復合力學傳感器項目一智能網聯汽車概述

任務3智能傳感器技術主講人：曾鑫智能網聯汽車技術課程導入復合力學傳感器學習目標和任務幫助記住復合力學傳感器的基本工作原理和類型，特別是壓力傳感器，包括壓電、壓阻式、電容式和電磁式。學習目標01能應用新知識，以解答各種與此相關的問題。學習任務02激活舊知什么是傳感器

傳感器是一個設備，能檢測周圍環境中的特定變化，并將這些變化轉化為可讀、可理解的信號。探索新知復合力學傳感器復合力學傳感器是指集成了2個及以上的檢測不同物理量的傳感器單元，這些傳感器單元信號可以各自單獨輸出通常為模擬信號，高級的則由組合體中嵌入的處理器測量后，按照規定的格式集中輸出。探索新知復合力學傳感器常見的汽車用壓力傳感器壓電式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器電容式壓力傳感器電磁式壓力傳感器振弦式壓力傳感器探索新知復合力學傳感器壓電式壓力傳感器

壓電式壓力傳感器主要基于壓電效應（Piezoelectric

effect），利用電氣元件和其他機械把待測的壓力轉換成為電量，再進行相關測量工作的測量精密儀器。探索新知復合力學傳感器壓電式壓力傳感器（a）外觀圖

（b）原理圖圖3-1壓電式壓力傳感器探索新知復合力學傳感器壓電式壓力傳感器壓電材料1主要壓電材料酒石酸鉀鈉石英磷酸二氫胺≤溫度范圍，壓電性質一直存在＞溫度范圍，壓電性質消失具有很大的壓電靈敏度和壓電系數只能在室溫和濕度比較低的環境下才能夠應用人造晶體能夠承受高溫和相當高的濕度，得到廣泛應用探索新知小貼士

經過長期發展，我國SiO2工藝技術已有了很大進展，2011年后我國SiO2行業產能和產量一直位居世界首位。江蘇省東海縣天然水晶和脈石英儲量豐富，SiO2含量高達99.9983%,質量、儲量位居全球榜首，是著名的“水晶之鄉”。SiO2水晶之鄉探索新知復合力學傳感器壓電式壓力傳感器工作原理2

當壓電材料受到外力作用的時候，它的表面會形成電荷，電荷會通過電荷放大器、測量電路的放大以及變換阻抗以后，就會被轉換成為與所受到的外力成正比關系的電量輸出。用來測量力以及可以轉換成為力的非電物理量如：加速度和壓力。探索新知復合力學傳感器壓電式壓力傳感器優點3重量較輕工作可靠結構簡單信噪比高靈敏度高信頻寬探索新知復合力學傳感器壓電式壓力傳感器缺點4部分電壓材料忌潮濕需采取一系列防潮措施輸出電流響應較差需使用電荷放大器或者高輸入阻抗電路探索新知復合力學傳感器壓阻式壓力傳感器

壓阻式壓力傳感器主要基于壓阻效應（Piezoresistiveeffect）。壓阻效應是用來描述材料在受到機械式應力下所產生的電阻變化。壓阻效應只產生阻抗變化，并不會產生電荷。探索新知復合力學傳感器壓阻式壓力傳感器

金屬和半導體材料都具有壓阻效應，其中半導體的壓阻效應尤其顯著。探索新知復合力學傳感器壓阻式壓力傳感器

以硅制成的壓阻元件的電阻變化大于金屬數百倍，其中因素包括導帶谷位移、載子重新分布、等效質量的變化等等。探索新知復合力學傳感器壓阻式壓力傳感器

壓阻式壓力傳感器利用這種壓阻效應，其變化的電阻值可以經過一系列轉換，變為與壓力成線性對應的電流信號。探索新知復合力學傳感器壓阻式壓力傳感器

壓力傳感器采用了溫度補償措施，使得其零點漂移、靈敏度、線性度和穩定性等指標維持在較高水平。探索新知復合力學傳感器電容式壓力傳感器電容式壓力傳感器是一種利用電容作為敏感元件，將被測壓力轉換成電容值改變的壓力傳感器。探索新知復合力學傳感器電容式壓力傳感器一般采用圓形金屬薄膜或鍍金屬薄膜作為電容器的一個電極，當薄膜感受壓力而變形時，薄膜與固定電極之間形成的電容量發生變化，通過測量電路即可輸出與電壓成一定關系的電信號。探索新知復合力學傳感器電容式壓力傳感器單電容式壓力傳感器差動電容式壓力傳感器屬于極距變化型電容式傳感器電容式壓力傳感器探索新知復合力學傳感器電磁式壓力傳感器01電感式壓力傳感器02霍爾式壓力傳感器03電渦流式壓力傳感器探索新知復合力學傳感器電磁式壓力傳感器電感式壓力傳感器1

由于磁性材料和磁導率不同，當壓力作用于膜片時，氣隙大小發生改變，氣隙的改變影響線圈電感的變化，處理電路可以把這個電感的變化轉化成相應的信號輸出，從而達到測量壓力的目的。探索新知復合力學傳感器電磁式壓力傳感器電感式壓力傳感器1變磁阻01變磁導02靈敏度高、測量范圍大優點不能應用于高頻動態環境缺點探索新知復合力學傳感器電磁式壓力傳感器電感式壓力傳感器1

變磁阻式壓力傳感器主要部件是鐵芯跟膜片。當有壓力作用時，氣隙大小改變，即磁阻發生了變化。如果在鐵芯線圈上加一定的電壓，電流會隨著氣隙的變化而變化，從而測出壓力。探索新知復合力學傳感器電磁式壓力傳感器電感式壓力傳感器1

變磁導式壓力傳感器用一個可移動的磁性元件代替鐵芯，壓力的變化導致磁性元件的移動，從而磁導率發生改變，由此得出壓力值。探索新知復合力學傳感器電磁式壓力傳感器霍爾式壓力傳感器2

霍爾式壓力傳感器是基于某些半導體材料的霍爾效應制成的。探索新知復合力學傳感器電磁式壓力傳感器霍爾式壓力傳感器2

霍爾效應是指當固體導體放置在一個磁場內，且有電流通過時，導體內的電荷載子受到洛倫茲力而偏向一邊，繼而產生電壓（霍爾電壓）的現象。探索新知復合力學傳感器電磁式壓力傳感器霍爾式壓力傳感器2

電壓所引致的電場力會平衡洛倫茲力。通過霍爾電壓的極性，可證實導體內部的電流是由帶有負電荷的粒子（自由電子）之運動所造成。探索新知復合力學傳感器電磁式壓力傳感器電渦流式壓力傳感器3電渦流式壓力傳感器是基于電渦流效應的壓力傳感器。探索新知復合力學傳感器電磁式壓力傳感器電渦流式壓力傳感器3電渦流效應是由一個移動的磁場與金屬導體相交，或是由移動的金屬導體與磁場垂直交會所產生。探索新知復合力學傳感器振弦式壓力傳感器

振弦式壓力傳感器屬于頻率敏感型傳感器。探索新知復合力學傳感器這種頻率測量具有相當高的準確度，因為時間和頻率是能準確測量的物理量參數，而且頻率信號在傳輸過程中可以忽略電纜的電阻、電感、電容等因素的影響。振弦式壓力傳感器探索新知復合力學傳感器小貼士

振弦式壓力傳感器在工作時，振弦以其諧振頻率不停振動，當測量的壓力發生變化時，頻率會產生變化，這種頻率信號經過轉換器可以轉換為4~20mA的電流信號。振弦式壓力傳感器的工作過程探索新知復合力學傳感器MEMS壓力傳感器

MEMS壓力傳感器因尺寸小、靈敏度高、成本低等特點，在5~500kPa量程范圍內的中低壓力量程應用中占據主要地位。探索新知復合力學傳感器

MEMS壓力傳感器一般以硅基實現信號感知，通過信號調理電路實現敏感器件的小信號校準、放大、線性化等處理，并根據后端系統需求提供不同信號輸出形式。MEMS壓力傳感器探索新知復合力學傳感器①渦輪增壓壓力傳感器②進氣壓力傳感器③曲軸箱通風壓力傳感器④尾氣過濾壓差傳感器⑤油箱蒸發泄露壓力傳感器⑥碳罐脫附壓力傳感器⑦尾氣回收系統壓力傳感器ME