第一章 汽车传感器概述

第一节 传感器分类及组成

传感器是一种能测量各种机械运动状态的物理量并把它们转变成电量的装置。它相当于人的感觉器官，通过其感知能正确检测出各种条件下的物理量。

一、传感器定义及组成

1．传感器定义

传感器是一种信号转换装置，它可以将非电信号转换为电信号，其主要作用是向汽车电脑提供运行的各种工况信息。汽车传感器过去单纯用于发动机上，现在已扩展到底盘、车身和灯光、电气等各个系统。

2．传感器组成

如图1-1所示，传感器一般由敏感元件、转换元件和其他辅助元件组成。有时也将信号调节与转换电路及辅助电源作为传感器的组成部分。

（1）信号调节与转换电路 一般是指能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理和控制的有用电信号的电路，信号调节与转换的电路选择要视传感元件的类型而定，常用电路有信号放大器电桥、振荡器、阻抗变换器等。

（2）敏感元件 敏感元件指直接感受被测量（一般为非电量），并输出与被测量成确定关系的其他量（一般为电量）的元件。如应变式压力传感器的弹性膜片就是敏感元件，它的作用是将压力转换成膜片的变形。

（3）转换元件 转换元件指传感器中能将敏感元件感受（或响应）的被测量转换成适合于传输和（或）测量的电信号部分。当输出为规定的标准信号时，则一般称为变送器，又称转换器，一般情况下不直接接收被测量，而是将敏感元件输出的量转换为电量输出的元件。例如，应变式压力传感器的应变片，它的作用是将弹性膜片的变形转换为电阻值的变化。

二、汽车传感器分类

汽车传感器的种类很多，且一种被测参数可用多种不同类型的传感器来测量，而同种传感器往往也可以测量多种被测参数。传感器的分类有多种方法，常见的分类方法如图1-2所示。

三、传感器信号

汽车上传感器的电子信号可以分为直流、交流、频率调制、脉宽调制和串行数据信号。电子信号是控制系统中各个传感器、控制电脑和其他设备之间相互通信的基本语言，电子信号各有不同的特点，用于不同的通信目的。

1．直流信号

在任何周期里，方向不随时间变化的电压、电流信号属于直流（DC）信号。直流信号可以分为恒压直流信号和非恒压直流信号两种。在汽车中产生恒压直流信号的电源装置有蓄电池电压和控制电脑输出的传感器参考电压。图1-3所示是非恒压直流信号波形。

2．交流信号

大小和方向随时间变化的信号属于交流（AC）信号。在汽车中产生交流信号的传感器主要是磁电式传感器和爆燃传感器等。图1-4所示是磁电式传感器产生的交流信号波形。

3．频率调制信号

保持波的幅度恒定而改变频率称为频率调制。在汽车中产生可变频率信号的传感器主要是光电式传感器和霍尔式传感器。

4．串行数据信号

串行数据信号是按时序逐位将组成数据和字符的码元予以传输的信号。串行数据传输所需通信线少，串行传输速率低，但传输的距离可以很长，因此串行传输适用于长距离而速度要求不高的场合。若汽车中具备有自诊断能力和其他串行数据送给能力的控制模块，则串行数据是由发动机控制模块ECM（或PCM）、车身控制模块BCM、防盗和防滑制动系统ABS或其控制模块产生，以及配备自我诊断的各种电脑之间传递的信号。

在汽车发动机控制电脑和其他电子智能设备中用来通信的串行数字信号是最复杂的信号，在实际中，要用专门的解码器读取。发动机冷却液温度传感器故障时，PCM输出的串行数据（多路）信号波形如图1-5所示。

5．脉宽调制信号

脉冲宽度调制（PWM）简称脉宽调制。脉宽调制信号就是经过脉冲宽度调制的信号。脉冲宽度就是在一个周期内元件持续的工作时间，如图1-6所示。