自動檢測與轉換技術第十三章(下)

機械工業(yè)出版社

中等職業(yè)教育電氣類規(guī)劃教材

《自動檢測與轉換技術》

第十三章（下）

多媒體課件

2009－5－1更新6/15/20231當前第1頁\共有99頁\編于星期二\14點第十三章傳感器在現(xiàn)代

檢測系統(tǒng)中的應用（下）檢測技術的綜合應用（下）主要學習傳感器在現(xiàn)代汽車、數(shù)控機床、機器人和智能樓宇中的應用。6/15/20232當前第2頁\共有99頁\編于星期二\14點第五節(jié)傳感器在現(xiàn)代汽車中的應用6/15/20233當前第3頁\共有99頁\編于星期二\14點一、汽車結構及工作過程概述（參考南京交通技師學院資料，以幾幅下同）汽車類型繁多，結構比較復雜，大體可分為發(fā)動機、底盤和電氣設備三大部分又可分成燃料系、點火系、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。與傳感器有關聯(lián)的測控框圖如圖13-11所示。6/15/20234當前第4頁\共有99頁\編于星期二\14點汽車底盤示意圖后輪懸掛傳動軸轉向機構6/15/20235當前第5頁\共有99頁\編于星期二\14點福特林肯Navigator底盤發(fā)動機傳動軸排氣管前剎車盤后輪懸掛減速箱6/15/20236當前第6頁\共有99頁\編于星期二\14點汽車發(fā)動機發(fā)動機是汽車的動力裝置，其作用是使吸入的燃料燃燒而產(chǎn)生動力，通過傳動系統(tǒng)，使汽車行駛。汽油發(fā)動機主要由汽缸、燃料系、點火系、起動系、冷卻系及潤滑系等組成。汽車的工作過程均是在電控單元ECU控制下進行的。

6/15/20237當前第7頁\共有99頁\編于星期二\14點汽車發(fā)動機的解剖圖6/15/20238當前第8頁\共有99頁\編于星期二\14點與發(fā)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6/15/20239當前第9頁\共有99頁\編于星期二\14點ECU結構a）外形b）ECU內(nèi)部原理框圖及輸入/輸出信號

6/15/202310當前第10頁\共有99頁\編于星期二\14點各種ECU外形（參考北京元業(yè)隆公司資料）

6/15/202311當前第11頁\共有99頁\編于星期二\14點汽車ECU的應用

ECU用于控制方向盤的助力系統(tǒng)6/15/202312當前第12頁\共有99頁\編于星期二\14點ECU在汽車四輪獨立懸掛避振中的應用前懸掛后懸掛為了減小汽車在崎嶇的道路上的顛簸，提高舒適性，ECU還能根據(jù)四個車輪的獨立懸掛系統(tǒng)的受力情況，控制油壓系統(tǒng)，調節(jié)四個車輪的高度，跟蹤地面的變化，保持轎廂的平穩(wěn)。

6/15/202313當前第13頁\共有99頁\編于星期二\14點汽車ECU的應用（續(xù)）

ECU用于防碰撞和控制安全氣囊傳感器將速度、距離等與碰撞有關的參數(shù)傳送給ECU。6/15/202314當前第14頁\共有99頁\編于星期二\14點汽車避撞系統(tǒng)原理框圖安全氣囊6/15/202315當前第15頁\共有99頁\編于星期二\14點ECU在接收到碰撞傳感器的信號后，打開折疊式安全氣囊。折疊式安全氣囊6/15/202316當前第16頁\共有99頁\編于星期二\14點二、傳感器在汽車運行中的作用

6/15/202317當前第17頁\共有99頁\編于星期二\14點空氣系統(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(jié)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(fā)動機的功率。ECU必須測量節(jié)氣門的開度，才能控制噴油器的噴油量。

6/15/202318當前第18頁\共有99頁\編于星期二\14點空氣流量傳感器空氣流量傳感器有多種類型，使用較多的有熱絲式氣體測速儀以及卡門渦街流量計。6/15/202319當前第19頁\共有99頁\編于星期二\14點節(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6/15/202320當前第20頁\共有99頁\編于星期二\14點

受ECU控制的噴油器6/15/202321當前第21頁\共有99頁\編于星期二\14點汽車水溫傳感器

6/15/202322當前第22頁\共有99頁\編于星期二\14點氧含量傳感器在汽車中的應用當汽車節(jié)氣門的開合度不正確時，汽缸中的燃油燃燒可能不正常。通過測量尾氣的氧含量，并將信號傳輸給ECU，從而改變節(jié)氣門的開合度，使燃油的燃燒達到最佳工況?，F(xiàn)代汽車還在排氣總管前端安裝一只氧含量傳感器。當排氣中的氧含量不足時，由ECU控制增大空燃比，改變油氣濃度，提高燃燒效率，減少黑煙污染。6/15/202323當前第23頁\共有99頁\編于星期二\14點氧含量傳感器及其在汽車中的安裝位置

排氣總管6/15/202324當前第24頁\共有99頁\編于星期二\14點傳感器在汽車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(xiàn)在車輪接近抱死而尚未抱死的狀態(tài)。這就必須設置一個“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。6/15/202325當前第25頁\共有99頁\編于星期二\14點汽車防抱死解決方案剎車裝置6/15/202326當前第26頁\共有99頁\編于星期二\14點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”6/15/202327當前第27頁\共有99頁\編于星期二\14點汽車防側滑系統(tǒng)汽車在行駛過程中必須保持驅動車輪在冰雪等易滑路面上的穩(wěn)定性并防止側偏力的產(chǎn)生，故在前后四個車輪中安裝有車輪速度傳感器（轉速傳感器）。當發(fā)生側滑時，ECU分別控制有關車輪的制動控制裝置及發(fā)動機功率，提高行駛的穩(wěn)定性和轉向操作性。安裝防側滑傳感器前后比較6/15/202328當前第28頁\共有99頁\編于星期二\14點防側滑系統(tǒng)涉及到的的傳感器

6/15/202329當前第29頁\共有99頁\編于星期二\14點汽車在雪地中的安全行駛有賴于防側滑系統(tǒng)

6/15/202330當前第30頁\共有99頁\編于星期二\14點汽車性能測試儀表及各點信號

6/15/202331當前第31頁\共有99頁\編于星期二\14點汽車部件的檢測6/15/202332當前第32頁\共有99頁\編于星期二\14點現(xiàn)代汽車性能測試用的部分儀表ECU模擬信號發(fā)生器ECU歷史記錄讀出器（汽車故障診斷儀）6/15/202333當前第33頁\共有99頁\編于星期二\14點汽車性能測試儀表汽車尾氣分析儀電噴系統(tǒng)清洗測試儀6/15/202334當前第34頁\共有99頁\編于星期二\14點第六節(jié)傳感器在數(shù)控機床中的應用

傳感器在數(shù)控機床中占據(jù)重要的地位，它監(jiān)視和測量著數(shù)控機床的每一步工作過程。

6/15/202335當前第35頁\共有99頁\編于星期二\14點數(shù)控機床的

結構6/15/202336當前第36頁\共有99頁\編于星期二\14點數(shù)控機床中很重要的一個指標是“進給運動”的位置定位誤差和重復定位誤差，所以必須采用高準確度的位置檢測裝置。卸掉外殼后的數(shù)控車床內(nèi)部結構如圖13-15所示。6/15/202337當前第37頁\共有99頁\編于星期二\14點位置檢測裝置在進給控制中的應用

光柵安裝方式示意圖（卸掉防護罩后）1－床身2－光柵尺3－掃描頭4－滾珠絲杠-螺母副5－床鞍6/15/202338當前第38頁\共有99頁\編于星期二\14點接近開關在刀架選刀控制中的應用

霍爾接近開關回轉刀架6/15/202339當前第39頁\共有99頁\編于星期二\14點數(shù)控機床使用的各種刀具的換刀

需要夾緊和卸下的刀具可以從刀具車上自動取出，然后自動再放回刀具車上。

6/15/202340當前第40頁\共有99頁\編于星期二\14點車床工件溫度場在線監(jiān)測原理框圖6/15/202341當前第41頁\共有99頁\編于星期二\14點數(shù)控機床自動保護

（1）過熱保護:主要是監(jiān)測一些軸溫、壓力油溫、潤滑油溫、冷卻空氣溫度、各個電動機繞組溫度等（2）工件夾緊力的檢測：自動將毛坯送到主軸卡盤中并夾緊，夾緊力由壓力傳感器檢測，當夾緊力小于設定值時，將導致工件松動，這時控制系統(tǒng)將發(fā)出報警信號，停止走刀。（3）輔助系統(tǒng)狀態(tài)檢測：在潤滑、液壓、氣動等系統(tǒng)中，均安裝有壓力傳感器、液位傳感器、流量傳感器，對這些輔助系統(tǒng)隨時進行監(jiān)控，保證數(shù)控機床的正常運行。6/15/202342當前第42頁\共有99頁\編于星期二\14點第七節(jié)傳感器在機器人中的應用

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。6/15/202343當前第43頁\共有99頁\編于星期二\14點類別檢測內(nèi)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(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、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、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(yè)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(tài)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

6/15/202344當前第44頁\共有99頁\編于星期二\14點傳感器在機器人身上的分布

6/15/202345當前第45頁\共有99頁\編于星期二\14點能踢球的機器人6/15/202346當前第46頁\共有99頁\編于星期二\14點對運動的球類有正確反應的機器人能打網(wǎng)球的機器人機器人足球比賽6/15/202347當前第47頁\共有99頁\編于星期二\14點能行走的機器人6/15/202348當前第48頁\共有99頁\編于星期二\14點服務機器人機器人伴舞機器人奏樂6/15/202349當前第49頁\共有99頁\編于星期二\14點可愛的小機器人能上臺階并避開障礙物的機器人能自己站起來的機器人6/15/202350當前第50頁\共有99頁\編于星期二\14點軍事機器人我國引進的排爆機器人進攻型機器人6/15/202351當前第51頁\共有99頁\編于星期二\14點工業(yè)機器人核工業(yè)機器人汽車噴漆機器人6/15/202352當前第52頁\共有99頁\編于星期二\14點機器人的手6/15/202353當前第53頁\共有99頁\編于星期二\14點機械手在汽車加工中的應用機械手能按照程序焊接和安裝汽車部件，是機器人的雛形。6/15/202354當前第54頁\共有99頁\編于星期二\14點激光焊接機械手（參考上海大眾汽車有限公司資料）6/15/202355當前第55頁\共有99頁\編于星期二\14點第八節(jié)傳感器在智能樓宇中的應用自1984年美國建成第一座智能樓宇以來，智能樓宇在世界各國建筑物中的比例越來越大。智能樓宇或智能建筑（縮寫IB）是信息時代的產(chǎn)物，是計算機及傳感器應用的重要方面。智能樓宇包括五大主要特征：樓宇自動化（BA）、防火自動化（FA）、通信自動化（CA）、辦公自動化（OA）、信息管理自動化（MA）。

6/15/202356當前第56頁\共有99頁\編于星期二\14點對智能化建筑的要求人們對智能化建筑的要求包括以下幾個方面：

1）高度安全性的要求：包括防火、防盜、防爆、防泄漏等；2）舒適的物理環(huán)境；3）先進的通信設施與完備的信息處理終端；4）電器與設備的自動化及智能化控制。集成的樓宇管理系統(tǒng)能夠使用網(wǎng)絡化、智能化、多功能化的傳感器和執(zhí)行器，傳感器和執(zhí)行器通過數(shù)據(jù)網(wǎng)和控制網(wǎng)連接起來，與通信系統(tǒng)一起形成整體的樓宇網(wǎng)絡，并通過寬帶網(wǎng)與外界溝通。

6/15/202357當前第57頁\共有99頁\編于星期二\14點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6/15/202358當前第58頁\共有99頁\編于星期二\14點智能家居結構圖6/15/202359當前第59頁\共有99頁\編于星期二\14點家居防盜6/15/202360當前第60頁\共有99頁\編于星期二\14點一、空調系統(tǒng)的監(jiān)控空調系統(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、熱力站、空氣處理設備（空氣過濾、熱濕交換）、送排風系統(tǒng)、變風量末端（送風口）等。6/15/202361當前第61頁\共有99頁\編于星期二\14點空調制冷機組示意圖

1－斷路器2－獨立的壓縮機電機啟動器3－壓縮機電機接線箱4－冷水機動力盤5－控制箱6－放氣7－壓力表8－冷凍水泵9－冷凝器水泵10－冷凍水泵啟動器11－冷凝水泵啟動器12－冷卻塔風扇啟動器13－斷路器14－油泵斷路器6/15/202362當前第62頁\共有99頁\編于星期二\14點自動供熱系統(tǒng)示意圖

熱交換器熱交換器6/15/202363當前第63頁\共有99頁\編于星期二\14點二、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)的合理調度，保持適當?shù)乃畨?；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。給排水系統(tǒng)的監(jiān)控主要包括水泵的自動啟?？刂啤⑺?、流量、壓力的測量與調節(jié)；用水量和排水量的測量；污水處理設備運轉的監(jiān)視、控制、水質檢測；節(jié)水程序控制；故障及異常狀況的記錄等。根據(jù)水箱和水池的高、低水位信號來控制水泵的啟、停及進水控制閥的開關，并且進行溢水和停水的預警等。當水泵出現(xiàn)故障時，備用水泵則自動投入工作，同時發(fā)出報警信號。

6/15/202364當前第64頁\共有99頁\編于星期二\14點給排水系統(tǒng)監(jiān)控原理框圖

6/15/202365當前第65頁\共有99頁\編于星期二\14點變頻控制供水機組

采用變頻供水系統(tǒng)取代屋頂水箱，穩(wěn)定水壓。6/15/202366當前第66頁\共有99頁\編于星期二\14點排污系統(tǒng)污水處理高效節(jié)能無堵塞排污泵6/15/202367當前第67頁\共有99頁\編于星期二\14點三、供配電與照明系統(tǒng)監(jiān)控

智能樓宇的最大特點之一是節(jié)能。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)進行監(jiān)視：電壓、電流、視在功率、功率因數(shù)、頻率等指標，并自動進行功率因數(shù)補償；當傳感器長期感應不到有人走動時，自動關閉該區(qū)域的燈光照明。

當樓宇內(nèi)的供配電出現(xiàn)故障時，傳感器和計算機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)將立即起動UBS或自備發(fā)電機，向重要供電對象（例如計算機系統(tǒng)）提供電力，以免系統(tǒng)崩潰。6/15/202368當前第68頁\共有99頁\編于星期二\14點樓宇低壓成套配電柜6/15/202369當前第69頁\共有99頁\編于星期二\14點機房在線式不間斷電源（UPS）、消防應急電源（EPS）6/15/202370當前第70頁\共有99頁\編于星期二\14點四、火災監(jiān)視、控制系統(tǒng)

火情、火災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，可分為開關型，模擬型及智能型等。還應及時將現(xiàn)場數(shù)據(jù)經(jīng)控制網(wǎng)絡向控制系統(tǒng)匯總。獲得火情后，系統(tǒng)經(jīng)通信網(wǎng)絡向有關職能部門報告火情，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)動設備下達起動或關閉的命令，以使火災得到即時控制，還應起動公共廣播系統(tǒng)，引導人員疏散。

6/15/202371當前第71頁\共有99頁\編于星期二\14點火災與報警

6/15/202372當前第72頁\共有99頁\編于星期二\14點火災、安防監(jiān)控系統(tǒng)（參考肇慶市新達消防水電安裝工程有限公司資料）

6/15/202373當前第73頁\共有99頁\編于星期二\14點火災報警聯(lián)動控制器火災報警聯(lián)動控制器由傳感器和微處理器組成，采用了先進的軟件結構和智能化網(wǎng)絡分布處理技術，具備火災探測、消防聯(lián)動等功能。6/15/202374當前第74頁\共有99頁\編于星期二\14點火災報警聯(lián)動控制器

火災報警聯(lián)動控制器能將智能樓宇的災情自動傳送到消防部門的計算機系統(tǒng)中。6/15/202375當前第75頁\共有99頁\編于星期二\14點火災感知傳感器及玻璃球灑水噴頭

煙霧傳感器

當發(fā)生火災時，溫度升高使玻璃球爆裂，高壓自來水自動噴出。煙6/15/202376當前第76頁\共有99頁\編于星期二\14點五、門禁、防盜系統(tǒng)

出入口控制系統(tǒng)又叫門禁管理系統(tǒng)。在樓宇內(nèi)的主要管理區(qū)、出入口、電梯廳、主要設備控制中心機房、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）、電控鎖或電動閘門等部件組成。

6/15/202377當前第77頁\共有99頁\編于星期二\14點刷卡門禁外形及內(nèi)部電路刷卡器6/15/202378當前第78頁\共有99頁\編于星期二\14點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。6/15/202379當前第79頁\共有99頁\編于星期二\14點門禁的使用指紋門禁控制金庫門禁控制刷卡門禁控制6/15/202380當前第80頁\共有99頁\編于星期二\14點其他各種門禁系統(tǒng)

指紋門禁系統(tǒng).無線IC門禁系統(tǒng)6/15/202381當前第81頁\共有99頁\編于星期二\14點指紋門禁網(wǎng)絡連接圖（參考深圳市深安科技發(fā)展有限公司資料）

6/15/202382當前第82頁\共有99頁\編于星期二\14點指紋識別系統(tǒng)的應用指紋保管箱管理系統(tǒng)智能建筑大門入口指紋門禁管理6/15/202383當前第83頁\共有99頁\編于星期二\14點智能樓宇的電視監(jiān)控智能樓宇通常在人們無法或不宜直接觀察的場合，安裝電視監(jiān)控系統(tǒng)。一臺監(jiān)視器可分割成十幾個區(qū)域，以供工作人員觀察十幾個CCD攝像探頭的信號，并自動將畫面存儲于計算機的硬盤內(nèi)。當畫面靜止不變時，所占用的字節(jié)數(shù)極少，可存儲幾個月以上的畫面；當畫面發(fā)生變化時，可給工作人員發(fā)出提示信號。使用計算機還便于調閱在此期間任何時段的畫面，還可放大、增亮、銳化有關細節(jié)。

6/15/202384當前第84頁\共有99頁\編于星期二\14點智能樓宇的多畫面電視監(jiān)控

6/15/202385當前第85頁\共有99頁\編于星期二\14點實時監(jiān)控及可視對講系統(tǒng)（參考深圳市深安科技發(fā)展有限公司資料）

6/15/202386當前第86頁\共有99頁\編于星期二\14點實時監(jiān)控系統(tǒng)的計算機數(shù)據(jù)歷史記錄（參考深圳市深安科技發(fā)展有限公司資料）6/15/202387當前第87頁\共有99頁\編于星期二\14點六、停車監(jiān)控系統(tǒng)

在智能樓宇內(nèi)，車庫綜合管理系統(tǒng)監(jiān)控車輛的進入，指示停車位置，甚至能自動登錄車牌號碼。

停車監(jiān)控原理框圖

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6/15/202388當前第88頁\共有99頁\編于星期二\14點地下停車場的智能管理使用感應讀卡器，可以在1m的之外讀出進出車輛的信息。當車輛駛近入口時，地感線圈（電渦流線圈）感應到車輛的速度、長度，并啟動CCD攝像機，將車牌影像攝入，并送到車牌圖像識別器，形成進入車輛的車牌數(shù)據(jù)，存入管理系統(tǒng)的計算機內(nèi)，并分配停車泊位。