微型傳感器在汽車電子化、智能化工程中的應用

　    摘要：微型傳感器因為它的方便，體積小，在很多行業都受到熱捧，對重量要求比較高的汽車行業，因為考慮到車身重量問題，面積問題所以尤其重視這方面。文章就從汽車發動機控制用傳感器著手，分別介紹了溫度傳感器以及壓力傳感器的應用。
　
        一、引言
　　
　　現代汽車正由一個單純交通工具朝著能滿足人類需求和安全、舒適、方便及無污染的方向發展。
　　
　　要實現這些目標的關鍵在于汽車的電子化和智能化，先決條件則是各種信息的及時獲取，這勢必要求在汽車中大量采用各種傳感器。傳統的傳感器往往體積和重量大、成本高，它們在汽車的應用受到很大的限制。
　　
　　近幾年來，從半導體集成電路（IC）技術發展而來的微機電系統（microelectromechnicalsystem，MEMS）技術日漸成熟。微型傳感器是目前zui為成功并實用性的微型機電器件，主要包括利用微型膜片的機械形變產生電信號輸出的微型壓力傳感器和微型加速度傳感器；此外，還有微型溫度傳感器、磁場傳感器、氣體傳感器等，這些微型傳感器的面積大多在1mm2以下。隨著微電子加工技術，特別是納米加工技術的進一步發展，傳感器技術還將從微型傳感器進化到納米傳感器。這些微型傳感器體積小，可實現許多全新的功能，便于大批量和高精度生產，單件成本低，易構成大規模和多功能陣列，這些特點使得它們非常適合于汽車方面的應用。
　　
　　二、汽車用傳感器分類
　　
　　汽車用傳感器是用于汽車顯示和電控系統的各種傳感器的統稱。它涉及到很多的物理量傳感器和化學量傳感器。這些傳感器要么是使司機了解汽車各部分狀態的；要么是用于控制汽車各部分狀態的。按在汽車上的作用可分為控制發動機、控制底盤以及給駕駛員提供各種信息用傳感器，構成這些傳感器的材料有精細陶瓷、半導體材料、光導纖維及高分子薄膜等；按輸出特性來分有模擬型傳感器和數字型傳感器；按構成原理來分，有結構型、韌性型和復合型。為方便起見，現按汽車傳感器的控制對象來分類。
　　
　　三、微型傳感器在汽車中的應用
　　
　　汽車上用的傳感器的種類很多，應用的方面很廣。下面介紹傳感器在汽車發動機控制、安全系統、車輛監控和自診斷等方面的應用。
　　
　　（一）汽車發動機控制用傳感器
　　
　　發動機的電子控制一直被認為是MEMS技術在汽車中的主要應用領域之一。發動機控制系統用傳感器是整個汽車傳感器的核心，種類很多，包括溫度傳感器、壓力傳感器、位置和轉速傳感器、流量傳感器、氣體濃度傳感器和爆震傳感器等。這些傳感器向發動機的電子控制單元提供發動機的工作狀況信息，供電子控制單元對發動機工作狀況進行控制，以提高發動機的動力性、降低油耗、減少廢氣排放和進行故障檢測。
　　
　　1．溫度傳感器
　　
　　汽車用溫度傳感器主要用于檢測發動機溫度、吸人氣體溫度、冷卻水溫度、燃油溫度以及催化溫度等。溫度傳感器有熱敏電阻式、線繞電阻式和熱偶電阻式三種主要類型。這三種類型傳感器各有特點，其應用場合也略有區別。熱敏電阻式溫度傳感器靈敏度高、響應特性較好，但線性差、適應溫度較低。其中，通用型的測溫范圍為-50℃～30℃，精度為1.5%，響應時間為10ms；高溫型為600℃～1000℃，精度為5%，響應時間為10ms；線繞電阻式溫度傳感器的精度高，但響應特性差；熱偶電阻式溫度傳感器的精度高，測量溫度范圍寬，但需要配合放大器和冷端處理一起使用。其他已實用化的產品有鐵氧體式溫度傳感器（測溫范圍為-40℃～120℃，精度為2.0%）、金屬或半導體膜空氣溫度傳感器（測溫范圍為-40℃～150℃，精度為2.0%，5%，響應時間約20ms）等。
　　
　　2．壓力傳感器
　　
　　壓力傳感器是汽車中用得zui多的傳感器，主要用于檢測氣囊貯氣壓力、傳動系統流體壓力、注入燃料壓力、發動機機油壓力、進氣管道壓力、空氣過濾系統的流體壓力等。目前，致力于汽車用壓力傳感器開發和生產的主要公司有摩托羅拉，德科電子儀器，LucasNovasensor，HiStat，NipponDenzo，西門子，德州儀器等。
　　
　　比較常用的汽車壓力傳感器有電容式、壓阻式、差動變壓器式、聲表面波式。電容式壓力傳感器主要用于檢測負壓、液壓、氣壓，測量范圍為20kPa～100kPa，其特點是輸入能量高，動態響應特性好、環境適應性好；壓阻式壓力傳感器的性能則受溫度影響較大，需要另設溫度補償電路，但適應于大批量生產；差動變壓器式壓力傳感器有較大的輸出，易于數字輸出，但抗干擾性差；聲表面波式壓力傳感器具有體積小、質量輕、功耗低、可靠性高、靈敏度高、分辨力高、數字輸出等特點，用于汽車吸氣閥壓力檢測，能在高溫下穩定地工作。
　　
　　德國Infineon公司研制的智能輪胎壓力傳感器KP500內部集成了壓力和溫度傳感模塊，它不需要在傳感器模塊中增加加速度傳感器，可以在汽車啟動時自動開機進人自檢，能測量壓力、溫度和電壓等。所有的功能都是利用表面微機械加工技術集成在0.8μm的雙極互補金屬氧化物半導體（BiCMOS）上。每個傳感器模塊中的電可擦可編程只讀存儲器中存儲著惟一的32位芯片識別碼。芯片識別碼可以由同步串行接口讀出，而且，可以用于辨識各個輪胎壓力傳感器的位置。在接收數據的時候，首先，要檢查芯片識別碼，如果發現芯片識別碼不符，就放棄收到的數據幀。