新的传感器技术连接球阀
新的传感器技术
新的传感器技术 2011年12月10日 来源: 现代的汽车充满了传感器,提供各式各样的信息,从发动机控制方面到乘客安全方面。传感器技术正在不断发展,使得传感器更加易于设计,具备更高的可用性和更强的功能。 传感器和处理器,就像科幻电影中的异型生物一样,已经真实地接管了今天的汽车。他们不仅仅出现在可见的区域,例如载客室[z1>,同时也被嵌入到车辆的每一个隐蔽角落,包括传动系统和底盘,监测并控制着性能、安全和基本车况。 在汽车上大量装配传感器的推动力主要来源于各个方面的强烈需求,这包括更好的油耗经济性,减少尾气排放,减小发生事故的概率,并且增加发生事故后的安全性。新的传感器技术不仅提高了现有传感器的性能,也使得以前无法实际应用于主流消费者产品中的探测技术成为可能。传感器的应用已经从发动机延伸到排气装置,甚至到油箱:Freescale提供一个低压力差分传感器,可以检测油箱的泄漏。
压力测量 车辆的传动系统是一个复杂的电子、机械和化学系统,要想提高其性能必须测量多个点的压力。汽油发动机需要测量“多路绝对压力”(manifold absolute pressure,MAP),获取这一数据的传感器不可避免地要暴露在汽油之中。这些燃油系统也越来越多地测量气流,这是通过经过强化的采用成熟的热线(hot-wire)技术的传感器实现的,它没有可动部分。与此相对,柴油发动机需要测量大气绝对压强(barometric absolute pressure,BAP),需要的传感器可以被放置在控制模块中,处于一个不太恶劣的位置。 MEMS加工技术改变了传感器和信号调节装置的工作方式,它是传感器信号链中的一个关键部分。Freescale公司传感器和模拟器件部门的汽车产品市场经理Steve Hendry 说,Freescale公司正在将传感器从以往的立体微机械设备移植到表面微机械单元,“通过使用电容技术,可以达到占用更小的面积,实现更低的成本的目标,并且还可以将误差控制在1%~2%”。同时他还补充说明,下一代的设备将会是一个双芯片设备,包括一个传感器和一个分立的CMOS信号调节器,这个传感器将会比一个引线结合垫片还小;总的来说,这种组合将会产生最好的性能价格比。
非接触测量 常见的霍尔效应传感器可以被广泛应用于那些车辆内部旋转的、线性的以及开/关位置感应的场合,参见附文“什么是霍尔效应?”[z2>。因为他们固有的对恶劣环境的适应性、封装形式以及不会随着时间退化的特性,霍尔效应设备已经作为线性和开/关传感器在多变的汽车传动系统中占据了稳固的地位。例如,线性霍尔效应设备现在正被用于感应关键的阀门位置。 按照Melexis公司发动机管理/霍尔传感器应用和市场部门的Vincent Hiligsmann的说法,“许多汽车制造商已经认定未来的发展方向是尽可能地使用非接触工作方式”,这就促使传感器的设计开始主要基于霍尔效应、光学和压力技术。非接触感应允许设计上采用封装的方式来保护感应器件,增加可靠性和减小长期工作时尘埃、腐蚀和液体引发的问题。他指出这种传感器具备的优点是如此的令人神往,以至于下一代技术应该和上一代保持兼容这一汽车工业传统的指导方针也被搁置到一边,“如果已经可以使用非接触版本的器件,就没有必要和那些古老的、使用电压计、提供连续输出的设备保持向前兼容。” Allegro Microsystems公司的战略市场经理Kirsten Doogue说,Allegro使用一个三元素传感器,来测量位置、相位偏移和信号相关性,即使在零速度情况下也不丢失任何信息。那些可以提供方向信息,并且区分是真实移动还是振动的传感器,都整合了一个内部磁体,因为磁体到传感器的定位对于提供可靠和稳定的数据十分关键。在前进运动的时候输出45ms脉冲的数字PWM,在后退运动的时候则输出90ms的脉冲,可以将输出连接到处理器或者微控制器进行进一步的处理。 对制造过程的考虑也是构成器件挑战的一部分。不像所有的电子电路,器件的摆放和固定都由PCB设计人员决定,传感器必须和外部世界交互,就如它的定义一样,这就有可能在其它情况发生变化的时候导致问题。Allegro公司的Doogue举例说明,通常使用一个传动系统中的齿轮来触发霍尔效应传感器,传感器和齿轮需要调整以便互相匹配。她说明,“一个浇铸部件产生的信号弱于低成本的冲压部件”,两个信号之间相差两倍,所以当生产商将BOM表中的一个浇铸件换成一个冲压件(也即替换成明显可成形的合适的功能部件),就可能对传感器的电子信号造成有害的影响。 低成本的无接触传感器可以被用于老式传感器无法满足的安全和控制领域。惯性传感器,包括陀螺仪和加速计,使得稳定性和翻转控制成为可能,参见附文“摆动但不要翻转”[z3>。
可靠性和成本规则 每一个市场都有成本压力,但是汽车市场同时具有成本和可靠性的多重压力,因为让用户“走回家”的错误、安全性召回、
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