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细数微型传感器在汽车行业的多重效用

时间:2021-05-24 点击次数:

现代化的汽车正朝着能够满足人类需求、安全、舒适、方便和无污染的方向发展,只有一种交通工具。

实现这些目标的关键在于汽车的电子化和智能化,前提是及时获取各种信息,这必然要求汽车中大量使用各种传感器。传统传感器体积大,重量大,成本高,在汽车中的应用受到很大限制。

微型传感器是目前最成功、最实用的微型机电设备,主要包括利用微型薄膜的机械变形产生电信号输出的微型压力传感器和微型加速度传感器。此外,还有微型温度传感器、磁场传感器、气体传感器等,这些微型传感器的面积大多小于1毫米。


细数微型传感器在汽车行业的多重效用(图1)

伴随着微电子加工技术,尤其是纳米加工技术的进一步发展,传感器技术也将由微型传感器发展为纳米传感器。这类微型传感器体积小,可以实现多种全新功能,便于大批量、高精度生产,单件成本低,易于形成大型、多功能的阵列,使其非常适合汽车应用。

1)微加速传感器。

当前,安全气囊是MEMS技术在未来的主要应用。硅加速度计的测量范围一般为50gn。硅加速度传感器应用较早。

2)表面微型机械陀螺。

传统陀螺仪由高速旋转的转子、内环、外环和底座组成。这种陀螺仪的内外环通常由滚珠轴承支撑,通常由机械加工方法制成。加工精度高,难度大,制成的陀螺仪体积大,质量重。微机械陀螺仪是一种检测控制电路复杂的MEMS装置。

微型机械陀螺平面外轮廓的结构参数为1毫米2,厚度仅为2μm。其工作原理是:当在敏感质量块上施加DC偏置电压,在活动叉指和固定叉指之间施加适当的交流激励电压时,敏感质量块会在y轴方向产生固有振动。

3)车辆监控和自诊断传感器。

在车辆监控和自诊断方面,MEMS技术的主要应用之一是轮胎压力监控,其次是冷却、制动等系统的传感器。

另外,在亮度控制系统中使用光传感器的电子驾驶系统中使用磁传感器、气流速度传感器的自动空调系统中使用室内温度传感器、吸气温度传感器、风量传感器、日照传感器、湿度传感器的方向传感器、速度传感器等。

4)高温微电子在汽车中的应用。

高温微电子在汽车发动机控制、气缸和排气管、电子悬架和制动、动力管理和分配等监控中发挥着非常重要的作用。

举例来说于发动机控制的高温微电子传感器和控制器有助于更好地监测和控制燃烧,使燃烧更加彻底,提高燃烧效率。但是,传统硅半导体技术制作的微电子设备不能在高温下工作,不能胜任。为了解决高温环境下的温度测量问题,必须开发新的材料来取代传统的半导体材料。

基于MEMS技术的微型传感器在降低汽车电子系统成本和提高性能方面具有优势,开始取代基于传统机电技术的传感器。随着纳米技术的进步,体积小、成本低、功能强的微型传感器广泛应用于汽车的各个方面。

未来几年,包括发动机运行管理、废气和空气质量控制、制动防抱死系统、车辆动力控制、自适应导航和车辆行驶安全系统的应用将为制造执行系统技术提供广阔的市场。

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