另类传感器观念：汽车传感器（2）

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别忘了场论

　　虽然检测座位压力和图像传感都是有效的方法，但是一种更微妙的方法则是 Freescale Semiconductor 公司（曾是 Motorola 公司的一部分）和 Elesys 公司合作研制的一种系统的基础。这种方法就是“电场传感”，它利用各种物体因具有带电原子而产生的电场。电场传感是一种 3D 图像传感形式，利用多个电极收集到的信号来“描绘”座位占用情况。

　　Freescale 公司的 MC33794 是此类电场传感器的核心（图 2）。它内部有一个120kHz 振荡器，可将信号通过一个内部电阻器发送到传感器的各个电极。内部电阻器上的电压降是电极对地电容的函数。这种加在MC33794 的 9 个电极上的电容性负荷构成了被传感的电场。

图2，Freescale 公司的传感器使用一个 120kHz 振荡器，通过多个点检测电场，从而检测乘客。它还可以检测水汽和其它现象。

　　电场传感法的关键是天线。一付典型的天线位于距离MC33794 及其相关电子电路 1~2 米远的地方，尺寸大约是鼠标垫那么大。汽车制造商可以使用作为轿车座位一部分的导电性泡沫塑料来制造天线。通向天线的传输线路中的杂散干扰可能使预想的天线区域信号变模糊，为了把这种干扰降至最低程度，MC33794 能主动驱动屏蔽装置来降低负荷，这与电压表的灵敏模拟输入端上的保护输入类似。

　　霍尔效应和电场传感都不只是处理乘客区中的体积占用情况。这两种传感器可能是轿车乘客用来启动仪表板控制器、车窗和其它功能的无触点开关和按钮的核心。从理论上说，这种方法可以提高可靠性和延长工作寿命，并避免由于触点侵蚀、污垢积累、机械应力而造成的各种问题。电场传感还能检测挡风玻璃上的水或水汽。

　　在所有这些可供选择的占用情况检测方法中，哪一种最好？如以往任何时候一样，答案是“得看情况”。每一种技术在成本、布局和性能一致性方面各有利弊。例如，您必须在汽车设计周期的早期，仔细地把霍尔传感器或电场传感器设计到座位中。 相比之下，您可以在更晚的阶段增加红外线传感器。然而，环境温度和照明会影响红外线传感器，因此设计师必须补偿这些影响，还要了解如果传感器未得到适当控制，充足的阳光会带来哪些性能限制和影响。可见光成像器在日光下没问题，但必须具有适合于从充足阳光环境到阴影环境的动态范围。

它是自己的环境

　　在乘客区内，除了座位是否被占用问题之外，还有其他的问题。与照明、温度、气流以及各种助力附件有关的问题都会影响乘客的舒适、感觉和安乐感。今天的轿车配备了多种微型助力电动机，用来实现反光镜控制和座位位置控制等各种功能。这些电动机通常是无刷型的，配备起反馈作用的霍尔效应传感器。把所有这些功能与轿车的神经系统联系起来，则是另一项挑战（见附文《也许会用在公共汽车上》）。

　　车内供暖和空调在汽车中早已很普遍了，但如今的高级汽车乘客期望通过座位升温和降温来体验更加个性化的感受。（当然，如果您处于沙漠地区，那么座位降温就不只是一种方便了。）现有好几种方法可提供这些座位上的物质享受。在座位内部或附近的内置线圈会产生热量，一个小型吹风机把加热的空气送到座位表面。从机械角度而言，降温更加困难，这是因为通过座位中的微型管道系统来输送冷却空气是一个难题。一些厂商正在座位下面使用珀耳帖效应冷却器来产生冷却空气，然后再由系统迫使冷却空气流过多孔的座位织物。

　　无论您使用哪种方法，都要考虑两个有关传感器的问题。第一个问题是显而易见的：测量座位温度，以便控制升温和降温。另外，微型气流电动机（通常是无刷电动机）需要霍尔效应器件等传感器来管理电动机的旋转，并向闭环控制提供反馈。

　　然而，轿车需要知道的不仅仅是座位的温度。即使汽车没有座位升温和降温功能，闭环气候控制也需要知道乘客体温或车内部温度。一种方法是安装一个小型风扇，把乘客区的温度吹入仪表板，然后经过一个温度传感器。但是这种方法需要仪表板上有一个受到保护的孔以及一个占用空间的风扇，并且它告诉您的温度是空气的温度，而不是乘客的体温。另一种方法是，一些汽车制造商目前正在利用齐平地安装在仪表板面板中的聚焦红外线传感器，来直接检测司机和乘客的皮肤温度。为了进一步改进气候控制系统，Hamamatsu 公司的 S3689 宽角光电传感器（在960纳米波长上具有峰值响应）等元件可以测量车内由阳光引起的热负荷。（图 3）。

图3，汽车内部的任何一个方面都没有小到可以忽视的程度。Hamamatsu 公司的 S3689 红外线传感器根据车内气候控制系统正在处理的热负荷输出一个信号。