彩色CCD位置覺物體的位置、角度、距離物體空間位置，判斷物體移動光敏陣列、CCD等形狀覺物體的外形提取物體輪廓及固有特征，識別物體光敏陣列、CCD等接觸覺與對象是否接觸，接觸的位置決定對象位置，識別對象形態，控制速度，安全保障，異常停止，尋徑光電傳感器、微動開關、薄膜接點、壓敏高分子材料壓覺對物體的壓力、握力、壓力分布控制握力，識別握持物，測量物體彈性壓電元件、導電橡膠、壓敏高分子材料力覺機器人有關部件（如手指）所受外力及轉矩控制手腕移動，伺服控制，正確完成作業應變片、導電橡膠接近覺對象物是否接近，接近距離，對象面的傾斜控制位置，尋徑，安全保障，異常停止光傳感器、氣壓傳感器、超聲波傳感器、電渦流傳感器、霍爾傳感器滑覺垂直握持面方向物體的位移，重力引起的變形修正握力，防止打滑，判斷物體重量及表面狀態球形接點式、光電旋轉傳感器、角編碼器、振動檢測器機器人傳感器分類

傳感器在機器人身上的分布

能踢球的機器人2025/2/1833對運動的球類有正確反應的機器人能打網球的機器人機器人足球比賽2025/2/1834

項

目小結在汽車上應用