智能传感与检测技术 课件 第12章现代智能制造工业领域中的传感器

机械工业出版社CHINAMACHINEPRESS现代智能制造工业领域中的传感器第12章智能传感与检测技术徐小华主编

ISBN978-7-121-76072-6现代智能制造工业领域中的传感器12智能传感与检测技术机器人传感器12.1

汽车传感器12.2

现代移动通信领域中的传感器12.3中国智能制造发展现状及趋势12.4现代智能制造工业领域中的传感器12

20世纪80年代，将具有感觉、思考、决策和动作能力的系统称为智能机器人，这是一个概括的、含义广泛的概念。现今人们已经研制出了具有感知、决策、行动和交互能力的智能机器人，传感器使智能机器人初步具有类似于人的感知能力，不同类型的传感器组合构成了机器人的感觉系统。要使智能机器人对环境有更强的适应能力，能进行更精确的定位和控制，能从事更复杂的工作，就需要有更多的、性能更好的、功能更强的、集成度更高的机器人传感器。机器人的技术主要包括：传感技术、智能技术、控制技术等。智能传感与检测技术12.1机器人传感器12.1.1机器人概述现代智能制造工业领域中的传感器12机器人传感器包括：内部检测传感器和外部检测传感器

内部检测传感器是以机器人本身的坐标轴来确定其位置，它安装在机器人自身中用来感知机器人自己的状态，以调整和控制机器人的行动。它通常由位置、加速度、速度及压力传感器组成。外部检测传感器用于机器人对周围环境、目标物的状态特征获取信息，使机器人和环境能发生交互作用，从而使机器人对环境有自校正和自适应能力。外界检测传感器通常包括触觉、接近觉、视觉、听觉、嗅觉和味觉等传感器。12.1.2机器人传感器智能传感与检测技术现代智能制造工业领域中的传感器12触觉传感器机器人触觉，实际上是对人的触觉的某些模仿。它是机器人和对象物之间直接接触的感觉，一般认为触觉包括压觉、滑觉、力觉等。若没有触觉，就不能完好平稳地抓住纸做的杯子，也不能握住工具。压觉传感器位于手指握持面上，用来检测机器人手指握持面上承受的压力大小和分布。力觉传感器用于感知机器人的肢、腕和关节等部位在工作和运动中所受力和力矩的大小及方向，相应的有关节力传感器、腕力传感器和支座传感器等。12.1.2机器人传感器智能传感与检测技术现代智能制造工业领域中的传感器12滑觉传感器球形滑觉传感器有一个可自由滚动的球，球的表面是用导体和绝缘体按一定规格布置的网格，在球表面安装有接触器。当球与被握持物体相接触时，如果物体滑动，将带动球随之滚动，接触器与球的导电区交替接触从而发出一系列的脉冲信号，脉冲信号的个数及频率与滑动的速度有关。12.1.2机器人传感器智能传感与检测技术现代智能制造工业领域中的传感器12视觉、听觉、接近觉、嗅觉传感器视觉传感器常用的光电检测器有摄像头和固态图像传感器。听觉传感器机器人听觉系统中的听觉传感器的基本形态与麦克风的相同，这方面的技术已经非常成熟。接近觉传感器接近觉传感器主要感知传感器与对象物之间的接近程度，即需要检测对象物体与传感器之间的距离。嗅觉传感器嗅觉传感器主要的是采用气体传感器、射线传感器等。12.1.2机器人传感器智能传感与检测技术现代智能制造工业领域中的传感器12智能传感与检测技术12.1.3机器人的“大脑”和执行机构1.机器人的“大脑”

智能机器人是一个非常复杂的综合智能系统。智能机器人配备了各种各样的传感器，用于感受来自外界的信息。可以说，机器人配备的传感器种类与数量越多，其智能化程度就越高。机器人的“大脑”叫做中央处理器（CPU）。中央处理器就是一个超大规模的集成电路，接收到传感器传回来的数据后，根据内部预先设定好的算法程序解析各个信号所代表的真实意义。现代智能制造工业领域中的传感器12智能传感与检测技术2.机器人的执行机构

在机器人系统里，每个伺服电机都相当于一个人体关节，比如，一个机器人的手臂有7个不同方向的伺服电机，就代表这个机械手臂可以向7个不同方向转动，也可以说成有7个自由度，由此可见一个机器人自由度越多，就说明这个机器人得动作就越灵活。

现代智能制造工业领域中的传感器1212.2汽车传感器12.2.1汽车上常用的传感器智能传感与检测技术汽车上分布的各类传感器：有温度、压力、流量、位置、速度、气体浓度、光亮度、距离等功能的传感器。现代智能制造工业领域中的传感器12智能传感与检测技术1.汽车发动机上的传感器发动机用传感器主要包括空气流量传感器、进气压力传感器、节气门位置传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、进气与冷却液温度传感器、氧传感器、爆燃传感器等。图12-9为发动机控制系统传感器安装位置图。

现代智能制造工业领域中的传感器12智能传感与检测技术2.液压动力转向系统中的传感器液压动力转向系统中主要传感器为安装在方向盘柱上的转矩传感器和方向盘转角传感器

现代智能制造工业领域中的传感器12智能传感与检测技术3.汽车变速器上的传感器(1)输出轴转速传感器(2)输入轴转速传感器（3）冷却液温度传感器（4）液压油温度传感器

4.安全气囊上的传感器

安全气囊控制系统中常见的传感器是碰撞传感器，按照用途的不同，碰撞传感器分为触发碰撞传感器和防护碰撞传感器。现代智能制造工业领域中的传感器12智能传感与检测技术5.全自动空调系统上的传感器全自动温度控制系统主要包括温度传感器、控制系统、ECU、执行机构等。其中温度传感器有车外温度传感器、车内温度传感器、日照传感器（阳光强度传感器）和蒸发器温度传感器。

6.电控悬架上的传感器电控悬架系统主要传感器有车身高度传感器、水平传感器、方向盘转角传感器、节气门位置传感器等。(1)水平传感器水平传感器主要检测汽车是否处于水平状态，为电控悬架和大灯自动调平系统提供辅助信号。（2）车身高度传感器车身高度传感器用来检测汽车垂直方向上高度的变化，其信号可使悬架控制单元感受到车辆高度变化，通过有关执行元件调整汽车车身高度。现代智能制造工业领域中的传感器127.雨量和光线识别传感器智能传感与检测技术雨量传感器光线识别传感器光照强度传感器现代智能制造工业领域中的传感器12雨量识别传感器原理

雨量识别传感器固定在挡风玻璃上.。如果车窗玻璃上有水滴或水层，发光二极管照射到光电二极管上的光通量就会发生变化。汽车在下雨天玻璃越湿，因光线折射作用而反射的光线越少，因此可以利用光电二极管的输出信号计算雨量的大小。雨量识别的响应时间，即识别到下雨直至将输出信号发送给刮水器的时间不超过20ms。

雨量和光7.雨量和光线识别传感器智能传感与检测技术现代智能制造工业领域中的传感器12光照强度传感器由光电传感器感知太阳辐射，从而调整空调系统的温度。它感知从车辆前面照射的阳光强度，并能区分左右侧。根据入射太阳光的照射方向调整车辆的冷却系统。8.光照强度传感器智能传感与检测技术现代智能制造工业领域中的传感器12智能传感与检测技术12.2.2汽车电子控制系统1.汽车电子点火系统汽车电脑ECU电子点火系统主要包括各种传感器、ECU和执行器（点火器、点火线圈、火花塞），传感器主要有：曲轴位置传感器、发动机转速传感器、节气门位置传感器、冷却液温度传感器、车速传感器、爆燃传感器以及空调开关信号等。现代智能制造工业领域中的传感器12智能传感与检测技术2.汽车发动机燃油喷射系统发动机电控燃油喷射系统(EFI)中，ECU主要根据进气量确定基本的喷油量，再根据冷却液温度传感器、节气门位置传感器、氧传感器等传感器信号对喷油量进行修正，使发动机在各种运行工况下均能获得最佳浓度的混合气，从而提高发动机的动力性、经济性和排放性。

现代智能制造工业领域中的传感器12智能传感与检测技术3.电控自动变速器电控自动变速器是通过各种传感器，将发动机转速、节气门开度、车速、发动机水温、自动变速器液压油温度等参数转变为电信号，并输入汽车电脑ECU。ECU根据这些电信号，按照设定的换挡规律，向换挡电磁阀、液压电磁阀等发出电子控制信号；换挡电磁阀和液压电磁阀再将电脑的电子控制信号转变为液压控制信号，阀板中的各个控制阀根据这些液压控制信号，控制换挡执行机构的动作，从而实现自动换挡

现代智能制造工业领域中的传感器12智能传感与检测技术4.汽车ABS液压制动系统

汽车ABS液压制动装置一般都是由传感器、电子控制器和执行器三大部分组成。其中传感器主要是车轮转速传感器，执行器主要指制动压力调节器。

不安装ABS的汽车在紧急刹车时，容易出现轮胎抱死，使汽车失去转向能力，这样危险系数就会增加，容易造成严重后果。现代智能制造工业领域中的传感器12智能传感与检测技术12.3现代移动通信领域中的传感器12.3.1现代移动通信技术概述

在过去的半个世纪中，移动通信的发展对人们的生活、生产、工作、娱乐乃至政治、经济和文化都产生了深刻的影响，30年前幻想中的无人机、智能家居、网络视频、网上购物等均已实现。移动通信技术经历了模拟传输、数字语音传输、互联网通信、个人通信、新一代无线移动通信5个发展阶段。现代智能制造工业领域中的传感器12智能传感与检测技术12.3.2智能手机上的各类传感器1.光线传感器2.距离传感器3.重力传感器4.加速度传感器5.磁阻传感器6.陀螺仪7.GPS8.近场通信（NFC）传感器9.霍尔感应器10.气压传感器12.心率传感器12.血氧传感器13.紫外线传感器

现代智能制造工业领域中的传感器12智能传感与检测技术12.4中国智能制造发展现状及趋势12.4.1制造业智能化

现代智能制造工业领域中的传感器12智能传感与检测技术12.4.1制造业智能化

智能化生产在智能制造中的地位举足轻重，是智能制造的核心所在，从智能制造产值来看，美国的旧金山、西雅图、洛杉矶分别以2.60万亿元、2.44万亿元、2.33万亿元稳居前三。中国的深圳、苏州、上海分列第四、五、六位，如图12-38所示。在世界智能制造智能生产排名前十的城市中，中国的苏州以0.7702分排名第一，在此项排名中，亚洲表现尚可，有3座城市入榜，如图12-39所示。评价体系主要由科研水平（25%）、智能生产（25%）、产业融合（20%）、发展潜力（15%）及政府扶持（15%）等指标构成。

现代智能制造工业领域中的传感器12智能传感与检测技术科技前沿：智能制造

习近平主席在中国科学院第十九次院士大会、中国工程院第十四次院士大会上的讲话中强调：要推进互联网、大数据、人工智能同实体经济深度融合，做大做强数字经济。要以智能制造为主攻方向推动产业技术变革和优化升级，推动制造业产业模式和企业形态根本性转变，促进我国产业迈向全球价值链的中高端。智能制造（IntelligentManufacturing，IM）是基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合，贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式。国际上，智能制造通常是指一种由智能机器人和人类专家共同组成的人机一体智能系统，其技术包括自动化、信息化、互联网和智能化四个层次，如图12-41所示。现代智能制造工业领域中的传感器12智能传感与检测技术12.4.2四大产业集聚区撑起“中国智造”

各地为了发展智能制造产业，在智能制造链条上诞生了大量的产业园区，孕育了一大批智能制造产业链企业，为了兼具样本的文泛性和科学性，《世界智能制造中心发展趋势报告（2019）》在园区样本选择上，涉及带有“智能制造”名称的所有产业园区，共得到园区样本537个。从智能装备行业的区域竞争格局来看，目前，我国的智能制造装备主要分布在工业基础较为发达的地区，在政策东风吹拂下，我国正在形成珠三角、长三角、环渤海的中西部四大产业集聚区，产业集群将进一步提升各地智能制造的发展水平。

现代智能制造工业领域中的传感器12智能传感与检测技术1.环渤海地区——人才储备雄厚科研实力突出

现代智能制造工业领域中的传感器12智能传感与检测技术2.长三角地区——经济活跃创新能力强

现代智能制造工业领域中的传感器12智能传感与检测技术3.珠三角