關于智能傳感器與汽車電子的分析

【摘 要】智能傳感器具有一定的仿生能力，如模糊邏輯運算、主動鑒別環境，自動調整和補償適應環境的能力，自診斷、自維護等。顯然，出于規模生產和降低生產成本的要求，智能傳感器的設計思想、材料選擇和生產工藝必須要盡可能地和集成電路的標準硅平面工藝一致。

【關鍵詞】智能傳感器；汽車電子；傳感器

近幾年來我國汽車工業增長迅速，發展勢頭很猛。因此評論界出現了一些專家的預測：汽車工業有可能超過IT產業，成為中國國民經濟最重要的支柱產業之一。在信息社會的今天，人們對信息的提取、處理、傳輸以及綜合等要求愈加迫切，傳感器作為信息提取的功能器件，在國防、科技、工業、農業以及生活各個領域占有重要地位和作用，傳感器技術的開發和應用水平已經成為代表一個國家工業發展的標志之一。

一、智能化傳感器概述

智能傳感器（intelligent sensor）是具有信息處理功能的傳感器。智能傳感器帶有微處理機，具有采集、處理、交換信息的能力，是傳感器集成化與微處理機相結合的產物。一般智能機器人的感覺系統由多個傳感器集合而成，采集的信息需要計算機進行處理，而使用智能傳感器就可將信息分散處理，從而降低成本。與一般傳感器相比，智能傳感器具有以下三個優點：通過軟件技術可實現高精度的信息采集，而且成本低；具有一定的編程自動化能力；功能多樣化。對于汽車電子器件而言，大多元件處于非常惡劣的運行環境中，而且各不相同。諸如工作狀態時的高溫、停車等待時的低溫、電磁干擾以及高速運動是的風噪和高強度的沖擊等。所以要求電子元器件和電路要有高穩定、對環境的自適應、自補償調整的能力。智能傳感器與普通傳感器相比測量的數據更加準確，這是由于它對測量的數據量可進行修正，這樣就減少了環境因素，例如溫度、濕度、風噪等的影響。

二、智能傳感器在汽車電子中的應用

實際上，汽車電子已經經歷了幾個發展階段：從分立電子元器件搭建的電路監測控制，經過了電子元器件或組件加微處理器構筑的各自獨立的、專用的、半自動和自動的操控系統，現在已經進入了采用高速總線（目前至少有5種以上總線已開發使用），統一交換汽車運行中的各種電子裝備和系統的數據，實現綜合、智能調控的新階段。新的汽車電子系統由各個電子控制單元（ECU）組成，可以獨立操控，同時又能協調到整體運行的最佳狀態。在一個封裝中，把一只微機械壓力傳感器與模擬用戶接口、8位模-數轉換器（SAR）、微處理器（摩托羅拉69HC08）、存儲器和串行接口 （SPI）等集成在一個芯片上。其前端的硅壓力傳感器是采用體硅微細加工技術制作的。制備硅壓力傳感器的工序既可安排在集成CMOS電路工藝流程之前，亦可在后。這種智能壓力傳感器的技術和市場都已成熟，已廣泛用于汽車（機動車）所需的各式各樣的壓力測量和控制單元中，諸如各種氣壓計、噴嘴前集流腔壓力、廢氣排氣管、燃油、輪胎、液壓傳動裝置等。智能壓力傳感器的應用很廣，不局限于汽車工業。目前，生產智能壓力傳感器的廠商已不少，市售商品的品種也很多，已經出現激烈的競爭。結果是智能壓力傳感器體積越來越小，隨之控制單元所需的外圍接插件和分立元件越來越少，但功能和性能卻越來越強，而且生產成本降低很快（現在約為幾美元一只）。

三、汽車發展對汽車電子的基本要求

1、電子操控系統的動作必須快速、正確、可靠。傳感器（+調理電路）+微處理器，然后再通過微處理器（+功率放大電路）+執行器的技術途徑已經不再能滿足現代汽車的要求，需要通過硬件集成、直接交換數據和簡化電路，并提高智能化程度來確保控制單元動作的正確性、可靠性和適時性。

2、現在幾乎所有的汽車的機械結構部件都已受電子裝置控制，但汽車車體內的空間有限，構件系統的空間更是極其有限。理想的情況當然是，電子控制單元應與受控制部件緊密結合，形成一個整體。因此器件和電路的微型化、集成化是不可回避的道路。

3、電子控制單元必須具有足夠的智能化程度。以安全氣囊為例，它在關鍵時刻必須要能及時、正確地瞬時打開，但在極大多數時間內氣囊是處在待命狀態，因此安全氣囊的ECU 必須具有自檢、自維護能力，不斷確認氣囊系統的可正常運作的可靠性，確保動作的“萬無一失”。

四、傳感器在汽車電子中的發展趨勢

由于傳感器在電控系統中的重要性，所以從某種意義上說，先進汽車的競爭即是傳感器的競爭，世界各國對其理論研究、新材料應用、產品開發都非常重視。金剛石的耐熱性好、熱穩定高，在真空中1200℃以上其表面才開始出現炭化，在大氣中也要600℃以上才開始炭化，利用這一特性，制作適用于高溫的熱敏傳感器，從常溫到600℃范圍內進行溫度監測與控制，并且適用在高溫且有腐蝕氣體的惡劣環境下使用，性能穩定，使用壽命長，可用于發動機中的高溫測量。

此外金剛石在高溫下形變率很高，利用這一特性可制作高溫環境下使用的振動傳感器和加速度傳感器。與其它材料振動膜相結合可作為高溫、耐腐蝕、靈敏度高的壓力傳感器，用于振動檢測以及發動機、氣缸壓力等測量。

光導纖維型傳感器由于其抗干擾性強、靈敏度高、重量輕、體積小、適于遙測等特點正受到人們的普遍重視。目前已有不少成熟的產品問世，如光纖轉矩傳感器，以及溫度、振動、壓力、流量等傳感器。

在開發利用新材料同時，由于微電子技術和微機械加工技術的發展，傳感器正朝著微型化、多功能化、智能化方向發展。微型化傳感器利用微機械加工技術將微米級的敏感元件、信號調理器、數據處理裝置集成封裝在一塊芯片上。

由于其體積小、價格便宜、便于集成等特點，可以提高系統測試精度，例如把微型壓力傳感器和微型溫度傳感器集成在一起，同時測出壓力和溫度，便可通過芯片內運算消去壓力測量中的溫度影響。

目前已有不少微型傳感器面世，如壓力傳感器、加速度計、用于防撞的硅加速度計等。據說在汽車輪胎內嵌入微型壓力傳感器可以保持適當充氣，避免充氣過量或不足，從而可節約燃油10%。多功能化的特性使得傳感器能夠同時檢測2個或2個以上的特性參數。而智能傳感器由于帶有專用計算機，因而具有智能特點。

此外，傳感器響應時間、輸出與計算機的接口等問題也是重要的研究課題。隨著電子技術的發展，車用傳感器的技術必將趨于完善。

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