傳感器及檢測技術(shù)教學(xué)設(shè)計11傳感器在檢測系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用

教學(xué)目的：

項目十傳感器在檢測系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用了解自動線中常用位置檢測傳感器。掌握位置檢測傳感器的工作原理和使用方法等。了解模糊控制洗衣機中各種傳感器的作用和工作原理。了解現(xiàn)代汽車中使用的各種傳感器的作用和工作原理。課 型：新授課 時：3個任務(wù)，安排6個課時。教學(xué)重點：光電開關(guān)及應(yīng)用、以及光電開關(guān)的外形結(jié)構(gòu)和主要工作原理；磁性開關(guān)的外形、主要參數(shù)以及工作電路；霍爾接近開關(guān)及應(yīng)用；電渦流式接近開關(guān)及應(yīng)用；電容式接近開關(guān)及應(yīng)用；傳感器在模糊控制洗衣機中的應(yīng)用；傳感器在現(xiàn)代汽車中的應(yīng)用。教學(xué)難點：衣機中各類傳感器的作用和工作原理、現(xiàn)代汽車中，使用傳感器的數(shù)量和類型。教學(xué)過程：教學(xué)形式：講授課，教學(xué)組織采用課堂整體講授和分組演示。體課件、視頻等媒體技術(shù)。作業(yè)處理：完成項目后的思考題。板書設(shè)計：本課標(biāo)題傳感器在檢測系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用課次2授課方式理論課□討論課□習(xí)題課□其他□課時安排學(xué)分6共2分授課對象院系、專業(yè)：任課教師課堂導(dǎo)入

教學(xué)基本內(nèi)容

教學(xué)方法及教學(xué)手段參考以下形式：隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，工廠自動化程度越來越高，在電子、汽車、家電、食品、醫(yī)藥、化生產(chǎn)線（簡稱自動線融為一體，其迅速普及翻開了現(xiàn)代工業(yè)自動化的新篇章。自動化生產(chǎn)線是在流水線的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來的。它不僅要求生產(chǎn)線上各種加工部件能自動地完成預(yù)定的工序，產(chǎn)出合格的制品，而且要求工件的定位、裝配、夾緊、工序間的輸送、分揀、包裝等都能自動完成。傳感器在自動線中起著重要的作用，它就像人的感官監(jiān)視著整個自動生產(chǎn)過程，很多時候自動化生產(chǎn)線不能正常工作的原因就是由于傳感器出現(xiàn)故障或安裝調(diào)試不到位引起的。

銜接導(dǎo)入懸念導(dǎo)入情景導(dǎo)入激疑導(dǎo)入演示導(dǎo)入實例導(dǎo)入其他形式基本知識匯總?cè)蝿?wù)一傳感器在自動線中的應(yīng)用一光電開關(guān)及應(yīng)用

本課程是機電一體化、光電開關(guān)是通過把光的強度變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栕兂?。要求學(xué)生能認(rèn)識常用傳化，并以此實現(xiàn)控制的一種電子開關(guān)，它對金屬感器，掌握其工作原理、輸或非金屬都能作出反應(yīng)，無機械磨損，無電火出特性、誤差補償，理解各花，是一種安全、可靠、長壽命、無觸點的開種測量轉(zhuǎn)換電路，了解傳感關(guān)。（一）光電開關(guān)的外形、分類及主要性能

器的典型應(yīng)用等知識，達(dá)到能正確使用常用傳感器的目光電開關(guān)可分為三類： 對射式光電開關(guān)、反光 的。板反射式光電開關(guān)和擴散反射式光電開（二） 光電開關(guān)的工作原理

檢測技術(shù)的主要內(nèi)容包括了自動檢測系統(tǒng)中的信息遮斷型光電開關(guān)如圖102（a）所示。使用時發(fā)光提取、信息轉(zhuǎn)換以及信息處元件與接收元件分別安裝在被測物體通過路徑的理。需要一定的測量理論、兩側(cè)，當(dāng)有物體通過時，光路被遮擋，接收元件測量方法，相應(yīng)的測量動作，發(fā)出一個開關(guān)控制信反射鏡反射型光電開具、裝置，以及對測量結(jié)果關(guān)如圖102（b）所示。發(fā)光元件和接收元件安裝進行正確的處理分析。它涵在一起，并在光路設(shè)計上要求各自的光軸相交于蓋了傳感器技術(shù)、誤差對應(yīng)的反光板上，當(dāng)被測物體通過光路時，接收論、測試計量技術(shù)、抗干擾元件因接收不到光信號而動作，產(chǎn)生開關(guān)控制信技術(shù)以及電量間的互相轉(zhuǎn)換號。 技術(shù)等。漫散射型光電開關(guān)如圖102（c）所示。工作時，3．本課程教學(xué)內(nèi)容的組織不用反光板，而是利用被測物擋光并使部分反射 與安排： 由實例引入，按光被接收元件接收，產(chǎn)生動作而發(fā)出開關(guān)控制信 照“任務(wù)提出”“相關(guān)號。 識”“任務(wù)實施”“其他案（三）基本光電開關(guān)電路是以光敏元件、三極管為核心，配以繼電器組成的一種電子開關(guān)。當(dāng)開關(guān)中的光敏元件受到一定強度的光照射時就會產(chǎn)生開關(guān)動作。圖

與傳感器的技能和知識點融入項目的工作任務(wù)之中，在符合工作過程的基礎(chǔ)上，充分考慮了學(xué)習(xí)者的認(rèn)知心理過程，將課程內(nèi)容劃分為九（a（b）VDVT1VT、VT2導(dǎo)任務(wù)的教學(xué)內(nèi)容。從檢測的通，繼電器K工作。圖103（c）路，有光照時，VT1導(dǎo)通，使VT2截止，K不工器，通過認(rèn)識該類傳感器的作；無光照時，VT1VT2，K工作外形、性能指標(biāo)，再到測量原理的介紹，在掌握基本知識的基礎(chǔ)上，介紹相應(yīng)的測量轉(zhuǎn)換電路、信號處理電路，來完成該類檢測任務(wù)。（四） 光電開關(guān)用于生產(chǎn)線物料檢測1、散射型光電開關(guān)檢測物料

再安排一個訓(xùn)練，供學(xué)習(xí)者在實踐中掌握知識、提高技能。2、反射鏡反射型光電開關(guān)檢測物料反射鏡反射型光電開關(guān)檢測物料如圖105所示。安裝時，需要調(diào)整反射鏡的角度以取得最佳的反射效果，反射鏡一般使用偏光三角棱鏡，它將光源發(fā)出的光轉(zhuǎn)變成波動方向嚴(yán)格一致的偏振光反射回去。光敏元件表面覆蓋一層偏光透鏡，使它只接收反射鏡反射回來的偏振光，而不響應(yīng)表面光亮物體反射的各種非偏振光。反射鏡反射型光電開關(guān)的檢測距離一般可達(dá)幾米3、遮斷型光電開關(guān)檢測物料二、磁性開關(guān)及應(yīng)用磁性開關(guān)是一種非接觸式位置檢測開關(guān)，是通過磁鐵來感應(yīng)的，這個“磁”就是磁鐵，開關(guān)就是干簧管。干簧管是干式舌簧管的簡稱，是一種有觸點的無源電子開關(guān)元件，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小巧、便于控制等優(yōu)點。（一）磁性開關(guān)的外形和符號（二）磁性開關(guān)性能指標(biāo)（三）磁性開關(guān)工作原理磁性開關(guān)內(nèi)部電路如圖108虛線框內(nèi)所示。舌簧開關(guān)一般成型于合成樹脂塊內(nèi)。平時舌簧開關(guān)的兩個簧片是分開的。當(dāng)有磁性體靠近簧片時，在磁場的作用下，管內(nèi)的兩個金屬簧片被磁化而相互吸引，吸合在一起了，使結(jié)點所接的外電路連通。當(dāng)外磁力消失后，兩個簧片由于本身的彈性而分開，電路也就斷開了。四）磁性開關(guān)在自動生產(chǎn)線中的應(yīng)用在自動生產(chǎn)線中，大量使用各類氣缸，氣缸伸出和縮回的位置檢測常用磁性開關(guān)，在氣缸活塞或活塞桿上安裝磁環(huán)，氣缸缸外的兩端（根據(jù)實際伸出和縮回的距離要求調(diào)整）各安裝一個磁性開關(guān)，這樣就可以用這兩個磁性開關(guān)檢測氣缸運動的兩個極限位置了。三、霍爾接近開關(guān)及應(yīng)用霍爾元件是一種磁敏元件（前面已有介紹霍爾元件做成的開關(guān)，叫做霍爾開關(guān)。當(dāng)磁性物件移近霍爾開關(guān)時，開關(guān)檢測面上的霍爾元件因產(chǎn)生霍爾效應(yīng)而使開關(guān)內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化，由此識別附近有無磁性物體存在，進而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)的檢測對象必須是磁性物體1、霍爾接近開關(guān)用于機械手限位霍爾接近開關(guān)幾毫米（有效動作距離內(nèi)）電路使繼電器吸合或釋放，控制機械手停止移動，起到限位的作用。2、霍爾計數(shù)裝置四、電渦流式接近開關(guān)及應(yīng)用電渦流式接近開關(guān)（前面已有介紹）通常也叫電感式接近開關(guān)。它是利用導(dǎo)電物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場的接近開關(guān)時，使導(dǎo)電物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。五、光纖傳感器及應(yīng)用光導(dǎo)纖維簡稱光纖，它是以特別的工藝?yán)傻募?xì)絲。光纖透明、纖細(xì)，雖比頭發(fā)絲還細(xì)，卻具有能把光封閉在其中，并沿著軸向進行傳播的特征。（一） 光纖傳感器的組成光纖傳感器系統(tǒng)包括光源、光纖、傳感頭、光探測器和信號處理電路等5個部分。光源用來發(fā)射光信號，相當(dāng)于一個信號源；光纖用來傳輸信號，是傳輸介質(zhì)；傳感頭感知外界信息，相當(dāng)于調(diào)制器；光探測器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，起信號轉(zhuǎn)換的作用；信號處理電路還原外界信息，相當(dāng)于解調(diào)器。（二） 光纖傳感器的分類光纖傳感器分為傳感型和傳光型兩大類。（三） 光纖傳感器在自動生產(chǎn)線中的應(yīng)用光纖傳感器在自動生產(chǎn)線中的應(yīng)用越來越六、電容式接近開關(guān)及應(yīng)用電容式接近開關(guān)的被測量通常構(gòu)成電容器的一個極板，而另一個極板是接近開關(guān)的外殼。當(dāng)有物體移向接近開關(guān)時，不論它是否為導(dǎo)體，由于它的接近，總要使電容極板的間距和介電常數(shù)發(fā)生變化，從而使電容量發(fā)生變化，使得和測量頭相連的測量電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，由此便可控制開關(guān)的接通或斷開。這種接近開關(guān)檢測的對象不僅限于導(dǎo)體，可以是絕緣的液體或粉狀物等。（一）電容式接近開關(guān)的結(jié)構(gòu)電容式接近開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 1014所示，由兩塊測量極板、測量電路、靈敏度調(diào)節(jié)電位器、工作指示燈等組成，殼體內(nèi)用環(huán)氧樹脂灌封，檢測極板放置在接近開關(guān)的最前端。（二）電容式接近開關(guān)工作原理電容式接近開關(guān)的工作原理框圖如圖1015所示，它是調(diào)幅式測量轉(zhuǎn)換電路，由LC振蕩電路、檢波器、直流電壓放大器和比較器電路等組成。（三）使用注意點① 物體，即使是絕緣體對它仍有一定的影響。②對高頻電場十分敏感，因此兩只電容式接近開關(guān)不能靠得太近，以免相互影響。③它易受水和油的影響，測量時不要讓水、油和粉末等附著在檢測面上。④由于電容式接近開關(guān)易受干擾，檢測金屬物體一般不要選擇電容式接近開關(guān)，而選擇電感式接近開關(guān)。電容式接近開關(guān)主要用于測量含水絕緣介質(zhì)。（四）電容式接近開關(guān)的應(yīng)用電容式接近開關(guān)能檢測固體和液體量的大小、多少、厚度等。如圖1016所示，在自動生產(chǎn)線上，用兩個電容式接近開關(guān)分別檢測固體或液體裝瓶量的上限和下限值，以保證產(chǎn)品數(shù)量在允許的范圍內(nèi)。任務(wù)二傳感器在模糊控制洗衣機中的應(yīng)用一模糊控制系統(tǒng)的介紹模糊控制系統(tǒng)是模擬人智能的一種控制系統(tǒng)。模糊控制是非線性的控制方法,主要針對那些無法取得數(shù)學(xué)模型或數(shù)學(xué)模型相當(dāng)粗糙的系統(tǒng)。它首先對被控對象按照人們的經(jīng)驗、知識和判斷力總結(jié)出控制規(guī)則，再借助單片機對這些信息按照模糊規(guī)則轉(zhuǎn)換為控制量,來完成自動控制。二、模糊控制洗衣機近年來，模糊控制在家用電器控制中得到了較為廣泛的應(yīng)用,采用模糊控制的洗衣機，能自動判斷衣服的重量、布料質(zhì)地（粗糙、軟硬）、臟污程度，從而自動決定水位高低、洗滌劑投放量、洗滌時間、攪拌與水流方式、脫水時間等，將洗滌控制在最佳狀態(tài)，使洗衣機既能省水、省電、省洗滌劑，又能洗凈衣服并減少衣服的磨損。模糊控制洗衣機的輸入量有布質(zhì)、布量、臟污程度(即水的渾濁度)、臟污性質(zhì)(渾濁度變化率)；輸出量為洗滌劑量、水位、水流、洗滌時間、脫水時間、漂洗方式、轉(zhuǎn)速等，是一個多輸入多輸出系統(tǒng)。三、模糊控制洗衣機中的傳感檢測系統(tǒng)（一）布量和布質(zhì)的檢測要的輸入量，它對洗滌時間的長短、水位的高低、洗衣粉的投放量有著直接的影響。（二）水位檢測水位檢測的精度直接影響洗凈度、水流強度、洗滌時間等參數(shù)。對于模糊控制的洗衣機，要求水位的檢測必須是連續(xù)的，故常采用諧振式水位傳感器。諧振式水位傳感器是利用電磁諧振電路LC作為傳感器的敏感元件，將被測物體的變化轉(zhuǎn)變?yōu)長C參數(shù)的變化，最終以頻率參數(shù)輸出。其工作原理是： 將水位的高低通過導(dǎo)管轉(zhuǎn)換成一個測試內(nèi)腔氣體變化的壓力，驅(qū)動內(nèi)腔上方的一塊隔膜移動，帶動隔膜中心的磁芯在某線圈內(nèi)移動，從而線圈電感L發(fā)生變化。由此引起諧振電路的固有頻率隨水位變化。水位測量電路如圖 1019示，電感L與電容C1、C2組成的三點式振蕩電路經(jīng)C3耦合接入數(shù)字式諧振放大器A1，隨著水位變化，諧振頻率發(fā)生相應(yīng)變化，經(jīng)放大器A1大輸出，再經(jīng)A2整形后，接入單片機計數(shù)。（三）渾濁度檢測衣物的臟污程度和臟污性質(zhì)直接影響到洗衣機的轉(zhuǎn)速和洗滌時間。由于直接檢測被洗衣物的臟污狀況是困難的,因此,常通過檢測洗滌液的污染狀況來間接測量被洗衣物的臟污程度和臟污性質(zhì)。因為當(dāng)衣物臟污嚴(yán)重時,洗滌液將會嚴(yán)重混濁,反之當(dāng)衣物臟污輕微時,則洗滌液不太混濁。這就是說,洗滌液的混濁程度是與被洗衣物的臟污程度密切相關(guān)的。（四）水溫的檢測滌時間。單片機根據(jù)不同的衣質(zhì)決定水溫的高感器來測定。洗衣機水溫一般為4～40℃，在該溫度范圍內(nèi)半導(dǎo)體集成溫度傳感器MTS102水溫檢測中常選用之。一發(fā)動機控制用傳感器其種類很多，其中包括溫度傳感器、壓力傳感器、旋轉(zhuǎn)傳感器、流量傳感器、位置傳感器、氣體濃度傳感器、爆震傳感器等。這些傳感器向電子控制單元ECU（ElectronicControlUnit）提供發(fā)動機的工作狀態(tài)信息，供ECU對發(fā)動機進行精確控制，以提高發(fā)動機動力性、降低油耗、減少廢氣、反映故障等，由于發(fā)動機工作在高溫（發(fā)動機表面 150℃、排氣歧管 、振動（加速度 0g、沖擊（加速度 0g、潮濕（100%RH，-40℃～120℃）以及汽油蒸汽、污泥、水花等惡劣環(huán)境中，因此它們的耐惡劣環(huán)境技術(shù)指標(biāo)要高于一般工業(yè)用傳感器，其中最關(guān)鍵的是測量精度與可靠性，否則由傳感器檢測帶來的誤差最終將導(dǎo)致發(fā)動機控制系統(tǒng)失靈或產(chǎn)生故障。溫度傳感器溫度傳感器主要檢測發(fā)動機溫度，吸入氣體溫有線繞電阻式、熱敏電阻式和熱電偶式。壓力傳感器燃料噴射；檢測大氣壓，從而控制爬坡時空燃胎空氣壓力等等，并對相關(guān)量作出反應(yīng)。旋轉(zhuǎn)傳感器旋轉(zhuǎn)傳感器主要用于檢測曲軸轉(zhuǎn)角、發(fā)動機轉(zhuǎn)磁阻式、霍爾效應(yīng)式、光學(xué)式、振動式等。流量傳感器流量傳感器主要有空氣流量傳感器和燃料流量傳感器。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和燃油比例（空燃比）進行精確的控制。經(jīng)空氣濾清器過濾的新鮮空氣由空氣流量傳感器檢測后進入進氣管，與噴油器噴射的汽油混合后再進入汽缸。ECU根據(jù)車速、功率等運行狀態(tài)，控制電磁閥的開合程度來增加或減少空氣流量，以得到較準(zhǔn)確的空燃式、熱線式等?？柭綗o可動部件，反應(yīng)靈且易斷絲。燃料流量傳感器用于檢測燃料流速，以計算汽車燃油消耗量，產(chǎn)品主要有水車式、球循環(huán)式等。氣體濃度傳感器氣體濃度傳感器用于檢測廢氣排放和車內(nèi)氣體狀況。爆震傳感器爆震的英文是Knocking，時發(fā)動機會有敲擊聲，產(chǎn)生震動。爆震傳感器用于檢測發(fā)動機的震動。二、底盤控制用傳感器底盤控制用傳感器是指分布在變速器控制系統(tǒng)、懸架控制系統(tǒng)、動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、防抱死制動系統(tǒng)中的傳感器，它們在不同系統(tǒng)中作用不同，但工作原理與發(fā)動機中傳感器是相同的，主要有以下幾種形式傳感器：變速器控制用傳感器傳感器、發(fā)動機負(fù)荷傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、離合器傳感器、水溫傳感器、油溫傳感器最大燃油經(jīng)濟性。懸架系統(tǒng)控制用傳感器閥開度傳感器、加速度傳感器、車身高度傳感定性的控制。動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)用傳感器動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)用傳感器主要有車速傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器等，利用這些傳感器使動力轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)實現(xiàn)轉(zhuǎn)向操縱輕便、提高響應(yīng)特性、減少發(fā)動機損耗、增大輸出功率、節(jié)省燃油等。防抱死制動傳感器當(dāng)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)。這就有了“防抱死制動系統(tǒng)”，又稱 ABS。ABS由防抱死制動傳感器ECU于檢測車輪轉(zhuǎn)速，ECU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)，確保車輛在緊急剎車時，仍能操縱方向和穩(wěn)定運行。三、車身控制用傳感器控中光傳感器，死角報警系統(tǒng)中的超聲波傳感器、圖像傳感器等。四、胎壓監(jiān)測傳感器根據(jù)美國汽車工程師學(xué)會統(tǒng)計，美國每年約有26萬起交通事故是由于輪胎故障造成的，而每年75%的輪胎故障是由于輪胎漏氣或充氣不足所引起的。因此胎壓監(jiān)測顯得非常重要。胎壓監(jiān)測系統(tǒng)是在每一個輪框內(nèi)安裝微型壓力傳感器及無線發(fā)射系統(tǒng)，它們能夠精確地測量輪胎的氣壓和溫度并將這些信息通過無線發(fā)射器傳輸?shù)桨惭b在車內(nèi)的接收器上。當(dāng)輪胎壓力太低時，系統(tǒng)會自動發(fā)出警報，提醒駕駛員及時處理。這樣不但可以確保汽車在行駛中的安全，還能保護胎面，延長輪胎使用壽命并能達(dá)到省油的目的。四、胎壓監(jiān)測傳感器根據(jù)美國汽車工程師學(xué)會統(tǒng)計，美國每年約有萬起交通事故是由于輪胎故障造成的，而每年75%的輪胎故障是由于輪胎漏氣或充氣不足所引起的。因此胎壓監(jiān)測顯得非常重要。胎壓