传感器原理及工程应用设计（论文）
磁电式传感器在汽车安全气囊中的应用
学生姓名：高娟
汽车的安全气囊指导教师：任爽
所在学院：信息技术学院
专业：电气工程及其自动化
中国·大庆
2011 年12 月
摘要
当今，随着科学技术以及社会经济的迅猛发展，汽车会愈加普及，提高其安全性是人们重点研究的课题。在对汽车碰撞的安全装置的研究中，人们主要的注意力集中在安全气囊上，而对安全气囊触发信号的发出者——传感器的深入研究还很不够。已开展研究的传感器有触发开关式、纯机械式、单点电子式
、侧撞式、应变式等，其种类繁多，用途不同。但由于对安全气囊的装置还没有国际标准，各国汽车协会根据现有试验数据和仿真技术提出了各自对安全气囊装置的标准。另一方面，由于汽车种类繁多，传感器安装在汽车上的位置不同，造成对传感器的要求标准不同。本文正是基于此种情况，提出设计了一种磁电式传感器，此传感器可安装在汽车任何位置上。该文论述了汽车安全气囊磁电式传感器的工作原理，并对传感器进行了结构设计和电路设计，同时对加工的传感器样机进行了模拟冲击实验。通过调整某些参数，识别峰值2
-和时间脉宽为ms
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0-的碰击加速度信号，在加速度峰值和时间脉
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宽同时满足要求的条件下，为气囊输出一触发信号，打开空气发生器，使气囊充气对人进行保护识，电路具有峰值和时间双重判别，该传感器是一种新型的汽车安全气囊传感器。
关键词: 汽车安全气囊电子磁电式传感器
目录
摘要............................................................. I 目录............................................................ II 前言........................................................... III 1磁电式传感器................................................ - 1 -
1.1磁电式传感原理........................................ - 1 -
1.2磁电式传感器结构...................................... - 2 -
1.3钟形脉冲信号.......................................... - 3 -
1.4判别电路.............................................. - 4 -
1.5传感器测量电路........................................ - 4 - 2冲击试验.................................................... - 6 - 3磁电式传感器在实际中的应用.................................. - 8 - 结束语...................................................... - 11 - 参考文献.................................................... - 12 -
前言
磁电式传感器也称作电动式传感器，或感应式传感器，它只适合进行动态测量。由于它有较大的输出功率，故配用电路较简单；零位及性能稳定；工作频带一般为10～1000Hz。磁电式传感器具有双向转换特性，利用其逆转换效应可构成力(矩)发生器和电磁激振器等。磁电式传感器主要用于振动测量，其中惯性式传感器不需要静止的基座作为参考基准，它直接安装在振动体上进行测量，因而在地面振动测量及机载振动监视系统中获得了广泛的应用。安全气囊一般由传感器、电控单元、气体发生器等组成，由传感器感受汽车碰撞强度，并将感受到的信号传送到控制器，控制器接收传感器的信号并进行处理，当它判断有必要打开气囊时，立即发出点火信号以触发气体发生器，气体发生器接收到点火信号后，迅速点火井产生大量气体给气囊充气。
安全气囊最重要的指标是可靠性，为了提高安全气囊系统的可靠性，该系统一般有左右挡板传感器各一个，还有一个传感器放在含有诊断模块的控制器中，当发生前面碰撞时，两个挡板传感器中只要有一个闭合，诊断模块就会根据送来的信号进行处理和判断，认为有必要点火后时即发出点火信号使气囊充气。此系统由一个传感器激活，该传感器用于监视碰撞中汽车速度减小的程度。该文涉及的磁电式传感器，调整某些参数，识别峰值2
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和时间脉
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宽为ms
0-的碰击加速度信号，在加速度峰值和时间脉宽同时满足要求的条20
件下，为气囊输出一个触发信号，打开空气发生器，使气囊充气对人进行保护识，电路具有峰值和时间双重判别，该传感器是一种新型的汽车安全气囊传感器。在碰撞发生的早期，安全气囊开始充气，安全充气大约需要0.03秒。安全气囊可以非常快的速度充气十分重要，这能确保当乘客的身体被安全带束缚不动而头部仍然向前行进时，安全气囊能及时到位。
磁电式传感器可应用于航空发动机、各种大型电机、车辆、空气压缩机、机床等，其振动监测与研究都可使用磁电式传感器。而对磁电式传感器的深入研究将对气囊的日趋智能化产生积极的意义，对提高其安全性能有着极重要的促进作用，在汽车这一交通工具愈加普及的当代为提高人们的乘车安全系数做出了重要的贡献。
1磁电式传感器
1.1磁电式传感原理
磁电感应式传感器是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端输出感应电动势，因此它是一种机——电能量转换型传感器，不需要供电电源，直接从被测物体吸取机械能量并转换成电信号输出，属于有源传感器。它电路简单、性能稳定、输出阻抗小、输出功率大且性能稳定，具有一定的工作频率响应范围()Hz 100010--，适应于振动、转速、扭矩等测量。
基本原理：磁电感应式传感器是以电磁感应原理为基础的，根据电磁感应定律，线圈两端的感应电动势正比于线圈所包围的磁链对时间的变化率，即
⎪⎭⎫ ⎝
⎛Φ-=-=dt d W dt d e ϕ            式中：--W 线圈匝数；
--Φ线圈所包围的磁通量。
若线圈相对磁场运动为速度v 或角速度ω，磁路系统产生恒定的直流磁场，磁路中的工作气隙固定不变，因而气隙中磁通也是恒定不变的。当壳体随被测振动体一起振动时，由于弹簧较软，运动部件质量相对较大，当振动频率足够高（远大于传感器固有频率）时，运动部件惯性很大，来不及随振动体一起振动，近乎静止不动，振动能量几乎全被弹簧吸收，永久磁铁与线圈之间的相对运动速度接近于振动体振动速度，磁铁与线圈的相对运动切割磁力线， 从而产生感应电势为 ：
WBlv e -=
ωWBS e -=
式中：--l 每匝线圈的平均长度；
--B 线圈所在磁场的磁感应强度；
--S 每匝线圈的平均截面积。
在传感器中，当结构参数确定后，即B 、l 、W 、S 均为定值，那么感应电动势e 与线圈相对磁场的运动速度()ω或v 成正比。