教学目的：
1. 了解自动线中常用位置检测传感器。
2． 掌握位置检测传感器的工作原理和使用方法等。 3． 了解模糊控制洗衣机中各种传感器的作用和工作原理。 4． 了解现代汽车中使用的各种传感器的作用和工作原理。 课 型：新授课 课 时：
3个任务，安排6个课时。 教学重点：
光电开关及应用、以及光电开关的外形结构和主要工作原理；磁性开关的外形、主要参数以及工作电路；霍尔接近开关及应用；电涡流式接近开关及应用；电容式接近开关及应用；传感器在模糊控制洗衣机中的应用；传感器在现代汽车中的应用。
教学难点：
自动生产线中各种常用接近开关检测的对象、自动生产线中各种常用接近开关检测物料的原理、模糊控制洗衣机中主要使用了哪些传感器、模糊控制洗衣机中各类传感器的作用和工作原理、现代汽车中，使用传感器的数量和类型。
教学过程：
1. 教学形式：讲授课，教学组织采用课堂整体讲授和分组演示。 2. 教学媒体：采用启发式教学、案例教学等教学方法。教学手段采用多媒体课件、视频等媒体技术。
作业处理：
完成项目后的思考题。 板书设计：
本课标题 授课方式 授课对象 传感器在检测系统中的综合应用 理论课□ 讨论课□ 习题课□ 其他□ 院系、专业： 教学基本内容 课堂导入 随着科学技术的飞速发展，工厂自动化程度越来越高，在电子、汽车、家电、食品、医药、化工、机械和电气等各行各业广泛地使用了自动化生产线（简称自动线），它将机械设备与电子控制融为一体，其迅速普及翻开了现代工业自动化的新篇章。 自动化生产线是在流水线的基础上逐渐发展起来的。它不仅要求生产线上各种加工部件能自动地完成预定的工序，产出合格的制品，而且要求工件的定位、装配、夹紧、工序间的输送、分拣、包装等都能自动完成。 传感器在自动线中起着重要的作用，它就像人的感官监视着整个自动生产过程，很多时候自动化生产线不能正常工作的原因就是由于传感器出现故障或安装调试不到位引起的。 课次 课时安排 学分 任课教师 2 6 共2分 教学方法及教学手段 参考以下形式： 1.衔接导入 2.悬念导入 3.情景导入 4.激疑导入 5.演示导入 6.实例导入 7.其他形式 基本知识汇总 任务一 传感器在自动线中的应用 一 光电开关及应用 1．本课程是机电一体化、自动控制、电气自动化、应用电子等专业的一门专业课光电开关是通过把光的强度变化转变为电信号变程。要求学生能认识常用传化，并以此实现控制的一种电子开关，它对金属感器，掌握其工作原理、输或非金属都能作出反应，无机械磨损，无电火出特性、误差补偿，理解各花，是一种安全、可靠、长寿命、无触点的开种测量转换电路，了解传感关。 （一） 光电开关的外形、分类及主要性能 板反射式光电开关和扩散反射式光电开 （二） 光电开关的工作原理 器的典型应用等知识，达到能正确使用常用传感器的目2．检测技术的主要内容包括了自动检测系统中的信息光电开关可分为三类： 对射式光电开关、反光的。 遮断型光电开关如图102（a）所示。使用时发光提取、信息转换以及信息处元件与接收元件分别安装在被测物体通过路径的理。需要一定的测量理论、两侧，当有物体通过时，光路被遮挡，接收元件测量方法，相应的测量工动作，发出一个开关控制信反射镜反射型光电开具、装置，以及对测量结果关如图102（b）所示。发光元件和接收元件安装进行正确的处理分析。它涵在一起，并在光路设计上要求各自的光轴相交于盖了传感器技术、误差理对应的反光板上，当被测物体通过光路时，接收论、测试计量技术、抗干扰元件因接收不到光信号而动作，产生开关控制信技术以及电量间的互相转换号。 技术等。 漫散射型光电开关如图102（c）所示。工作时，3．本课程教学内容的组织不用反光板，而是利用被测物挡光并使部分反射与安排： 由实例引入，按光被接收元件接收，产生动作而发出开关控制信照“任务提出”“相关知号。 识”“任务实施”“其他案例”“训练一下”几个部分递进完成。采用任务引领的项目课程教学，将检测技术 与传感器的技能和知识点融入项目的工作任务之中，在符合工作过程的基础上，充分考虑了学习者的认知心理过程，将课程内容划分为九（三） 基本光电开关电路 是以光敏元件、三极管为核心，配以继电器组成的一种电子开关。当开关中的光敏元件受到一定强度的光照射时就会产生开关动作。图103（a）、（b）是亮通光控电路，有光照时，光电二个项目，再具化为多个工作极管VD、光电三极管VT1导通，使VT、VT2导任务的教学内容。从检测的通，继电器K工作。图103（c）为暗通光控电对象着手，选择合适的传感路，有光照时，VT1导通，使VT2截止，K不工器，通过认识该类传感器的作；无光照时，VT1不导通，VT2导通，K工作 外形、性能指标，再到测量原理的介绍，在掌握基本知识的基础上，介绍相应的测量转换电路、信号处理电（四） 光电开关用于生产线物料检测 1、 散射型光电开关检测物料 路，来完成该类检测任务。 再安排一个训练，供学习者在实践中掌握知识、提高技能。 2、 反射镜反射型光电开关检测物料 反射镜反射型光电开关检测物料如图105所示。安装时，需要调整反射镜的角度以取得最佳的反射效果，反射镜一般使用偏光三角棱镜，它将光源发出的光转变成波动方向严格一致的偏振光反射回去。光敏元件表面覆盖一层偏光透镜，使它只接收反射镜反射回来的偏振光，而不响应表面光亮物体反射的各种非偏振光。反射镜反射型光电开关的检测距离一般可达几米 3、遮断型光电开关检测物料 二、 磁性开关及应用 磁性开关是一种非接触式位置检测开关，是通过磁铁来感应的，这个“磁”就是磁铁，开关就是干簧管。干簧管是干式舌簧管的简称，是一种有触点的无源电子开关元件，具有结构简单、体积小巧、便于控制等优点。 （一） 磁性开关的外形和符号 （二） 磁性开关性能指标 （三） 磁性开关工作原理 磁性开关内部电路如图108虚线框内所示。舌簧开关一般成型于合成树脂块内。平时舌簧开关的两个簧片是分开的。当有磁性体靠近簧片时，在磁场的作用下，管内的两个金属簧片被磁化而相互吸引，吸合在一起了，使结点所接的外电路连通。当外磁力消失后，两个簧片由于本身的弹性而分开，电路也就断开了。 四） 磁性开关在自动生产线中的应用 在自动生产线中，大量使用各类气缸，气缸伸出和缩回的位置检测常用磁性开关，在气缸活塞或活塞杆上安装磁环，气缸缸外的两端（根据实际伸出和缩回的距离要求调整）各安装一个磁性开关，这样就可以用这两个磁性开关检测气缸运动的两个极限位置了。 三、 霍尔接近开关及应用 霍尔元件是一种磁敏元件（前面已有介绍）。利用霍尔元件做成的开关，叫做霍尔开关。当磁性物件移近霍尔开关时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近有无磁性物体存在，进而控制开关的通或断。这种接近开关的检测对象必须是磁性物体 1、霍尔接近开关用于机械手限位 在自动生产线上使用着各种各样的机械手，它们不停地搬运着工件。为保证机械手抓取及放置工件位置的准确性，往往采用接近开关对它们的运动范围进行限位。当磁铁随机械手左右移动到距霍尔接近开关几毫米（有效动作距离内）时，霍尔接近开关的输出由高电平变为低电平，经驱动电路使继电器吸合或释放，控制机械手停止移动，起到限位的作用。 2、 霍尔计数装置 四、 电涡流式接近开关及应用 电涡流式接近开关（前面已有介绍）通常也叫电感式接近开关。它是利用导电物体在接近这个能产生电磁场的接近开关时，使导电物体内部产生涡流。 五、 光纤传感器及应用 光导纤维简称光纤，它是以特别的工艺拉成的细丝。光纤透明、纤细，虽比头发丝还细，却具有能把光封闭在其中，并沿着轴向进行传播的特 征。 （一） 光纤传感器的组成 光纤传感器系统包括光源、光纤、传感头、光探测器和信号处理电路等5个部分。光源用来发射光信号，相当于一个信号源；光纤用来传输信号，是传输介质；传感头感知外界信息，相当于调制器；光探测器将光信号转换成电信号，起信号转换的作用；信号处理电路还原外界信息，相当于解调器。 （二） 光纤传感器的分类 光纤传感器分为传感型和传光型两大类。 （三） 光纤传感器在自动生产线中的应用 光纤传感器在自动生产线中的应用越来越 六、 电容式接近开关及应用 电容式接近开关的被测量通常构成电容器的一个极板，而另一个极板是接近开关的外壳。当有物体移向接近开关时，不论它是否为导体，由于它的接近，总要使电容极板的间距和介电常数发生变化，从而使电容量发生变化，使得和测量头相连的测量电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通或断开。这种接近开关检测的对象不仅限于导体，可以是绝缘的液体或粉状物等。 （一） 电容式接近开关的结构 电容式接近开关的内部结构如图1014所示，它由两块测量极板、测量电路、灵敏度调节电位器、工作指示灯等组成，壳体内用环氧树脂灌封，检测极板放置在接近开关的最前端。 （二） 电容式接近开关工作原理 电容式接近开关的工作原理框图如图1015所示，它是调幅式测量转换电路，由LC振荡电路、检波器、直流电压放大器和比较器电路等组成。 （三） 使用注意点 ① 电容式接近开关使用时必须远离无关的金属物体，即使是绝缘体对它仍有一定的影响。 ② 对高频电场十分敏感，因此两只电容式接近开关不能靠得太近，以免相互影响。 ③ 它易受水和油的影响，测量时不要让水、油和粉末等附着在检测面上。 ④ 由于电容式接近开关易受干扰，检测金属物体一般不要选择电容式接近开关，而选择电感式接近开关。电容式接近开关主要用于测量含水绝缘介质。 （四） 电容式接近开关的应用 电容式接近开关能检测固体和液体量的大小、多少、厚度等。如图1016所示，在自动生产线上，用两个电容式接近开关分别检测固体或液体装瓶量的上限和下限值，以保证产品数量在允许的范围内。 任务二 传感器在模糊控制洗衣机中的应用 一 模糊控制系统的介绍 模糊控制系统是模拟人智能的一种控制系统。模糊控制是非线性的控制方法,主要针对那些无法取得数学模型或数学模型相当粗糙的系统。它首先对被控对象按照人们的经验、知识和判断力总结出控制规则，再借助单片机对这些信息按照模糊规则转换为控制量,来完成自动控制。 二、 模糊控制洗衣机 近年来，模糊控制在家用电器控制中得到了较为广泛的应用,采用模糊控制的洗衣机，能自动判断衣服的重量、布料质地（粗糙、软硬）、脏污程度，从而自动决定水位高低、洗涤剂投放量、洗涤时间、搅拌与水流方式、脱水时间等，将洗涤控制在最佳状态，使洗衣机既能省水、省电、省洗涤剂，又能洗净衣服并减少衣服的磨损。 模糊控制洗衣机的输入量有布质、布量、脏污程度( 即水的浑浊度)、脏污性质( 浑浊度变化率)；输出量为洗涤剂量、水位、水流、洗涤时间、脱水时间、漂洗方式、转速等，是一个多输入多输出系统。 三、 模糊控制洗衣机中的传感检测系统 （一） 布量和布质的检测 衣物重量和衣物质料是洗衣机实现模糊控制最重要的输入量，它对洗涤时间的长短、水位的高低、洗衣粉的投放量有着直接的影响。 （二） 水位检测 水位检测的精度直接影响洗净度、水流强度、洗涤时间等参数。对于模糊控制的洗衣机，要求水位的检测必须是连续的，故常采用谐振式水位传感器。谐振式水位传感器是利用电磁谐振电路LC作为传感器的敏感元件，将被测物体的变化转变为LC参数的变化，最终以频率参数输出。其工作 原理是： 将水位的高低通过导管转换成一个测试内腔气体变化的压力，驱动内腔上方的一块隔膜移动，带动隔膜中心的磁芯在某线圈内移动，从而线圈电感L发生变化。由此引起谐振电路的固有频率随水位变化。水位测量电路如图1019所示，电感L与电容C1、C2组成的三点式振荡电路经C3耦合接入数字式谐振放大器A1，随着水位变化，谐振频率发生相应变化，经放大器A1放大输出，再经A2整形后，接入单片机计数。 （三） 浑浊度检测 衣物的脏污程度和脏污性质直接影响到洗衣机的转速和洗涤时间。由于直接检测被洗衣物的脏污状况是困难的,因此,常通过检测洗涤液的污染状况来间接测量被洗衣物的脏污程度和脏污性质。因为当衣物脏污严重时,洗涤液将会严重混浊,反之当衣物脏污轻微时,则洗涤液不太混浊。这就是说,洗涤液的混浊程度是与被洗衣物的脏污程度密切相关的。 （四） 水温的检测 洗衣过程中，水温升高可提高洗涤效果，减少洗涤时间。单片机根据不同的衣质决定水温的高低。水温检测可用热敏电阻或半导体集成温度传感器来测定。 洗衣机水温一般为4～40℃，在该温度范围内半导体集成温度传感器MTS102线性好，温度敏感,水温检测中常选用之。 任务三 传感器在现代汽车中的应用 一 发动机控制用传感器 发动机控制用传感器是整个车用传感器的核心，其种类很多，其中包括温度传感器、压力传感器、旋转传感器、流量传感器、位置传感器、气体浓度传感器、爆震传感器等。这些传感器向电子控制单元ECU（Electronic Control Unit）提供发动机的工作状态信息，供ECU对发动机进行精确控制，以提高发动机动力性、降低油耗、减少废气、反映故障等，由于发动机工作在高温（发动机表面150℃、排气歧管650℃）、振动（加速度30 g）、冲击（加速度50 g）、潮湿（100%RH，-40℃～120℃）以及汽油蒸汽、污泥、水花等恶劣环境中，因此它们的耐恶劣环境技术指标要高于一般工业用传感器，其中最关键的是测量精度与可靠性，否则由传感器检测带来的误差最终将导致发动机控制系统失灵或产生故障。 (1) 温度传感器 温度传感器主要检测发动机温度，吸入气体温度、冷却水温度、燃油温度、催化温度等，将它们转变成电信号，从而控制喷油嘴针阀开启时刻和持续时间，以保证供给发动机最佳混合气并达到排气净化效果等。实际应用的温度传感器主要有线绕电阻式、热敏电阻式和热电偶式。 (2) 压力传感器 压力传感器主要检测气缸负压，从而控制点火和燃料喷射；检测大气压，从而控制爬坡时空燃比；检测气缸内压，从而控制点火提前角；检测废气再循环流量、发动机油压、制动器油压、轮胎空气压力等等，并对相关量作出反应。 (3) 旋转传感器 旋转传感器主要用于检测曲轴转角、发动机转数、风门开度、车速等，从而控制点火提前角、燃油配量和喷射时间等，产品主要有发电机式、磁阻式、霍尔效应式、光学式、振动式等。 (4) 流量传感器 流量传感器主要有空气流量传感器和燃料流量传感器。为了得到最佳的燃烧状态和最小的排气污染，必须对油气混合气中的空气和燃油比例（空燃比）进行精确的控制。经空气滤清器过滤的新鲜空气由空气流量传感器检测后进入进气管，与喷油器喷射的汽油混合后再进入汽缸。ECU根据车速、功率等运行状态，控制电磁阀的开合程度来增加或减少空气流量，以得到较准确的空燃比。实际应用的产品主要有卡尔曼旋涡式、叶片式、热线式等。卡尔曼式无可动部件，反应灵敏，精度较高；热线式易受吸入气体脉动影响，且易断丝。 燃料流量传感器用于检测燃料流速，以计算汽车燃油消耗量，产品主要有水车式、球循环式等。 (5) 气体浓度传感器 气体浓度传感器用于检测废气排放和车内气体状况。 (6) 爆震传感器 爆震的英文是Knocking，敲击的意思，所以爆震时发动机会有敲击声，产生震动。爆震传感器用于检测发动机的震动。 二、 底盘控制用传感器 底盘控制用传感器是指分布在变速器控制系统、悬架控制系统、动力转向系统、防抱死制动系统中的传感器，它们在不同系统中作用不同，但工作原理与发动机中传感器是相同的，主要有以下几种形式传感器： (1) 变速器控制用传感器 变速器控制用传感器主要有车速传感器、加速度传感器、发动机负荷传感器、发动机转速传感器、离合器传感器、水温传感器、油温传感器等。这些传感器检测所获得的信息经处理使电控装置控制换档点和变矩器锁止，实现最大动力和最大燃油经济性。 (2) 悬架系统控制用传感器 悬架系统控制用传感器主要有车速传感器、节流阀开度传感器、加速度传感器、车身高度传感器、方向盘转角传感器等。系统根据这些传感器检测到的信息自动调整车高，抑制车辆姿势的变化等，实现对车辆舒适性、操纵稳定性和行车稳定性的控制。 (3) 动力转向系统用传感器 动力转向系统用传感器主要有车速传感器、发动机转速传感器、转矩传感器等，利用这些传感器使动力转向电控系统实现转向操纵轻便、提高响应特性、减少发动机损耗、增大输出功率、节省燃油等。 (4) 防抱死制动传感器 当汽车紧急刹车时，使汽车减速的外力主要来自地面作用于车轮的摩擦力，即所谓的地面附着力。而地面附着力的最大值出现在车轮接近抱死而尚未抱死的状态。这就有了“防抱死制动系统”，又称ABS。ABS由防抱死制动传感器、ECU和电-液控制阀等组成。防抱死制动传感器用于检测车轮转速，ECU根据车速信号控制电-液制动系统，使各车轮的制动力满足少量滑动但接近抱死的制动状态，确保车辆在紧急刹车时，仍能操纵方向和稳定运行。 三、 车身控制用传感器 采用这类传感器的主要目的是提高汽车安全性、可靠性、舒适性等，其耐恶劣环境技术要求不如发动机、底盘用传感器那么严格，一般工业用传感器稍加改进即可应用。主要有应用于自动空调系统中的多种温度传感器、风量传感器、日照传感器等，车门未关紧报警传感器、保险带未系传感器、安全气囊系统中的加速度传感器，亮度自控中光传感器，死角报警系统中的超声波传感器、图像传感器等。 四、 胎压监测传感器 根据美国汽车工程师学会统计，美国每年约有26万起交通事故是由于轮胎故障造成的，而每年75%的轮胎故障是由于轮胎漏气或充气不足所引起的。因此胎压监测显得非常重要。 胎压监测系统是在每一个轮框内安装微型压力传感器及无线发射系统，它们能够精确地测量轮胎的气压和温度并将这些信息通过无线发射器传输到安装在车内的接收器上。当轮胎压力太低时，系统会自动发出警报，提醒驾驶员及时处理。这样不但可以确保汽车在行驶中的安全，还能保护胎面，延长轮胎使用寿命并能达到省油的目的。 四、 胎压监测传感器 根据美国汽车工程师学会统计，美国每年约有26万起交通事故是由于轮胎故障造成的，而每年75%的轮胎故障是由于轮胎漏气或充气不足所引起的。因此胎压监测显得非常重要。 胎压监测系统是在每一个轮框内安装微型压力传感器及无线发射系统，它们能够精确地测量轮胎的气压和温度并将这些信息通过无线发射器传输到安装在车内的接收器上。当轮胎压力太低时，系统会自动发出警报，提醒驾驶员及时处理。这样不但可以确保汽车在行驶中的安全，还能保护胎面，延长轮胎使用寿命并能达到省油的目的。 胎压传感器一般采用压电式传感器。 五、 车用传感器发展趋势 随着电子技术的发展和汽车电子控制系统应用的日益广泛，汽车传感器市场需求将保持高速增长，微型化、多功能化、集成化和智能化的传感器将逐步取代传统的传感器，成为汽车传感器的主流。 （一） 微型化 微型传感器利用微机械加工技术，将微米级的敏感元件、信号处理器、数据处理装置封装在一块芯片上，由于具有体积小、价格便宜、便于集成等特点，可以明显提高系统测试精度。当前，该技术逐步成熟，可以制作检测力学量、磁学量、热学量等各种微型传感器。 （二） 多功能化 多功能化是指一个传感器能检测两个或两个以上的特征参数或者化学参数，从而减少汽车传感器的数量，提高系统的可靠性。 （三） 集成化 集成化是指利用集成电路制造技术和精密机械加工技术制作集成式传感器。 （四） 智能化 智能传感器是一种带微型计算机兼有检测、判断、信息处理等功能的传感器。与传统传感器相比，他具有很多特点。例如，他可以确定传感器工作状态，对测量资料进行修正，以便减少环境因素如温度引起的误差；用软件解决硬件难以解决的问题；完成资料计算与处理工作等等。世界各国都在车用传感器硬件的基础上，努力用软件来解决汽车电气干扰大、环境差（温度高、温度梯度大、污染厉害等）等问题造成的对汽车参数测量的影响。而且智能式传感器精度高、量程覆盖范围大、输出信号大、信噪比高、抗干扰性能好，有的还带有自检功能。 讨论题、思考围绕本项目主题做情景模拟训练，以增强理解，加深印象。可以题： 参考教材、资料包、或者其他案例。 课后小结： 1. 了解自动线中常用位置检测传感器。 2． 掌握位置检测传感器的工作原理和使用方法等。 3． 了解模糊控制洗衣机中各种传感器的作用和工作原理。 4． 了解现代汽车中使用的各种传感器的作用和工作原理。 作业： 1. 自动生产线中各种常用接近开关检测的对象是什么 2． 简述自动生产线中各种常用接近开关检测物料的原理。 3． 简述模糊控制洗衣机中各类传感器的作用和工作原理。 4． 简述现代汽车中，使用传感器的数量和类型？ 说明：
1. 每项页面大小可自行添减，可按节或课设计填写。 2. 课次为授课次序，填1、2、3……。
3. 授课方式主要包括填理论课、实验课、讨论课、习题课等。
4. 方法及手段如：举例讲解、多媒体讲解、模型讲解、实物讲解、挂图讲解、音像讲解等。
5.其他内容要求结构完整，逻辑清晰，具体详细。
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