一、前言

汽車傳感器作為汽車電子控制系統(tǒng)的重要信息源，對溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、加速度和振動等各種信息進行實時、準確的測量和控制。衡量現(xiàn)代高級轎車控制系統(tǒng)水平的關鍵就在于其傳感器的數(shù)量和水平。當前，一輛國內(nèi)普通家用轎車上大約安裝了近百個傳感器，而豪華轎車上的傳感器數(shù)量多達200只。未來汽車傳感器技術總的發(fā)展趨勢是微型化、多功能化和智能化。

微型傳感器利用微機械加工技術，將微米級的敏感元件、信號處理器、數(shù)據(jù)處理裝置封裝在一塊芯片上，由于具有體積小、價格便宜、便于集成等特點，可以明顯提高系統(tǒng)測試精度。當前，該技術逐步成熟，可以制作檢測力學量、磁學量、熱學量等各種微型傳感器。多功能化是指一個傳感器能檢測兩個或兩個以上的特征參數(shù)或者化學參數(shù)，從而減少汽車傳感器的數(shù)量，提高系統(tǒng)的可靠性。智能化是將傳感器與大規(guī)模集成電路相結合，具有智能作用。

由于汽車傳感器在汽車電子控制系統(tǒng)中的重要作用和快速增長的市場需求，世界各國對其理論研究、新材料應用和新產(chǎn)品開發(fā)都非常重視。下面介紹一些這方面的新產(chǎn)品。

二、離子檢測系統(tǒng)

三菱（Mitsubishi電子公司）正在開發(fā)一種車用離子檢測系統(tǒng)。這個系統(tǒng)能夠通過檢測離子來監(jiān)控發(fā)動機每個氣缸的燃燒情況。當可燃混合氣持續(xù)燃燒時，在燃燒峰面附近就會發(fā)生電離現(xiàn)象。把一個帶偏壓的測頭放入氣缸，就可以測出與電離狀況相關的離子流。

這個能反映發(fā)動機各種燃燒狀況的信息控制系統(tǒng)由帶測頭的火花塞、裝有測試附件的點火線圈及一套處理離子流信號的電子模塊構成，它可以判別每個缸的點火、燃燒及爆震情況。進一步的功能將是對發(fā)動機的混合氣狀況加以監(jiān)控，即根據(jù)離子流所顯示的燃燒情況來控制每個缸的空燃比。

三、快速起動的氧傳感器

冷車運轉(zhuǎn)時的發(fā)動機所排放的CO和HC是最多的，這就要求氧傳感器盡快起動進入閉環(huán)控制狀態(tài)。NGK火花塞有限公司研制出一種新型氧傳感器，它能在15s內(nèi)達到閉環(huán)控制。通過縮小加熱區(qū)和降低阻抗，改進了傳感器的加熱裝置。由于采用新材料和新的溫控系統(tǒng)，使加熱器的壽命與現(xiàn)有類型相近，改善了低溫特性。

四、側(cè)滑傳感器

博世公司開發(fā)一種雙向傳感器，它是由采用壓電晶體的線性加速度計組合而成。這樣的組合更有利于傳感器的設置、信號處理和封裝。這種傳感器有兩個經(jīng)過顯微加工的信號發(fā)生器并各自對應著所測加速度方向的基準面，對應于某個基準面的獨立信號就能測出相應的作用力。而很高的品質(zhì)因數(shù)Q值使傳感器的封裝可以在常壓下進行。

五、壓電諧振式角速度傳感器

三菱電子公司開發(fā)的這種傳感器為玻璃一硅一玻璃結構，其諧振部分是一個用浸蝕法制成的硅梁。通過外置振蕩器激發(fā)，其諧振頻率約為4KHz。梁的厚度與硅片相同，它的寬度和長度通過浸蝕加工來決定。硅梁和玻璃支架的連接采用了真空下的陽極焊接工藝，以確保其固有頻率變化很小。

角速度的變化可根據(jù)硅梁振動頻率變化引起的梁兩側(cè)玻璃支架上金屬電極間的電容變化值測出。傳感器電路由電容電壓（C—V）轉(zhuǎn)換器和同步解調(diào)器構成。C—V轉(zhuǎn)換器是一個轉(zhuǎn)換電容的比較器（ASIC）。當測量范圍在±200°/s時，非線性為±1%。

六、高壓傳感器

Denso公司開發(fā)一種浸入式高壓傳感器。這些傳感器可用來檢測機油、液壓系統(tǒng)、汽油以及空調(diào)制冷劑的壓力，如制動器的液壓控制系統(tǒng)、怠速下的空調(diào)機壓縮器和動力轉(zhuǎn)向泵、燃油控制系統(tǒng)、懸架控制系統(tǒng)以及自動變速器中的液壓換擋系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的壓力變化在2～20MPa，而傳感器可耐壓38MPa。

這種傳感器使用一種樹脂膠而不是通常使用的金屬和玻璃來封裝，以形成足夠大的油分子通道，實現(xiàn)了外型和元件間封尺寸的優(yōu)化設計。包括壓力感應元件和放大電路在內(nèi)的所有元件都集中在一塊芯片上。

七、直熱式檢測傳感器

GM研發(fā)中心正在試驗使用一種直熱式檢測系統(tǒng)來抑制后排末成年人座椅（RFIS）處的側(cè)量氣囊展開。將乘員席表面的溫度與駕駛員座椅表現(xiàn)溫度加以對比，若兩者不同且與預定值差異較大，則氣囊的展開就會受到抑制。乘員席的溫度由安置在座椅表面的熱敏電阻來測定，可采用直熱式或非直熱式熱敏電阻。

實際上這種抑制系統(tǒng)可采用多種檢測方式，當直熱式探測器的工作不夠可靠時，可采用其他方式來提高該系統(tǒng)的可靠性。曾有人建議配置別的傳感器，如測量體重、電容、振動，使用超聲波、微波、光學及紅外線等。還有人建議為一個抑制系統(tǒng)配置多種檢測裝置，使其工作更加可靠。

八、機油粘度傳感器

何時更換機油一般是根據(jù)廠家規(guī)定的時間或里程來進行。少數(shù)廠家采用了更先進的方式，通過記錄發(fā)動機轉(zhuǎn)速和溫度來計算換油間隔。Lucas Varity公司正在研制一種壓電振動式粘度傳感器，其工作原理與振動式粘度計相近——振子（球型、片狀或棒式）在受到粘滯阻尼時其振頻會發(fā)生衰變。因此，依靠不同形狀的振子，就可以測出粘度和密度的一些參數(shù)。有一種振動式粘度計的振子是石英棒，它能被激發(fā)扭振，通過測量與液體粘度相對應的振幅和諧振頻寬，就可以確定粘度（準確地說應是粘度和密度的綜合值）?？梢姡駝邮秸扯扔嬍峭ㄟ^測量液體所傳遞的切變波形來確定粘度的一種裝置。然而，由于傳感元件與液體的接觸處切變波形會產(chǎn)生畸變而導致測試值與液體的對應關系較差。

粘度傳感器設置了一種界面來改善傳感元件與液體之間的接觸關系，其原理與我們熟知的應用于生物醫(yī)學和海洋船舶上的超聲波換能器相似。

傳感器的核心是一個壓電轉(zhuǎn)換器，在它兩側(cè)施加電壓時，就會產(chǎn)生切向運動。電極是用金屬蒸發(fā)沉積法布置在壓電晶體表面，然后整體涂上一層絕緣層。

一臺掃頻儀通過振蕩器所產(chǎn)生的交變電壓來確定傳感元件的諧振頻率。因為在諧振時，傳感元件的電阻達到最大值，隨著液體粘度的變化，這個蜂值也相應變化，并通過峰值檢測電路轉(zhuǎn)化為電壓信號。

絕緣層的厚度根據(jù)所測粘度的范圍來確定，因為從液體界面處反射回來的切變波必須被絕緣層全部吸收，所以絕緣層的厚度大約是四分之一個波長。

九、磁敏式速度傳感器

SST技術有限公司開發(fā)了一種一體化的傳感器，它是把高磁阻（GMR）材料與半導體裝置合為一體的磁敏式速度傳感器。高磁阻材料的特點是隨磁場的變化其電阻值也發(fā)生變化。半導體裝置是由制作在同一塊BICMOS電路板上的信號處理器和電壓調(diào)節(jié)器所構成。先將高磁阻材料噴鍍在BICMOS板基上，采用光刻腐蝕工藝將其制成電阻，通過鋁箔把其連入BICMOS電路，再周邊鍍上一層合金以聚集磁力線。