传感器及检测技术教学设计11传感器在检测系统中的综合应用

教学目的：

项目十传感器在检测系统中的综合应用了解自动线中常用位置检测传感器。掌握位置检测传感器的工作原理和使用方法等。了解模糊控制洗衣机中各种传感器的作用和工作原理。了解现代汽车中使用的各种传感器的作用和工作原理。课 型：新授课 时：3个任务，安排6个课时。教学重点：光电开关及应用、以及光电开关的外形结构和主要工作原理；磁性开关的外形、主要参数以及工作电路；霍尔接近开关及应用；电涡流式接近开关及应用；电容式接近开关及应用；传感器在模糊控制洗衣机中的应用；传感器在现代汽车中的应用。教学难点：衣机中各类传感器的作用和工作原理、现代汽车中，使用传感器的数量和类型。教学过程：教学形式：讲授课，教学组织采用课堂整体讲授和分组演示。体课件、视频等媒体技术。作业处理：完成项目后的思考题。板书设计：本课标题传感器在检测系统中的综合应用课次2授课方式理论课□讨论课□习题课□其他□课时安排学分6共2分授课对象院系、专业：任课教师课堂导入

教学基本内容

教学方法及教学手段参考以下形式：随着科学技术的飞速发展，工厂自动化程度越来越高，在电子、汽车、家电、食品、医药、化生产线（简称自动线融为一体，其迅速普及翻开了现代工业自动化的新篇章。自动化生产线是在流水线的基础上逐渐发展起来的。它不仅要求生产线上各种加工部件能自动地完成预定的工序，产出合格的制品，而且要求工件的定位、装配、夹紧、工序间的输送、分拣、包装等都能自动完成。传感器在自动线中起着重要的作用，它就像人的感官监视着整个自动生产过程，很多时候自动化生产线不能正常工作的原因就是由于传感器出现故障或安装调试不到位引起的。

衔接导入悬念导入情景导入激疑导入演示导入实例导入其他形式基本知识汇总任务一传感器在自动线中的应用一光电开关及应用

本课程是机电一体化、光电开关是通过把光的强度变化转变为电信号变程。要求学生能认识常用传化，并以此实现控制的一种电子开关，它对金属感器，掌握其工作原理、输或非金属都能作出反应，无机械磨损，无电火出特性、误差补偿，理解各花，是一种安全、可靠、长寿命、无触点的开种测量转换电路，了解传感关。（一）光电开关的外形、分类及主要性能

器的典型应用等知识，达到能正确使用常用传感器的目光电开关可分为三类： 对射式光电开关、反光 的。板反射式光电开关和扩散反射式光电开（二） 光电开关的工作原理

检测技术的主要内容包括了自动检测系统中的信息遮断型光电开关如图102（a）所示。使用时发光提取、信息转换以及信息处元件与接收元件分别安装在被测物体通过路径的理。需要一定的测量理论、两侧，当有物体通过时，光路被遮挡，接收元件测量方法，相应的测量动作，发出一个开关控制信反射镜反射型光电开具、装置，以及对测量结果关如图102（b）所示。发光元件和接收元件安装进行正确的处理分析。它涵在一起，并在光路设计上要求各自的光轴相交于盖了传感器技术、误差对应的反光板上，当被测物体通过光路时，接收论、测试计量技术、抗干扰元件因接收不到光信号而动作，产生开关控制信技术以及电量间的互相转换号。 技术等。漫散射型光电开关如图102（c）所示。工作时，3．本课程教学内容的组织不用反光板，而是利用被测物挡光并使部分反射 与安排： 由实例引入，按光被接收元件接收，产生动作而发出开关控制信 照“任务提出”“相关号。 识”“任务实施”“其他案（三）基本光电开关电路是以光敏元件、三极管为核心，配以继电器组成的一种电子开关。当开关中的光敏元件受到一定强度的光照射时就会产生开关动作。图

与传感器的技能和知识点融入项目的工作任务之中，在符合工作过程的基础上，充分考虑了学习者的认知心理过程，将课程内容划分为九（a（b）VDVT1VT、VT2导任务的教学内容。从检测的通，继电器K工作。图103（c）路，有光照时，VT1导通，使VT2截止，K不工器，通过认识该类传感器的作；无光照时，VT1VT2，K工作外形、性能指标，再到测量原理的介绍，在掌握基本知识的基础上，介绍相应的测量转换电路、信号处理电路，来完成该类检测任务。（四） 光电开关用于生产线物料检测1、散射型光电开关检测物料

再安排一个训练，供学习者在实践中掌握知识、提高技能。2、反射镜反射型光电开关检测物料反射镜反射型光电开关检测物料如图105所示。安装时，需要调整反射镜的角度以取得最佳的反射效果，反射镜一般使用偏光三角棱镜，它将光源发出的光转变成波动方向严格一致的偏振光反射回去。光敏元件表面覆盖一层偏光透镜，使它只接收反射镜反射回来的偏振光，而不响应表面光亮物体反射的各种非偏振光。反射镜反射型光电开关的检测距离一般可达几米3、遮断型光电开关检测物料二、磁性开关及应用磁性开关是一种非接触式位置检测开关，是通过磁铁来感应的，这个“磁”就是磁铁，开关就是干簧管。干簧管是干式舌簧管的简称，是一种有触点的无源电子开关元件，具有结构简单、体积小巧、便于控制等优点。（一）磁性开关的外形和符号（二）磁性开关性能指标（三）磁性开关工作原理磁性开关内部电路如图108虚线框内所示。舌簧开关一般成型于合成树脂块内。平时舌簧开关的两个簧片是分开的。当有磁性体靠近簧片时，在磁场的作用下，管内的两个金属簧片被磁化而相互吸引，吸合在一起了，使结点所接的外电路连通。当外磁力消失后，两个簧片由于本身的弹性而分开，电路也就断开了。四）磁性开关在自动生产线中的应用在自动生产线中，大量使用各类气缸，气缸伸出和缩回的位置检测常用磁性开关，在气缸活塞或活塞杆上安装磁环，气缸缸外的两端（根据实际伸出和缩回的距离要求调整）各安装一个磁性开关，这样就可以用这两个磁性开关检测气缸运动的两个极限位置了。三、霍尔接近开关及应用霍尔元件是一种磁敏元件（前面已有介绍霍尔元件做成的开关，叫做霍尔开关。当磁性物件移近霍尔开关时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近有无磁性物体存在，进而控制开关的通或断。这种接近开关的检测对象必须是磁性物体1、霍尔接近开关用于机械手限位霍尔接近开关几毫米（有效动作距离内）电路使继电器吸合或释放，控制机械手停止移动，起到限位的作用。2、霍尔计数装置四、电涡流式接近开关及应用电涡流式接近开关（前面已有介绍）通常也叫电感式接近开关。它是利用导电物体在接近这个能产生电磁场的接近开关时，使导电物体内部产生涡流。五、光纤传感器及应用光导纤维简称光纤，它是以特别的工艺拉成的细丝。光纤透明、纤细，虽比头发丝还细，却具有能把光封闭在其中，并沿着轴向进行传播的特征。（一） 光纤传感器的组成光纤传感器系统包括光源、光纤、传感头、光探测器和信号处理电路等5个部分。光源用来发射光信号，相当于一个信号源；光纤用来传输信号，是传输介质；传感头感知外界信息，相当于调制器；光探测器将光信号转换成电信号，起信号转换的作用；信号处理电路还原外界信息，相当于解调器。（二） 光纤传感器的分类光纤传感器分为传感型和传光型两大类。（三） 光纤传感器在自动生产线中的应用光纤传感器在自动生产线中的应用越来越六、电容式接近开关及应用电容式接近开关的被测量通常构成电容器的一个极板，而另一个极板是接近开关的外壳。当有物体移向接近开关时，不论它是否为导体，由于它的接近，总要使电容极板的间距和介电常数发生变化，从而使电容量发生变化，使得和测量头相连的测量电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通或断开。这种接近开关检测的对象不仅限于导体，可以是绝缘的液体或粉状物等。（一）电容式接近开关的结构电容式接近开关的内部结构如图 1014所示，由两块测量极板、测量电路、灵敏度调节电位器、工作指示灯等组成，壳体内用环氧树脂灌封，检测极板放置在接近开关的最前端。（二）电容式接近开关工作原理电容式接近开关的工作原理框图如图1015所示，它是调幅式测量转换电路，由LC振荡电路、检波器、直流电压放大器和比较器电路等组成。（三）使用注意点① 物体，即使是绝缘体对它仍有一定的影响。②对高频电场十分敏感，因此两只电容式接近开关不能靠得太近，以免相互影响。③它易受水和油的影响，测量时不要让水、油和粉末等附着在检测面上。④由于电容式接近开关易受干扰，检测金属物体一般不要选择电容式接近开关，而选择电感式接近开关。电容式接近开关主要用于测量含水绝缘介质。（四）电容式接近开关的应用电容式接近开关能检测固体和液体量的大小、多少、厚度等。如图1016所示，在自动生产线上，用两个电容式接近开关分别检测固体或液体装瓶量的上限和下限值，以保证产品数量在允许的范围内。任务二传感器在模糊控制洗衣机中的应用一模糊控制系统的介绍模糊控制系统是模拟人智能的一种控制系统。模糊控制是非线性的控制方法,主要针对那些无法取得数学模型或数学模型相当粗糙的系统。它首先对被控对象按照人们的经验、知识和判断力总结出控制规则，再借助单片机对这些信息按照模糊规则转换为控制量,来完成自动控制。二、模糊控制洗衣机近年来，模糊控制在家用电器控制中得到了较为广泛的应用,采用模糊控制的洗衣机，能自动判断衣服的重量、布料质地（粗糙、软硬）、脏污程度，从而自动决定水位高低、洗涤剂投放量、洗涤时间、搅拌与水流方式、脱水时间等，将洗涤控制在最佳状态，使洗衣机既能省水、省电、省洗涤剂，又能洗净衣服并减少衣服的磨损。模糊控制洗衣机的输入量有布质、布量、脏污程度(即水的浑浊度)、脏污性质(浑浊度变化率)；输出量为洗涤剂量、水位、水流、洗涤时间、脱水时间、漂洗方式、转速等，是一个多输入多输出系统。三、模糊控制洗衣机中的传感检测系统（一）布量和布质的检测要的输入量，它对洗涤时间的长短、水位的高低、洗衣粉的投放量有着直接的影响。（二）水位检测水位检测的精度直接影响洗净度、水流强度、洗涤时间等参数。对于模糊控制的洗衣机，要求水位的检测必须是连续的，故常采用谐振式水位传感器。谐振式水位传感器是利用电磁谐振电路LC作为传感器的敏感元件，将被测物体的变化转变为LC参数的变化，最终以频率参数输出。其工作原理是： 将水位的高低通过导管转换成一个测试内腔气体变化的压力，驱动内腔上方的一块隔膜移动，带动隔膜中心的磁芯在某线圈内移动，从而线圈电感L发生变化。由此引起谐振电路的固有频率随水位变化。水位测量电路如图 1019示，电感L与电容C1、C2组成的三点式振荡电路经C3耦合接入数字式谐振放大器A1，随着水位变化，谐振频率发生相应变化，经放大器A1大输出，再经A2整形后，接入单片机计数。（三）浑浊度检测衣物的脏污程度和脏污性质直接影响到洗衣机的转速和洗涤时间。由于直接检测被洗衣物的脏污状况是困难的,因此,常通过检测洗涤液的污染状况来间接测量被洗衣物的脏污程度和脏污性质。因为当衣物脏污严重时,洗涤液将会严重混浊,反之当衣物脏污轻微时,则洗涤液不太混浊。这就是说,洗涤液的混浊程度是与被洗衣物的脏污程度密切相关的。（四）水温的检测涤时间。单片机根据不同的衣质决定水温的高感器来测定。洗衣机水温一般为4～40℃，在该温度范围内半导体集成温度传感器MTS102水温检测中常选用之。一发动机控制用传感器其种类很多，其中包括温度传感器、压力传感器、旋转传感器、流量传感器、位置传感器、气体浓度传感器、爆震传感器等。这些传感器向电子控制单元ECU（ElectronicControlUnit）提供发动机的工作状态信息，供ECU对发动机进行精确控制，以提高发动机动力性、降低油耗、减少废气、反映故障等，由于发动机工作在高温（发动机表面 150℃、排气歧管 、振动（加速度 0g、冲击（加速度 0g、潮湿（100%RH，-40℃～120℃）以及汽油蒸汽、污泥、水花等恶劣环境中，因此它们的耐恶劣环境技术指标要高于一般工业用传感器，其中最关键的是测量精度与可靠性，否则由传感器检测带来的误差最终将导致发动机控制系统失灵或产生故障。温度传感器温度传感器主要检测发动机温度，吸入气体温有线绕电阻式、热敏电阻式和热电偶式。压力传感器燃料喷射；检测大气压，从而控制爬坡时空燃胎空气压力等等，并对相关量作出反应。旋转传感器旋转传感器主要用于检测曲轴转角、发动机转磁阻式、霍尔效应式、光学式、振动式等。流量传感器流量传感器主要有空气流量传感器和燃料流量传感器。为了得到最佳的燃烧状态和最小的排气污染，必须对油气混合气中的空气和燃油比例（空燃比）进行精确的控制。经空气滤清器过滤的新鲜空气由空气流量传感器检测后进入进气管，与喷油器喷射的汽油混合后再进入汽缸。ECU根据车速、功率等运行状态，控制电磁阀的开合程度来增加或减少空气流量，以得到较准确的空燃式、热线式等。卡尔曼式无可动部件，反应灵且易断丝。燃料流量传感器用于检测燃料流速，以计算汽车燃油消耗量，产品主要有水车式、球循环式等。气体浓度传感器气体浓度传感器用于检测废气排放和车内气体状况。爆震传感器爆震的英文是Knocking，时发动机会有敲击声，产生震动。爆震传感器用于检测发动机的震动。二、底盘控制用传感器底盘控制用传感器是指分布在变速器控制系统、悬架控制系统、动力转向系统、防抱死制动系统中的传感器，它们在不同系统中作用不同，但工作原理与发动机中传感器是相同的，主要有以下几种形式传感器：变速器控制用传感器传感器、发动机负荷传感器、发动机转速传感器、离合器传感器、水温传感器、油温传感器最大燃油经济性。悬架系统控制用传感器阀开度传感器、加速度传感器、车身高度传感定性的控制。动力转向系统用传感器动力转向系统用传感器主要有车速传感器、发动机转速传感器、转矩传感器等，利用这些传感器使动力转向电控系统实现转向操纵轻便、提高响应特性、减少发动机损耗、增大输出功率、节省燃油等。防抱死制动传感器当汽车紧急刹车时，使汽车减速的外力主要来自地面作用于车轮的摩擦力，即所谓的地面附着力。而地面附着力的最大值出现在车轮接近抱死而尚未抱死的状态。这就有了“防抱死制动系统”，又称 ABS。ABS由防抱死制动传感器ECU于检测车轮转速，ECU动系统，使各车轮的制动力满足少量滑动但接近抱死的制动状态，确保车辆在紧急刹车时，仍能操纵方向和稳定运行。三、车身控制用传感器控中光传感器，死角报警系统中的超声波传感器、图像传感器等。四、胎压监测传感器根据美国汽车工程师学会统计，美国每年约有26万起交通事故是由于轮胎故障造成的，而每年75%的轮胎故障是由于轮胎漏气或充气不足所引起的。因此胎压监测显得非常重要。胎压监测系统是在每一个轮框内安装微型压力传感器及无线发射系统，它们能够精确地测量轮胎的气压和温度并将这些信息通过无线发射器传输到安装在车内的接收器上。当轮胎压力太低时，系统会自动发出警报，提醒驾驶员及时处理。这样不但可以确保汽车在行驶中的安全，还能保护胎面，延长轮胎使用寿命并能达到省油的目的。四、胎压监测传感器根据美国汽车工程师学会统计，美国每年约有万起交通事故是由于轮胎故障造成的，而每年75%的轮胎故障是由于轮胎漏气或充气不足所引起的。因此胎压监测显得非常重要。胎压