第12章檢測技術(shù)的綜合應(yīng)用實例本章內(nèi)容

12.1傳感器在現(xiàn)代汽車中的應(yīng)用

12.2傳感器在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

12.3傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用

12.4傳感器在智能樓宇中的應(yīng)用

學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解檢測技術(shù)在現(xiàn)代汽車中的應(yīng)用。

了解檢測技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用。了解檢測技術(shù)在機(jī)器人的應(yīng)用。了解檢測技術(shù)在智能樓宇中的應(yīng)用。12.1傳感器在現(xiàn)代汽車中的應(yīng)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(shù)量可達(dá)到二百余只，可以說傳感器已經(jīng)成為衡量汽車檔次高低的一個重要標(biāo)準(zhǔn)。

汽車類型繁多，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，大體可分為發(fā)動機(jī)、底盤和電氣設(shè)備三大部分，可分成燃料系、點(diǎn)火系、傳動系、轎廂系等幾個系統(tǒng)，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(xué)院資料，以幾幅下同）2025/8/135

2025/8/136與發(fā)動機(jī)配套使用的各種傳感器進(jìn)氣壓力傳感器曲軸位置傳感器進(jìn)氣壓力、溫度傳感器2025/8/13712.1.1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(fā)展得也最快。汽車上至少有兩個系統(tǒng)需要測量與控制壓力：其一是發(fā)動機(jī)，如潤滑系統(tǒng)的機(jī)油壓力檢測和電子燃油噴射系統(tǒng)中進(jìn)氣管的壓力檢測；其二是制動系統(tǒng)，如貯氣裝置、剎車控制裝置和剎車助力裝置等。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(fā)動機(jī)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

2025/8/131012.1.3汽車上的測速傳感器

速度與加速度的測量是衡量汽車運(yùn)行狀態(tài)的重要參數(shù)。1．霍爾轉(zhuǎn)速傳感器霍爾轉(zhuǎn)速表原理

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

當(dāng)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(xiàn)在車輪接近抱死而尚未抱死的狀態(tài)。這就必須設(shè)置一個“防抱死制動系統(tǒng)”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(jù)車輪速度傳感器來的脈沖信號控制電液制動系統(tǒng)，使各車輪的制動力滿足少量滑動但接近抱死的制動狀態(tài)，以使車輛在緊急剎車時不致失去方向性和穩(wěn)定性。2025/8/1313汽車防抱死解決方案剎車裝置2025/8/1314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(fā)生“甩尾”2025/8/1315霍爾傳感器在汽車防抱死裝置（ABS）中的應(yīng)用

若汽車在剎車時車輪被抱死，將產(chǎn)生危險。用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器來檢測車輪的轉(zhuǎn)動狀態(tài)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(zhì)霍爾硅微加工加速度傳感器

圖示加速度傳感器以微細(xì)加工技術(shù)為基礎(chǔ)，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(shù)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(shù)，可以將一塊多晶硅加工成多層結(jié)構(gòu)。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(dāng)于懸臂梁。當(dāng)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(zhuǎn)換成直流輸出電壓。它的激勵源也做在同一殼體內(nèi)，所以集成度很高。由于硅的彈性滯后很小，且懸臂梁的質(zhì)量很輕，所以頻率響應(yīng)可達(dá)1kHz以上，允許加速度范圍可達(dá)10g以上。如果在殼體內(nèi)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(shù)指標(biāo)：靈敏度：500mV/g，量程：10g，頻率范圍：0.5-2000Hz，安裝諧振點(diǎn):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(yīng)用

加速度傳感器安裝在轎車上，可以作為碰撞傳感器。當(dāng)測得的負(fù)加速度值超過設(shè)定值時，微處理器據(jù)此判斷發(fā)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12.1.4汽車上的位置和轉(zhuǎn)角傳感器位置傳感器主要是用來檢測節(jié)氣門在加、減速狀態(tài)的開度，計算機(jī)根據(jù)傳感器輸出的信號來判定發(fā)動機(jī)工作狀況，并以此為依據(jù)調(diào)節(jié)燃油噴射量。轉(zhuǎn)角傳感器設(shè)置于車輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的被測物上，用來連續(xù)檢測汽車轉(zhuǎn)向角度?？諝庀到y(tǒng)中的傳感器

為了得到最佳的燃燒狀態(tài)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(jìn)行精確的控制?？諝庀到y(tǒng)中傳感器的作用是計量和控制發(fā)動機(jī)燃燒所需要的空氣量?？諝膺M(jìn)氣量還與油門踏板有關(guān)。駕駛員通過操作油門踏板控制進(jìn)氣道的節(jié)氣門開度，以改變進(jìn)氣流通截面積，從而控制進(jìn)氣量，由此控制發(fā)動機(jī)的功率。ECU必須知道節(jié)氣門的開度，才能控制噴油器的噴油量。2025/8/1323節(jié)氣門及節(jié)氣門角位移開度傳感器節(jié)氣門角度位移傳感器節(jié)氣門2025/8/1324

12.1.4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(dá)）等。圖12-6基于超聲檢測的倒車防撞雷達(dá)示意圖

機(jī)器人是由計算機(jī)控制的復(fù)雜機(jī)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(jī)器人傳感器在機(jī)器人的控制中起了非常重要的作用，正因為有了傳感器，機(jī)器人才具備了類似人類的知覺功能和反應(yīng)能力。

2025/8/132612.2傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用

檢測裝置就是機(jī)器人的“感官”。它的作用是實時檢測機(jī)器人的運(yùn)動及工作情況，根據(jù)需要反饋給控制系統(tǒng)，與設(shè)定信息進(jìn)行比較后，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，以保證機(jī)器人的動作符合預(yù)定的要求?？煞譃閮深悾阂活愂莾?nèi)部信息傳感器，用于檢測機(jī)器人各部分的內(nèi)部狀況。另一類是外部信息傳感器，用于獲取有關(guān)機(jī)器人的作業(yè)對象及外界環(huán)境等方面的信息，

12.2.1機(jī)器人的內(nèi)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

12.2.2機(jī)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(nèi)容應(yīng)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(jié)果光敏管、光電斷續(xù)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(jī)、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(tài)，控制速度，安全保障，異常停止，尋徑光電傳感器、微動開關(guān)、薄膜接點(diǎn)、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(dǎo)電橡膠、壓敏高分子材料力覺機(jī)器人有關(guān)部件（如手指）所受外力及轉(zhuǎn)矩控制手腕移動，伺服控制，正確完成作業(yè)應(yīng)變片、導(dǎo)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(tài)球形接點(diǎn)式、光電旋轉(zhuǎn)傳感器、角編碼器、振動檢測器機(jī)器人傳感器分類

傳感器在機(jī)器人身上的分布

能踢球的機(jī)器人2025/8/1332對運(yùn)動的球類有正確反應(yīng)的機(jī)器人能打網(wǎng)球的機(jī)器人機(jī)器人足球比賽2025/8/1333

12.3檢測技術(shù)在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用1．位移的檢測數(shù)控機(jī)床上位移檢測的傳感器主要有編碼器、光柵、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器等。

圖12-7光電編碼器的應(yīng)用1—X軸進(jìn)給伺服電動機(jī)；2、5—光電編碼器；

3—滾珠絲杠；4—Z軸進(jìn)給伺服電動機(jī)；6—主軸電動機(jī)1．編碼器的應(yīng)用編碼器在定位加工中的應(yīng)用1—絕對式編碼器

2—電動機(jī)

3—轉(zhuǎn)軸

4—轉(zhuǎn)盤

5—工件

6—刀具

設(shè)該增量式光電編碼器的參數(shù)為1024p/r，大、小皮帶輪的傳動比為5，若希望當(dāng)加工好元件1后緊接著加工元件8，則電動機(jī)轉(zhuǎn)動了多少分之幾圈？應(yīng)等待編碼器給出多少脈沖數(shù)時，電動機(jī)停轉(zhuǎn)？

圖為利用光柵傳感器測量數(shù)控機(jī)床工作臺位移量的現(xiàn)場照片。

工作臺光柵工作臺運(yùn)動方向光柵在機(jī)床上的安裝位置2．光柵的應(yīng)用光柵在機(jī)床上的安裝位置

2．位置的檢測位置傳感器可用做檢測位置和反映某種狀態(tài)的開關(guān)。

圖12-9刀架選刀控制1—凸輪4；2—凸輪3；3—凸輪2；4—凸輪1；5—刀位7（0111）；6—刀位8（1000）；

7—刀位9（1001）；8—刀位10（1010）；9—刀位11（1011）；10—刀位12（1100）

編碼器在數(shù)控加工中心的刀庫選刀控制中的應(yīng)用旋轉(zhuǎn)刀庫被加工工件刀具角編碼器的輸出為當(dāng)前刀具號角編碼器與旋轉(zhuǎn)刀庫連接（a）（b）圖12-10工作臺行程控制（a）接近式；（b）滑過式1—運(yùn)動部件12.4傳感器在智能樓宇中的應(yīng)用

智能化建筑中的建筑機(jī)電設(shè)備和設(shè)施就是樓宇自動化系統(tǒng)的對象和環(huán)境，通常可將建筑機(jī)電設(shè)備和設(shè)施按功能劃分為七個子系統(tǒng)：包括電力供應(yīng)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、保安系統(tǒng)、交通運(yùn)輸系統(tǒng)和廣播系統(tǒng)。樓宇自控系統(tǒng)最重要的工作單元就是傳感器。

圖12-11智能樓宇主要設(shè)備設(shè)施組成框圖智能化建筑中的傳感器活動物體傳感器煙霧傳感器二氧化碳傳感器溫度傳感器火焰?zhèn)鞲衅骺偩€終端控制對象2025/8/1345智能家居結(jié)構(gòu)圖2025/8/1346家居防盜2025/8/13471、空調(diào)系統(tǒng)的監(jiān)控

空調(diào)系統(tǒng)監(jiān)控的目的是：既要提供溫濕度適宜的環(huán)境，又要求節(jié)約能源。其監(jiān)控范圍為制冷機(jī)、熱力站、空氣處理設(shè)備（空氣過濾、熱濕交換）、送排風(fēng)系統(tǒng)、變風(fēng)量末端（送風(fēng)口）等。2025/8/13482、給排水系統(tǒng)

給排水系統(tǒng)的監(jiān)控和管理由現(xiàn)場監(jiān)控站和管理中心來實現(xiàn)，其最終目的是實現(xiàn)管網(wǎng)的合理調(diào)度。也就是說，無論用戶水量怎樣變化，管網(wǎng)中各個水泵都能及時改變其運(yùn)行方式，保持適當(dāng)?shù)乃畨?，實現(xiàn)泵房的最佳運(yùn)行；監(jiān)控系統(tǒng)還隨時監(jiān)視大樓的排水系統(tǒng)，并自動排水；當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況或需要維護(hù)時，系統(tǒng)將產(chǎn)生報警信號，通知管理人員處理。給排水系統(tǒng)的監(jiān)控主要包括水泵的自動啟?？刂?、水位流量、壓力的測量與調(diào)節(jié)；用水量和排水量的測量；污水處理設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的監(jiān)視、控制、水質(zhì)檢測；節(jié)水程序控制；故障及異常狀況的記錄等?，F(xiàn)場監(jiān)控站內(nèi)的控制器按預(yù)先編制的軟件程序來滿足自動控制的要求，即根據(jù)水箱和水池的高、低水位信號來控制水泵的啟、停及進(jìn)水控制閥的開關(guān)，并且進(jìn)行溢水和停水的預(yù)警等。當(dāng)水泵出現(xiàn)故障時，備用水泵則自動投入工作，同時發(fā)出報警信號。

2025/8/1349給排水系統(tǒng)監(jiān)控原理框圖

2025/8/1350變頻控制供水機(jī)組

采用變頻供水系統(tǒng)取代屋頂水箱，穩(wěn)定水壓。2025/8/1351排污系統(tǒng)污水處理高效節(jié)能無堵塞排污泵2025/8/13523、供配電與照明系統(tǒng)監(jiān)控

智能樓宇的最大特點(diǎn)之一是節(jié)能，而照明系統(tǒng)在整個樓宇的用電量中占有很大的比例。作為一個大型高級建筑物，燈光系統(tǒng)控制水平的高低直接反映了大樓的智能化水平。供配電系統(tǒng)對如下參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視：電壓、電流、視在功率、功率因數(shù)、頻率等指標(biāo)，并自動進(jìn)行功率因數(shù)補(bǔ)償；為了節(jié)電，當(dāng)傳感器長期感應(yīng)不到有人走動時，自動關(guān)閉該區(qū)域的燈光照明。

當(dāng)樓宇內(nèi)的供配電出現(xiàn)故障時，傳感器和計算機(jī)必須在極短的時間里向監(jiān)控中心報告故障的部位和原因，供電系統(tǒng)將立即啟動UBS或自備發(fā)電機(jī)，向重要供電對象（例如計算機(jī)系統(tǒng)）提供電力，以免系統(tǒng)崩潰。

2025/8/1353樓宇低壓成套配電柜2025/8/1354機(jī)房在線式不間斷電源（UPS）、消防應(yīng)急電源（EPS）2025/8/13554、火災(zāi)監(jiān)視、控制系統(tǒng)

火情、火災(zāi)報警傳感器主要有感煙傳感器、感溫傳感器以及紫外線火焰?zhèn)鞲衅鳌奈锢碜饔蒙蠀^(qū)分，可分為離子型、光電型等；從信號方式區(qū)分，可分為開關(guān)型，模擬型及智能型等。在重點(diǎn)區(qū)域必須設(shè)置多種傳感器，同時對現(xiàn)場加以監(jiān)測，以防誤報警；還應(yīng)及時將現(xiàn)場數(shù)據(jù)經(jīng)控制網(wǎng)絡(luò)向控制系統(tǒng)匯總。獲得火情后，系統(tǒng)就會自動采取必要的措施，經(jīng)通信網(wǎng)絡(luò)向有關(guān)職能部門報告火情，并對樓宇內(nèi)的防火卷簾門、電梯、滅火器、噴水頭、消防水泵、電動門等聯(lián)動設(shè)備下達(dá)啟動或關(guān)閉的命令，以使火災(zāi)得到即時控制，還應(yīng)啟動公共廣播系統(tǒng)，引導(dǎo)人員疏散。2025/8/1356火災(zāi)與報警

2025/8/1357火災(zāi)、安防監(jiān)控系統(tǒng)

（參考肇慶市新達(dá)消防水電安裝工程有限公司資料）

2025/8/1358火災(zāi)報警聯(lián)動控制器

火災(zāi)報警聯(lián)動控制器是一種大型的智能化報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由多個微處理器組成，采用了先進(jìn)的軟件結(jié)構(gòu)和智能化網(wǎng)絡(luò)分布處理技術(shù)，具備火災(zāi)探測、消防聯(lián)動等功能。2025/8/1359火災(zāi)報警聯(lián)動控制器

火災(zāi)報警聯(lián)動控制器能將智能樓宇的災(zāi)情自動傳送到消防部門的計算機(jī)系統(tǒng)中。2025/8/1360火災(zāi)感知傳感器及玻璃球灑水噴頭

煙霧傳感器

當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，溫度升高使玻璃球爆裂，高壓自來水自動噴出。煙2025/8/13615、門禁、防盜系統(tǒng)

出入口控制系統(tǒng)又叫門禁管理系統(tǒng)，是對樓宇內(nèi)外的出入通道進(jìn)行智能管理的系統(tǒng)，門禁系統(tǒng)屬公共安全管理系統(tǒng)范疇。在樓宇內(nèi)的主要管理區(qū)、出入口、電梯廳、主要設(shè)備控制中心機(jī)房、貴重物品的庫房等重要部位的通道口，安裝門禁控制裝置，由中心控制室監(jiān)控。各門禁控制單元一般由門禁讀卡模塊、智能卡讀卡器、指紋識別器（今后可能還有視網(wǎng)膜識別器）、電控鎖或電動閘門、開門按鈕等系統(tǒng)部件組成。人員通過受控制的門或通道時，必須在門禁讀卡器前出示代表其合法身份的授權(quán)卡或密碼后才能通行。

2025/8/1362刷卡門禁外形及內(nèi)部電路刷卡器2025/8/1363門禁的幾個主要部件

門禁主要由如下部件組成：讀卡器、門禁控制器、電磁門鎖等。2025/8/1364其他各種門禁系統(tǒng)

指紋門禁系統(tǒng).無線IC門禁系統(tǒng)2025/8/13656、停車監(jiān)控系統(tǒng)

在智能樓宇內(nèi)，多配置有地下車庫。車庫綜合管理系統(tǒng)監(jiān)控車輛的進(jìn)入，指示停車位置，禁止無關(guān)人員闖入，甚至能自動登錄車牌號碼。

中央控制器車牌識別系統(tǒng)刷卡門禁行車泊位系統(tǒng)活動物體監(jiān)視燈光自控2025/8/1366地下停車場的智能管理

在一些系統(tǒng)中，使用感應(yīng)讀卡器，可以在1m的開外讀出進(jìn)出車輛的信息。還有一些系統(tǒng)使用圖像傳感器。當(dāng)車輛駛近入口時，地感線圈（電渦流線圈）感應(yīng)到車輛的速度、長度，并啟動CCD攝像機(jī)，將車牌影像攝入，并送到車牌圖像識別器，形成進(jìn)入車輛的車牌數(shù)據(jù)存入管理系統(tǒng)的計算機(jī)內(nèi)，并分配停車泊位。當(dāng)管理系統(tǒng)允許該車輛進(jìn)入后，電動車閘欄桿自動開啟。進(jìn)庫的車輛在停車引導(dǎo)燈的指揮下，停到規(guī)定的位置。

2025/8/13677、電梯的運(yùn)行管理

電梯是智能樓宇的重要設(shè)備，是機(jī)械、電氣緊密結(jié)合的產(chǎn)品。電梯的使用對象是人，因此必須確保萬無一失。在電梯運(yùn)行管理中，傳感器起到十分重要的作用。電梯有垂直升降式和自動扶梯兩大類。轎廂是乘人、運(yùn)貨的設(shè)備，人、貨進(jìn)入轎廂后，隨轎廂而到達(dá)所要求的樓層。轎廂的上下運(yùn)動是由電動機(jī)、曳引機(jī)、曳引輪和配重等裝置配合完成的。在電梯中，有很多檢測裝置用于電梯控制，如電梯的平層控制、選層控制、門系統(tǒng)控制等。

2025/8/1368入口安全保護(hù)

電梯門有層門和轎門之分，層門設(shè)在每層的入口處，在層門旁有指示往上、往下的按鈕；轎門設(shè)在轎廂靠近層門的一側(cè)，供乘客或貨物進(jìn)出。層門和轎門的開啟和關(guān)閉是同步進(jìn)行的，為保證乘客或貨物的安全，在電梯門的入口處都帶有安全保護(hù)裝置。多數(shù)電梯采用光電式保護(hù)裝置。在轎門邊上安裝兩道水平光電裝置，選用對射式紅外光電開關(guān)，對整個開門寬度進(jìn)行檢測。在轎門關(guān)閉的過程中，只要乘客或貨物遮斷任一道光路，門都會重新開啟，待乘客進(jìn)入或離開轎廂后才繼續(xù)完成關(guān)閉動作。

2025/8/1369

電梯夾住手或身體時，保護(hù)電路啟動防夾程序?qū)娱T轎門2025/8/1370電梯重新打開層門和轎門2025/8/1371廂式電梯曳引機(jī)

角編碼器與電動機(jī)軸連接，用于測量、控制電梯平層及變頻調(diào)速。電磁抱閘曳引輪曳引鋼繩交流變頻曳引電動機(jī)2025/8/1372電梯控制柜變頻器信號接口板PLC交流接觸器空氣開關(guān)接線端子2025/8/1373

本章小結(jié)