【2017年整理】光电传感器在汽车上的应用及发展.doc

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 姓名：杨俊旭 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。 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，就可把车高的变化范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