1、,检测技术的综合应用（下）,检测技术的综合应用（下）介绍传感器在现代汽车、数控机床、机器人和智能楼宇中的应用。给出了传感器在汽轮机叶根槽数控加工中的综合应用实例。,13.3 传感器在汽车中的应用 13.4 传感器在数控机床中的应用 传感器在汽轮机叶根槽数控 加工中的综合应用实例 13.5 传感器在机器人中的应用 13.6 传感器在智能楼宇中的应用,第十三章（下）传感器综合应用 目录,第三节 传感器在现代汽车中的应用,汽车的组成框图及传感器分布,一、汽车结构及工作过程概述,汽车类型繁多,结构比较复杂,大体可分为发动机、底盘和电气设备三大部分又可分成燃料系、点火系、传动系、轿厢系等几个系统，,安装
2、有许多检测和控制用的传感器。,汽车底盘示意图,后轮悬挂,传动轴,转向机构,福特林肯Navigator的底盘,发动机,传动轴,排气管,前刹车盘,后轮悬挂,减速箱,汽车发动机,发动机是汽车的动力装置，其作用是使吸入的燃料燃烧而产生动力，通过传动系统，使汽车行驶。汽油发动机主要由汽缸、燃料系、点火系、起动系、冷却系及润滑系等组成。汽车的工作过程均是在电控单元ECU控制下进行的。,汽车发动机总成,汽油喷射发动机示意图,汽油喷射系统示意图,2018/8/21,12,汽车中的传感器,现代轿车需要用传感器对温度、压力、位置、距离、转速、加速度、湿度、电磁、光电、振动等进行实时准确的测量，一般需要近百种传感器
3、。,2018/8/21,13,汽油喷射系统的测控单元,电子控制单元 ECU,电子控制单元(Electronic control unit)又称“车载电脑”等。由微处理器(CPU)、存储器(ROM、RAM）、输入/输出接口（I/O）、模数转换器（A/D）以及整形、驱动等大规模集成电路组成。 电控单元的功用是根据其内存的程序和数据对空气流量计及各种传感器输入的信息进行运算、处理、判断，然后输出控制指令。内部关键电路有稳压装置，工作电流约0.1A，能承受-4080的波动，1000Hz以下的振动，损坏概率小。 各个子系统，例如防抱死制动系统、4轮驱动系统、电控自动变速器、主动悬架系统、安全气囊系统、多
4、向可调电控座椅等都配置有各自的ECU。汽车上多个ECU之间的信息传递采用一种称为多路复用通信网络技术，将整车的ECU形成一个网络系。,2018/8/21,16,ECU原理框图及输入/输出信号,.,ECU外形,桑塔纳2000ALI的ECU,.,安装有许多检测和控制用的传感器。,ECU在汽车发动机上的安装位置,发动机ECU的闭环控制原理,通过氧传感器判断发动机的工作状态，调节节气门的大小；通过汽缸爆震传感器,判断“点火正时”的提前角；通过水温传感器,判断发动机燃烧室温度是否正常,并修正供油量,保护发动机。,传感器在汽车中的位置,传感器在发动机中的位置,发动机电控原理框图,与发动机配套使的部分传感器
5、,进气压力传感器,曲轴位置传感器,进气压力、温度传感器,发动机点火提前角的测控,汽油发动机从点火时刻起到活塞到达压缩上止点这段时间内曲轴转过的角度称为点火提前角。 混合气从点燃、燃烧、烧完有一个时间过程，最佳点火提前角的作用就是在各种不同工况下使气体膨胀趋势最大段处于活塞做功下降行程，能提高效率，减小振动，减小发动机发热。 提前角通常设为5度以上。随着转速的上升，需要适当加大提前角 。但是，提前角太大，易产生爆震。爆震传感器将发动机的爆震信号转变成电信号，输入到ECU，ECU据此减小点火提前角，从而使点火提前角在任何工况下都保持一个最佳值。,发动机点火提前角的闭环控制,发动机爆震的检测方法有：
6、气缸压力法、发动机机体振动法和燃烧噪声法等。其中气缸压力检测方法，准确度高，但存在爆震传感器的耐久性差和安装困难等问题。燃烧噪声检测法是非接触式的，它的耐久性好，但灵敏度低。爆震传感器有压电传感器等。,点火提前角配气相位动态图解,爆震控制处理时间图,ECU通常把爆震分成几个等级：强爆震、中等爆震和弱爆震。一旦爆震发生,ECU根据爆震强度逐步缩小提前角,推迟点火时间。,爆震强度越大,推迟量也大。当爆震停止时,ECU又以一定角度递增点火提前角,直到再次发生轻微爆震为止.,空气系统中的传感器,为了得到最佳的燃烧状态和最小的排气污染，必须对油气混合气中的空气-燃油比例（空燃比）进行精确的控制。空气系统
7、中传感器的作用是计量和控制发动机燃烧所需要的空气量。 空气进气量还与油门踏板有关。驾驶员通过操作油门踏板控制进气道的节气门开度，以改变进气流通截面积，从而控制进气量，由此控制发动机的功率。ECU必须测量节气门的开度，才能控制喷油器的喷油量。,空气流量传感器,空气流量传感器有多种类型，使用较多的有热丝式气体测速仪以及卡门涡街流量计。,1气流整流栅 2进气管 3涡流发生锥体 4卡门空气涡流 5超声波发生器探头 6超声波接收器探头,卡门涡街流量计原理,在进气管中央设置一只直径为d 的圆锥体（涡流发生器），锥底面与空气流速方向垂直。当空气流过锥体时，由于空气和锥体之间的摩擦，在锥体的后部两侧交替地产生
8、旋涡，并在锥体下游形成两列涡流，该涡流称为卡门涡流，使下游的空气产生振动。 测量出卡门涡流的频率，即可获得空气流速v，并可以通过式q=A v（A为进气管横截面积）计算吸入发动机的空气体积量。测量涡流频率f 的方法有光电式和超声波式。,热膜式空气流量计原理,安装在空气滤清器与进气总管之间，空气经过流量计入口处的导流隔栅。加热热膜电阻，热敏电阻及加热控制单元组成。 工作时，热敏电阻用于测量加热单元之后的进气温度。控制单元力图保持热膜电阻的温度高于热敏电阻一个恒定温度（100）。流过空气通道的空气不断地冷却热膜电阻，控制单元便不断对热膜电阻通电加热，这个电流与吸入的空气量有对应关系。空气流量小，则加
9、热电流也小。ECU依据加热电流，就能换算出进气流量。以上是闭环系统,热膜式空气流量计结构,节气门及节气门角位移开度传感器,节气门角度位移传感器,节气门,节气门开度传感器构造,.,受ECU控制的喷油器,汽车冷却液温度传感器,NTC电阻（负温度系数热敏电阻）,氧含量传感器在汽车中的应用,现代汽车还在排气总管前端安装一只氧含量传感器。当汽车节气门的开合度不正确时，汽缸中的燃油燃烧就可能不正常。测量排气管尾气的氧含量，并将信号传输给ECU，从而改变节气门的开合度，增减空燃比，改变油气浓度，使燃油的燃烧达到最佳工况，提高燃烧效率，减少黑烟污染。,氧含量传感器及其在汽车中的安装位置,排气总管,传感器在汽车
10、ABS中的作用,当汽车紧急刹车时，使汽车减速的外力主要来自地面作用于车轮的摩擦力，即所谓的地面附着力。而地面附着力的最大值出现在车轮接近抱死而尚未抱死的状态。这就必须设置一个“防抱死制动系统”,又称为ABS (Anti-lock Brake System)。 ABS由车轮速度传感器、ECU以及电液控制阀等组成。ECU根据车轮速度传感器来的脉冲信号控制电液制动系统，使各车轮的制动力满足少量滑动但接近抱死的制动状态，以使车辆在紧急刹车时不致失去方向性和稳定性。可安装在任何带液压刹车的汽车上。,霍尔转速传感器在汽车防抱死 装置（ABS）中的应用,若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生危险。用霍尔转速传感器
11、来检测和保持车轮的转动，有助于控制刹车力的大小和防止侧偏。,带有微型磁铁的霍尔传感器,钢质,霍尔,ABS系统在汽车上的分布图,汽车防抱死制动系统原理,ABS主要由轮速传感器、电子控制单元(ECU)和ABS执行器等组成。轮速传感器安装在汽车驱动轮上，连续不断地测取车轮的转速，并将这些信号传递给ECU, ECU将检测到的转速信号处理后,与预先存储在ECU中的参考值进行比较,如果车轮的角减速度急剧增大,表明该车轮即将抱死,ECU指示执行器降低该车轮制动轮缸的制动液压,车轮又恢复低速转动。,汽车防抱死制动系统原理（续）,当传感器的信号表明车轮又开始转动时，ECU又发出指令，提高车轮制动轮缸的制动液压力
12、，从而以脉冲形式（每秒约410次）进行制动压力的调节，将车轮的滑移率始终控制在最佳滑移率范围内，从而保证在制动过程中车轮与路面之间的地面制动力最大，保证制动时车轮的稳定性，提高安全性，延长刹车轮鼓、碟片和轮胎的使用寿命。,汽车防抱死制动系统原理示意图,电磁式轮速传感器的构造,1-电缆 2-永久磁铁 3-壳体 4-线圈 或霍尔元件 5-铁心 6-车轮转子,汽车ABS的安装位置,刹车装置,轮速传感器的结构,转子：转子是一个带齿的圆环，由磁阻较小的铁磁性材料制成，安装在随车轮一起转动的部件上，如半轴、轮毂或制动盘等，与车轮同步转动。 传感头：主要由永磁体磁芯、传感线圈和铁心（也可以用霍尔元件）等组成
13、。传感头安装在车轮附近，不随车轮转动的部件上，如半轴套管、转向节、制动底板等位置。,轮速传感器的工作原理及输出波形,采用线性霍尔传感器，输出频率 f 与轮速成正比。 高通滤波器滤除直流电压分量，放大器将剩余的交流信号加以放大，由斯密特触发器整形为TTL电平的矩形脉冲，传送到ECU。,或霍尔元件,轮速传感器的工作原理（续）,当转子的齿隙与传感头的极轴端部相对时，铁心端部与齿圈之间的空气隙最大，永磁体产生的磁力线就不容易通过齿轮，传感线圈周围的磁场就较弱； 当转子上的齿顶与传感头的极轴端部相对应时，极轴端部与齿圈之间的空气隙最小，永磁体所产生的磁力线就容易通过齿圈，霍尔传感器或感应线圈周围的磁场就
14、较强。当转子随同车轮转动时，转子的齿顶和齿隙交替地与传感头极轴端部相对，传感器周围的磁场随着发生强弱交替变化，在传感器中产生交变电压。计算交变电压的频率，即可确定车轮的转速和角减速度。,ABS的效果对比,用力紧急刹车（踩到底）时， ABS自动启动。,使用ABS后，改善刹车效果,使用ABS前，易发生“甩尾”,汽车防侧滑系统,汽车在行驶过程中必须保持驱动车轮在冰雪等易滑路面上的稳定性，并防止侧偏力的产生。在前后四个车轮中安装有车轮速度传感器（转速传感器）。当发生侧滑时，ECU分别控制有关车轮的制动控制装置及发动机功率，提高行驶的稳定性和转向操作性。,安装防侧滑传感器前后比较,防侧滑系统涉及到的的传
15、感器,汽车在雪地中的安全行驶有赖于防侧滑系统,ECU控制四轮独立悬挂避振系统,前悬挂,后悬挂,为了减小汽车在崎岖的道路上的颠簸，提高舒适性，ECU还能根据四个车轮的独立悬挂系统的受力情况，控制油压系统，调节四个车轮的高度，跟踪地面的变化，保持轿厢的平稳。,ECU控制防撞气囊,ECU用于防碰撞和控制安全气囊,传感器将速度、距离等与碰撞有关的参数传送给ECU。,汽车避撞系统原理框图,安 全 气 囊,ECU在接收到碰撞传感器的信号后，使折叠式安全气囊充气。,折叠式安全气囊,助力系统的扭矩传感器,ECU控制 方向盘的助力系统,电动助力转向系统EPS,目前汽车配置的助力转向系统大致可以分为3类： （1）
16、机械式液压动力转向系统；（2）电子液压助力转向系统；（3）电动助力转向系统。 电动助力转向系统(Electric Power Steering，EPS )是未来转向系统的发展方向。系统由电动助力机直接提供转向助力。系统工作时，转向传感器检测到转向轴上转动力矩和转向盘位置两个信号，与车速传感器测得的车速信号一起输入控制单元。ECU通过数据分析，决定转向方向和所需的最佳助力值，发出相应的指令给控制器，从而驱动电机，实现汽车轻巧的转向，节省了一部分发动机功率。 通过控制算法，可以改变电机的转矩，增强了转向跟随性，改善了转向回正特性，提高了操纵稳定性。,汽车性能测试仪表,汽车部件的检测,汽车性能测试仪
17、表,ECU模拟信号发生器,ECU历史记录读出器（汽车故障诊断仪）,汽车性能测试仪表,汽车尾气分析仪,电喷系统 测试仪,第四节 传感器在数控机床中的应用,传感器在数控机床中监视和测量机床的每一步工作过程和故障状态。,数控机床的 结构,数控机床的内部结构,9拖板 10Z轴滚珠丝杠 11Z轴进给伺服电动机 12Z轴光电编码器 13尾架,1床身 2主轴电动机 3主轴箱 4主轴 5回转刀架 6X轴进给伺服电动机 7X轴光电编码器 8X轴滚珠丝杠,位置检测装置在进给控制中的应用,光栅安装方式示意图（卸掉防护罩后） 1床身 2光栅尺 3扫描头 4滚珠丝杠-螺母副 5床鞍,接近开关在刀架选刀控制中的应用,a）
18、回转刀架 b）接近开关在回转刀架中的配置 c）选刀用接近开关及感应凸轮 1刀架 2壳体 3驱动电动机,接近开关在刀架选刀控制中的应用,霍尔 接近开关,回转刀架,数控机床使用的各种刀具的换刀,可以顺序从刀具车上自动取出刀具，夹紧，加工，松开，再自动放回刀具车上。,车床工件温度场在线监测原理框图,数控机床自动保护,（1）过热保护 :主要是监测一些轴温、压力油温、润滑油温、冷却空气温度、各个电动机绕组温度等 （2）工件夹紧力的检测：自动将毛坯送到主轴卡盘中并夹紧，夹紧力由压力传感器检测，当夹紧力小于设定值时，将导致工件松动，这时控制系统将发出报警信号，停止走刀。 （3）辅助系统状态检测：在润滑、液压
19、、气动等系统中，均安装有压力传感器、液位传感器、流量传感器，对这些辅助系统随时进行监控，保证数控机床的正常运行。,传感器在数控机床中的综合应用实例 汽轮机叶根槽数控铣床,项目概述： 汽轮机叶根槽数控铣床长12m、宽9.6m、高4.8m，左右工作台可同时加工工件。左边的刀具有四个自由度,即水平方向、垂直方向y、进退刀z 及工具自旋c。 右边的刀具也具有四个自由度u、v、w、d。大拖板还能带着刀架沿水平方向（r l、l l）大范围移动。,汽轮机是将水蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械，主要用作发电用的原动机。由转动部分和静止部分组成。转子包括主轴、叶轮、动叶片和联轴器等。静子包括进汽部分、汽
20、轮机缸、隔板和静叶栅、汽封及轴承等。,1000MW级超超临界汽轮机组,叶片,汽轮机的主轴与高、低压叶片,14级叶片,主轴,将汽轮机叶片安装到叶根槽中,叶根槽,叶片,正在安装的汽轮机,叶轮,主轴,轴承,汽轮机叶根槽数控铣床示意图,1右工作台 2工件拖架 3拖架压力油孔 4左工作台 5直线光栅 6、7、8直线磁栅 9温度传感器 10铣刀 11被加工毛坯 12工件夹具 13液压系统 14压力传感器 15上夹具压力油孔 16A轴驱动电动机 17分度头花盘及圆光栅,传感器在叶根槽铣床中的配置,整个系统共配备数十个传感器：六个磁栅传感器分别装在刀具的走刀系统内，用以测量刀具在、y、z及u、v、w六个方向的
21、直线位移量；两个角编码器装在床鞍内，通过蜗轮-蜗杆来将直线位移转换为角位移，从而测量床鞍在r l、l l方向的直线大位移；圆光栅安装在与被加工轴联动的分度花盘内，用来精密地测量工件的旋转角度；还有为数众多的温度传感器和压力传感器被安装在系统的各个重要部位，用以测量该部位的温度和压力。,被加工的转子叶根槽局部剖面图,1第一级叶轮 2叶根槽 3分度头花盘 4圆光栅,（1）转子转角的检测与控制,汽轮机转子毛坯被工件拖架支撑着，工件重量几十吨，水平方向均匀分布十几个叶轮，每个叶轮根部要铣出几十个叶根槽，用于镶嵌叶片。 叶根槽以相同的节距分布在叶轮的圆周上。 设某个叶轮需要加工60个叶根槽，则槽的节距为
22、6。为了保证分度的正确性，本系统在分度头花盘内安装了一个高准确度的圆光栅，用于测量工件旋转的角度。 设圆光栅直径为304.8mm(12in，1in=25.4mm)、转子的栅线数为720，则分辨力为1。当铣头在工件表面铣好一条槽后，工件要转动一个设定的角度（6），然后再进行固定，铣头接下去铣下一条槽。,毛坯工件转动的角度控制,空心穿轴式圆光栅中的“主光栅”与毛坯一同转动，“指示光栅”将测得的两相角位移数值传送给计算机，计算机将该数值与设定的位移值比较。若误差的绝对值小于等于2时，交流伺服电动机停转，从而完成角度的控制。 当系统某个环节出现故障，造成位移误差大于2时，计算机立即命令轴及y 轴停止走
23、刀，保证铣削不产生废品。,穿轴式圆光栅,毛坯工件转角的闭环伺服系统框图,1晶闸管调速电路 2交流伺服电动机 3直流测速发电机 4分度盘 5圆光栅,（2）毛坯工件夹紧与托起的检测,允许毛坯的最大质量为80t。加工前，先用吊车将毛坯准确地放置在托架上，压力油从上夹具压力油孔15中压入，上夹具在油压的作用下往下夹紧毛坯。 夹紧力由压力传感器检测。当压力等于设定值时，计算机发出指令，停止增压，并让、y、z轴解锁，之后允许刀具加工毛坯。 当发生故障，油压小于设定值导致夹紧力不足时，毛坯可能松动，影响铣削准确度，这时计算机将发出报警信号，、y、z方向停止走刀。,（2）工件夹紧与托起的检测（续）,当加工好一
24、条槽后，夹具减压、松开工件。接着，液压油转而从下托架压力油孔3压入，使毛坯与托架间形成约0.01mm厚的油膜，毛坯被托起，处于悬浮状态，所以只需要转动力矩较小的交流伺服电动机（力矩电动机）就能转动沉重的毛坯。 压力传感器检测压力油的压力，只有确认毛坯处于悬浮状态后才能启动交流伺服电机，以免堵转。,（3）刀具位置的检测与控制,刀具除了自旋外，还具有、y、z三个方向的自由度。在走刀系统中，装有三个对应的直线型磁栅传感器，它们的分辨力为1m。 刀具位置和运动的数值一方面在显示器上显示出来，另一方面不断地与设定值作比较。 当刀具达到设定值时停止走刀。 床鞍用于完成水平方向大行程的移动，它的位置由光电角
25、编码器通过蜗轮-蜗杆来测定。,空心轴角编码器及直线光栅,大拖板,刀架,（4）温度检测,整个系统有十几个测温点，主要是监测轴温、压力油温、润滑油温、冷却空气温度、各个电动机绕组温度等。多数测温点采用温度IC，少数高温点采用热电偶，这是因为温度IC不需要冷端补偿的缘故。 （三）系统的报警、故障自诊功能 由于测温点很多，所以多数测温点只向计算机提供超限信号，而不是具体的温度值。 由于某种原因导致A轴无法走刀，显示器可能会给操作者提示“A轴故障”的标志。操作者通过键盘输入指令，显示器将进一步提示“伺服系统故障”的标志。再进一步查询，显示器可能会显示“晶闸管故障”的标志，这样一步步查询，就可以找到较确切
26、的故障位置，大大缩减了排除故障的时间。,主轴电动机功率监控,随着刀具的磨损，机床主轴电动机的负荷增大，电动机的电流、电压将发生变化，导致功率P改变：利用这一变化规律，可实现对刀具磨损的自动监控。,第五节 传感器在机器人中的应用,机器人是一种自动化的机器，具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。 机器人传感器在机器人的控制中起了非常重要的作用，正因为有了传感器，机器人才具备了类似人类的知觉功能和反应能力。 工业机器人多借助伺服技术控制关节，可以利用人手对机器人进行动作示教。,机器人传感器分类,传感器在机器人身上的分布,球坐标工
27、业机器人示意图,1回转立柱 2摆动手臂 3手腕 4伸缩手臂,固定底座机器人的结构示意图,机器人内部传感器,实现运动部件的控制与自我保护 力：负荷力（力矩），惯性力 平衡： 走行机器人自身平衡控制 位置：直线，转角 角度：角编码器 速度：测速编码器 加速度：陀螺仪,机器人的外部传感器,视觉 简单视觉:对象的有无，孔、边线、拐角检测等 复合视觉：对象形状、大小、种类、对象位置、姿态、对象的缺欠、对象上的图样、文字的识别、图形指令识别； 触觉 简单触觉：确定工作对象是否存在、到位 复合触觉：确定对象尺寸、形状、表面状态、硬度、光滑,机器人的外部传感器,接近觉：对工作对象的非接触探测； 距离觉：检测距
28、对象的距离范围； 听觉： 简单听觉：波长频率单一,发声器单一,指令识别 复合听觉：异常状态检测,障碍物检测,语音理解 力觉： 简单力觉：沿一个方向测力，对象重量； 复合力觉：沿多个方向测力，倾斜平衡；,按照加工任务选择传感器,搬运：力，触觉，视觉 装配：力，触觉，视觉 喷漆：位置检测，对象识别 焊接：位置，速度 点焊：接近觉 弧焊：视觉,搬运码垛机器人,硅电容压觉传感器阵列,1柔性垫片层 2表皮层 3硅片 4衬底 5SiO2 6电容极板,硅电容压觉传感器的转换电路及波形,由若干个电容器均匀地排列成一个简单的电容器阵列。当手指握持物体时，外力作用于传感器，作用力通过表皮层和垫片层传到电容极板上，
29、从而引起电容的变化，经与标准值比较后输出指令给执行机构，使手指保持适当握紧力。,挠性十字梁式腕力传感器结构示意图,1-前手腕关节 2-十字框架 3-应变片 4-后手腕关节连接孔,用铝合金加工成十字框架，中心圆孔用于固定手腕关节，四个悬臂梁的外端固定在圆形前手腕关节的方形内侧孔中。当手腕关节与后手腕关节之间传递力矩时,十字梁就会产生变形。应变片贴于十字梁上,检测x，y，z三个方向的力Fx，Fy，Fz和力矩Tx，Ty，Tz。,光电式滑觉传感器的手爪及构造,a）手爪机构 b）夹持示意图 c）光电式滑觉传感器,1-被抓物 2-手爪 3-齿轮-齿条 4-手腕 5-驱动杆 6-滚筒 7-平直弹簧片 8-定
30、轴 9-码盘 10-发光二极管 11-光敏管,机器人的球形滑觉传感器,1滑动球 2被抓物 3软衬 4光电检测器,接触觉传感器,激光扫描法确定空间位置示意图,设A在图示的坐标系中的 坐标值为xA、yA和zA。经几何运算，得到景物A点 的坐标值为： xA=xA(btan+L1)/(xtan+Lf) yA=yA(btan+L1)/(xtan+Lf),激光器向景物所处的空间发射一束平行光束，遇到景物A点后反射，反射光束通过成像透镜后在CCD摄像机像面上成像A。,机器人的关节角度与位移,几种常用的机器人传感器,关节旋转角度、角速度检测：角编码器等； 接触力度检测：导电橡胶阵列等； 滑动检测：光电球栅等；
31、 腕力检测：应变片传感器等； 接近检测：电涡流（导电对象）、光电（反光对象）、超射波、红外（发热对象）等； 距离检测：激光、声纳、微波、GPS等；,能踢球的机器人,对运动的球类有正确反应的机器人,能打网球的机器人,机器人足球比赛,能行走的机器人,服务机器人,机器人伴舞,机器人奏乐,行走机器人的功能,能上台阶并避开障碍物的机器人,能自己站起来的机器人,军事机器人,排爆机器人,进攻型机器人,工业机器人,核工业机器人,汽车喷漆机器人,机器人的手,机械手在汽车加工中的应用,机械手按照设定的程序，在传感器的监视下，焊接和安装汽车部件。,激光焊接机械手,第六节 传感器在智能楼宇中的应用,自1984年建成第
32、一 座智能楼宇以来，智能楼宇在世界各国建筑物中的比例越来越大。智能楼宇或智能建筑（缩写IB）是信息时代的产物，是计算机及传感器应用的重要方面。 智能楼宇包括五大主要特征： 楼宇自动化（BA）、 防火自动化（FA）、 通信自动化（CA）、 办公自动化（OA）、 信息管理自动化（MA）。,对智能化建筑的要求,人们对智能化建筑的要求包括以下几个方面： 1）高度安全性的要求：包括防火、防盗、防爆、防泄漏等； 2）舒适的物理环境； 3）先进的通信设施与完备的信息处理终端； 4）电器与设备的自动化及智能化控制。 集成的楼宇管理系统能够使用网络化、智能化、多功能化的传感器和执行器，传感器和执行器通过数据网和
33、控制网连接起来，与通信系统一起形成整体的楼宇网络，并通过宽带网与外界沟通。,智能楼宇的管理、监控、通信系统,智能化建筑中的传感器,智能家居结构图,家居防盗,一、空调系统的监控,空调系统监控的目的是：既要提供温湿度适宜的环境，又要求节约能源。其监控范围为制冷机、热力站、空气处理设备（空气过滤、热湿交换）、送排风系统、变风量末端（送风口）等。,空调制冷机组示意图,1断路器 2独立的压缩机电机启动器 3压缩机电机接线箱 4冷水机动力盘 5控制箱 6放气 7压力表 8冷冻水泵 9冷凝器水泵 10冷冻水泵启动器 11冷凝水泵启动器 12冷却塔风扇启动器 13断路器 14油泵断路器,自动供热系统示意图,热
34、交换器,热交换器,二、给排水系统,给排水系统的监控和管理由现场监控站和管理中心来实现，其最终目的是实现管网的合理调度，保持适当的水压；监控系统还随时监视大楼的排水系统，并自动排水。 给排水系统的监控主要包括水泵的自动启停控制、水位、流量、压力的测量与调节；用水量和排水量的测量；污水处理设备运转的监视、控制、水质检测；节水程序控制；故障及异常状况的记录等。根据水箱和水池的高、低水位信号来控制水泵的启、停及进水控制阀的开关，并且进行溢水和停水的预警等。当水泵出现故障时，备用水泵则自动投入工作，同时发出报警信号。,给排水系统监控原理框图,变频控制供水机组,采用变频供水系统取代屋顶水箱，稳定水压。,排
35、污系统,污水处理,高效节能无堵塞排污泵,三、供配电与照明系统监控,智能楼宇的最大特点之一是节能。作为一个大型高级建筑物，灯光系统控制水平的高低直接反映了大楼的智能化水平。供配电系统对如下参数进行监视：电压、电流、视在功率、功率因数、频率等指标，并自动进行功率因数补偿；当传感器长期感应不到有人走动时，自动关闭该区域的灯光照明。 当楼宇内的供配电出现故障时，传感器和计算机必须在极短的时间里向监控中心报告故障的部位和原因，供电系统将立即起动UBS或自备发电机，向重要供电对象（例如计算机系统）提供电力，以免系统崩溃。,楼宇低压成套配电柜,机房在线式不间断电源(UPS)、 消防应急电源（EPS）,四、火
36、灾监视、控制系统,火情、火灾报警传感器主要有感烟传感器、感温传感器以及紫外线火焰传感器。从物理作用上区分，可分为离子型、光电型等；从信号方式区分，可分为开关型，模拟型及智能型等。还应及时将现场数据经控制网络向控制系统汇总。 获得火情后，系统经通信网络向有关职能部门报告火情，并对楼宇内的防火卷帘门、电梯、灭火器、喷水头、消防水泵、电动门等联动设备下达起动或关闭的命令，以使火灾得到即时控制，还应起动公共广播系统，引导人员疏散。,火灾与报警,火灾、安防监控系统,火灾报警联动控制器,火灾报警联动控制器由传感器和微处理器组成，采用了先进的软件结构和智能化网络分布处理技术，具备火灾探测、消防联动等功能。,
37、火灾报警联动控制器,火灾报警联动控制器能将智能楼宇的灾情自动传送到消防部门的计算机系统中。,火灾感知传感器及玻璃球洒水喷头,烟雾传感器,当发生火灾时，温度升高使玻璃球爆裂，高压自来水自动喷出。,五、门禁、防盗系统,出入口控制系统又叫门禁管理系统。 在楼宇内的主要管理区、 出入口、电梯厅、主要设备控制中心机房、贵重物品的库房等重要部位的通道口，安装门禁控制装置，由中心控制室监控。 各门禁控制单元一般由门禁读卡模块、智能卡读卡器、指纹识别器（今后可能还有视网膜识别器）、电控锁或电动闸门等部件组成。,刷卡门禁外形及内部电路,刷卡器,门禁的几个主要部件,门禁主要由如下部件组成： 读卡器、 门禁控制器、
38、 电磁门锁等。,门禁的使用,指纹门禁控制,刷卡门禁控制,视网膜门禁控制,虹膜识别与视网膜识别,虹膜是一种在眼睛中瞳孔内的织物状各色环状物。每一个虹膜都包含一个独一无二的基于像冠、水晶体、细丝、斑点、结构、凹点、射线、皱纹和条纹等特征的结构。据研究，没有任何两个虹膜是一样的。 虹膜识别的缺点：图像获取设备的尺寸较大，较昂贵；图像识别复杂；黑眼睛难读取； 视网膜属于一种固定的生物特征，不磨损、不老化、不受疾病影响；使用者无需与设备直接接触；较难欺骗，不易伪造。适用于安全级别较高的领域。 视网膜识别的缺点： 识别慢；红外线照射眼球可能会影响使用者健康，需要进一步研究降低功率；成本比指纹识别高很多。,
39、其他各种门禁系统,指纹门禁系统.,无线IC门禁系统,家居门禁识别系统,门禁网络连接图,指纹识别系统的应用,指纹保管箱 管理系统,智能建筑大门入口 指纹门禁管理,智能楼宇的电视监控,智能楼宇通常在人们无法或不宜直接观察的场合，安装电视监控系统。一台监视器可分割成十几个区域，以供工作人员观察十几个CCD摄像探头的信号，并自动将画面存储于计算机的硬盘内。采用MPEG4压缩技术，可达200M/路/小时，180G/16路/小时。 当画面静止不变时，所占用的字节数极少，可存储几个月以上的画面；当画面发生变化时，可给工作人员发出提示信号。使用计算机还便于调阅在此期间任何时段的画面，还可放大、增亮、锐化有关细
40、节。还可以由硬盘录像机内置的远程程序，直接进行modem传送。,智能楼宇的多画面电视监控,实时监控及可视对讲系统,实时监控系统的计算机数据历史记录,居室防盗报警系统的布置,防盗报警系统（续）,六、停车监控系统,在智能楼宇内，车库综合管理系统监控车辆的进入,指示停车位置,自动登录车牌号码、进出时间等信息。,地下停车场的智能管理,使用感应读卡器，可以在 1m 的之外读出进出车辆的信息。当车辆驶近入口时，地感线圈（电涡流线圈）感应到车辆的速度、长度，并启动CCD摄像机，将车牌影像摄入，并送到车牌图像识别器，形成进入车辆的车牌数据，存入管理系统的计算机内，并分配停车泊位。进库的车辆在停车引导灯的 指挥
41、下，停到规定的位置。,七、电梯的运行管理,电梯有垂直升降式和自动扶梯两大类。 轿厢是乘人、运货的设备。人、货进入轿厢后，随轿厢而到达所要求的楼层。轿厢的上下运动是由电动机、曳引机、曳引轮和配重等装置配合完成的。在电梯中，设置多个传感器用于电梯控制：如选层控制、电梯的平层控制、门系统控制等。,各种电梯,入口安全保护,电梯门有层门和轿门之分，层门设在每层的入口处，在层门旁有指示往上、往下的按钮；轿门设在轿厢靠近层门的一侧。层门和轿门的开启、关闭是同步进行的在电梯门的入口处都安装有安全保护装置。 多数电梯采用光电式保护装置。在轿门边上安装两道水平光电装置，选用对射式红外光电开关，对整个开门宽度进行检
42、测。在轿门关闭的过程中，只要乘客或货物遮断任一道光路,门都会重新开启,待乘客进入或离开轿厢后才继续完成关闭动作。,电梯光幕 保护示意图,1红外发射二极管阵列 2多路红外线 3红外接收光敏晶体管阵列 4轿厢门 5轿厢 6门侧防夹条,电梯夹住手或身体时，保护电路启动防夹程序,层门,轿门,电梯重新打开层门和轿门,电梯平层,电梯即将到达层门位置时，进入平层减速运行状态。经过多段减速，安装在轿厢外侧面的“楼层位置感应器”（也称平层感应器）开始进入“隔磁板”的区域。感应器可采用干簧管式、霍尔式、光电式等传感器。隔磁板的典型长度为250mm。安装时，取中点距离为125mm，称为“125mm爬行”。 以电梯下
43、行为例，PLC将所预设的125mm距离对应的角编码器脉冲数值与爬行开始的初始值进行比较，待两数值等同时，爬行停止，PLC令刹车装置动作，使轿厢准确地停止，进入开门状态。上行时的工作过程与下行相同。安装时，平层感应器和隔磁板必须上下微调，使电梯的轿厢的踏板恰好与楼层的地面齐平，并紧固。,电梯平层运行曲线,O-A:1.5ms加速段；A-B:匀速段；B-C:减速段； C-D:125mm爬行段；D-E:刹车段,电梯平层装置原理示意图,a）原理图 b）外形 1干簧管玻壳 2铁磁性簧片 3镀金触点 4安装在轿厢外壁的软铁片（隔磁板） 5永久磁铁 6隔磁板插槽,隔磁板与平层感应器的相对运动示意图,轿厢,隔磁板,隔磁板插槽,250m爬行,250mm 爬行结束,厢式电梯 曳引机,角编码器与电动机轴连接，用于测量、控制电梯平层及变频调速。,电磁抱闸,曳引轮,曳引钢绳,交流变频 曳引电动机,电梯控制柜,变频器,信号 接口板,PLC,交流接触器,空气 开关,接线端子,
