畢業(yè)論文---傳感器在機(jī)電一體化中的應(yīng)用

1、<p><b>　　畢 業(yè) 論 文</b></p><p>　　題 目： 傳感器在機(jī)電一體化中的應(yīng)用 </p><p>　　系 部： 測(cè)控與機(jī)電工程系</p><p>　　專 業(yè)： 機(jī)電一體化</p><p>　　班 級(jí)： 機(jī)電09-2班</p><p&g

2、t;　　學(xué) 號(hào)： 092032044</p><p><b>　　學(xué)生姓名： </b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p>　　完成日期： 2011.12.23——2012.2.27</p><p><b>　　內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院</b

3、></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文、專題實(shí)驗(yàn))任務(wù)書(shū)</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文、專題實(shí)驗(yàn))更換選題申請(qǐng)單</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，傳感器處系統(tǒng)之首，其作用相當(dāng)于系統(tǒng)感受器官，能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴(yán)酷環(huán)境考驗(yàn)，是機(jī)電一體化系統(tǒng)達(dá)

4、到高水平的保證。如缺少這些傳感器對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)和對(duì)信息精確而可靠的自動(dòng)檢測(cè)，系統(tǒng)的信息處理、控制決策等功能就無(wú)法談及和實(shí)現(xiàn)。文章概述傳感器研究現(xiàn)狀與發(fā)展，探討傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用，并分析傳感器技術(shù)發(fā)展的若干問(wèn)題及發(fā)展方向。</p><p>　　關(guān)鍵詞：傳感器技術(shù)，機(jī)電一體化，應(yīng)用</p><p><b>　　Abstract</b></p><

5、;p>　　In mechatronic systems, sensor system for the first time, the role of the equivalent system receptors, can be fast, accurate access to information and be able to withstand the harsh environment test, mechanical a

6、nd electrical integration system to achieve a high level of assurance. The lack of these sensors on the system status and information accurate and reliable automatic detection, information processing system, control of d

7、ecision-making function cannot be talked about. The article provides</p><p>　　Key words：sensor technology、electromechanical integration、application.</p><p><b>　　目 錄</b></p>

8、<p>　　緒 論 ........................................................................................................................ 1</p><p>　　第一章 傳感器的基本知識(shí) .............................................

9、......................................... 2</p><p>　　1.1 傳感器的分類及特性 ....................................................................................... 2</p><p>　　1.2 常用傳感器的類型及特點(diǎn) ............

10、.................................................................... 2</p><p>　　第二章 常用傳感器的類型、特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)及用途 .................................................. 5</p><p>　　2.1 電阻式傳感器 ...................

11、............................................................................... 5</p><p>　　2.2 電容式傳感器 .................................................................................................. 7</

12、p><p>　　2.3 電感式傳感器 .................................................................................................. 8</p><p>　　2.4 壓電式傳感器 .........................................................

13、........................................ 9</p><p>　　2.5 霍爾式傳感器 ................................................................................................ 11</p><p>　　第三章 傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用 ..

14、....................................................... 13</p><p>　　3.1 傳感器在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用 ....................................................................... 13</p><p>　　3.2 傳感器在機(jī)械制造中的應(yīng)用 .......

15、.................................................................... 13</p><p>　　第四章 機(jī)電一體化系統(tǒng)中傳感器的選擇 ............................................................ 14</p><p>　　4.1 數(shù)控機(jī)床對(duì)傳感器的要求 .....

16、......................................................................... 14</p><p>　　4.2 位移的檢測(cè) ................................................................................................... 14</p>

17、;<p>　　4.3 位置的檢測(cè) ................................................................................................... 15</p><p>　　4.4 速度的檢測(cè) .............................................................

18、...................................... 16</p><p>　　4.5 壓力的檢測(cè) ................................................................................................... 16</p><p>　　4.6 溫度的檢測(cè) ...........

19、........................................................................................ 16</p><p>　　4.7 刀具磨損的監(jiān)控 ............................................................................................ 1

20、7</p><p>　　第五章 傳感器技術(shù)的現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì) ............................................................ 18</p><p>　　5.1 微型化 ...................................................................................

21、........................ 18</p><p>　　5.2 智能化 ........................................................................................................... 19</p><p>　　5.3 多功能傳感器 ..................

22、............................................................................. 21</p><p>　　5.4 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化 ................................................................................................... 23 <

23、/p><p>　　5.5 新材料開(kāi)發(fā) ................................................................................................... 24</p><p>　　參考文獻(xiàn) .............................................................

24、...................................................... 26</p><p>　　附 錄......................................................................................................................... 27致 謝 .......

25、................................................................................................................ 28</p><p><b>　　緒 論</b></p><p>　　對(duì)于傳感器的研究始于本世紀(jì)30年代。當(dāng)今，在世界范圍內(nèi)掀起一股“傳感

26、器熱”，各先進(jìn)工業(yè)國(guó)都極為重視傳感技術(shù)和傳感器研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。傳感技術(shù)已成為重要的現(xiàn)代科技領(lǐng)域，傳感器及其系統(tǒng)生產(chǎn)已成為重要的新興行業(yè)。</p><p>　　傳感器技術(shù)是一項(xiàng)當(dāng)今世界令人矚目的迅猛發(fā)展起來(lái)的高新技術(shù)之一，也是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志，它與通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)成信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱。如果說(shuō)計(jì)算機(jī)是人類大腦的擴(kuò)展,那么傳感器就是人類五官的延伸，當(dāng)集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展時(shí)，人們才逐步認(rèn)識(shí)信

27、息攝取裝置——傳感器沒(méi)有跟上信息技術(shù)的發(fā)展而驚呼“大腦發(fā)達(dá)、五官不靈”。 </p><p>　　傳感器技術(shù)是測(cè)量技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)、微電子學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、精密機(jī)械、仿生學(xué)、材料科學(xué)等眾多學(xué)科相互交叉的綜合性高新技術(shù)密集型前沿技術(shù)之一。如今它已經(jīng)滲透到生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域，從尖端武器裝備、航空航天技術(shù)，到機(jī)械設(shè)備、工業(yè)過(guò)程控制、交通運(yùn)輸、紡織印刷、家用電器、醫(yī)療衛(wèi)生、辦公設(shè)備及環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域

28、，均得到廣泛應(yīng)用，在機(jī)電一體化技術(shù)革命中正在發(fā)揮重要作用。</p><p><b>　　傳感器的基本知識(shí)</b></p><p>　　從20世紀(jì)80年代起，逐步在世界范圍內(nèi)掀起一股“傳感器熱”，各先進(jìn)工業(yè)國(guó)都極為重視傳感技術(shù)和傳感器研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。傳感技術(shù)已成為重要的現(xiàn)代科技領(lǐng)域，傳感器及其系統(tǒng)生產(chǎn)已成為重要的新興行業(yè)，文章概述傳感器研究現(xiàn)狀與發(fā)展，探討傳感器在機(jī)電

29、一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用，并分析我國(guó)傳感器技術(shù)發(fā)展的若干問(wèn)題及發(fā)展方向。</p><p>　　1.1 傳感器的分類及特性</p><p>　　傳感器一般由敏感元件，轉(zhuǎn)換元件及基本轉(zhuǎn)換電路三部分組成。①傳感器按其測(cè)量對(duì)象可分為檢測(cè)機(jī)電一體化系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的內(nèi)部信息傳感器及系統(tǒng)外部環(huán)境狀態(tài)的外部信息傳感器。②傳感器按控工作機(jī)理可分制電動(dòng)機(jī)可以分為物理型和結(jié)構(gòu)型。③傳感器按能量源分類可分為無(wú)源型和有源型

30、。④按輸出信號(hào)的性質(zhì)可將傳感器分為開(kāi)關(guān)型，模擬型和數(shù)字型。</p><p>　　傳感器的特性主要是指輸出與輸入之間的關(guān)系，有靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性之分。傳感器的靜態(tài)特性；當(dāng)傳感器的輸入量為常量或隨時(shí)間作緩慢變化時(shí)，傳感器的輸出與輸入之間的關(guān)系稱為靜態(tài)特性。傳感器的動(dòng)態(tài)特性；傳感器的輸出量對(duì)于隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性稱為傳感器的動(dòng)態(tài)特性。</p><p>　　1.2 常用傳感器的類型及特點(diǎn)&

31、lt;/p><p>　　1.2.1 電阻式傳感器</p><p>　　電阻式傳感器就是利用一定的方式將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)化為敏感元件電阻值的變化，進(jìn)而通過(guò)電路變成電壓或電流信號(hào)輸出的一類傳感器?？捎糜诟鞣N機(jī)械量和熱工量的檢測(cè)，這類傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，性能穩(wěn)定，受環(huán)境影響小，不需放大?；€變阻器式傳感器精度可達(dá)0.1％。</p><p>　　目前，常用的電阻傳感器主要有電

32、阻應(yīng)變片、熱電阻、光敏電阻、氣敏電阻和濕敏電阻等幾大類。</p><p>　　1.2.2 電容式傳感器</p><p>　　電容式壓力傳感器是一種利用電容敏感元件將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成與之成一定關(guān)系的電量輸出的壓力傳感器。它一般采用圓形金屬薄膜或鍍金屬薄膜作為電容器的一個(gè)電極，當(dāng)薄膜感受壓力而變形時(shí)，薄膜與固定電極之間形成的電容量發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量電路即可輸出與電壓成一定關(guān)系的電信號(hào)。電容式壓力

33、傳感器屬于極距變化型電容式傳感器，可分為單電容式壓力傳感器和差動(dòng)電容式壓力傳感器，這種傳感器溫度穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，可進(jìn)行非接觸測(cè)量，然而，輸入阻抗高，負(fù)載能力差。電容式傳感器精度可達(dá)0.01％。</p><p>　　1.2.3 電感式傳感器</p><p>　　利用利用電磁感應(yīng)原理將被測(cè)非電量（如位移、壓力、流量、振動(dòng)等）轉(zhuǎn)換成線圈自感系數(shù)L或互感系數(shù)M的變化，再由測(cè)量電路轉(zhuǎn)

34、換為電壓或電流的變化量輸出。</p><p>　　磁路的總磁阻可表示為：</p><p><b>　?。ü?）</b></p><p>　　近似計(jì)算出線圈的電感量為：</p><p><b>　　（公式2）</b></p><p>　　圖1.1 變氣隙式自感傳感器結(jié)構(gòu)<

35、;/p><p>　　電感式傳感器無(wú)活動(dòng)觸點(diǎn)、可靠度高、壽命長(zhǎng)；分辨率高；靈敏度高；線性度高、重復(fù)性好；測(cè)量范圍寬(測(cè)量范圍大時(shí)分辨率低)；無(wú)輸入時(shí)有零位輸出電壓，引起測(cè)量誤差；對(duì)激勵(lì)電源的頻率和幅值穩(wěn)定性要求較高；不適用于高頻動(dòng)態(tài)測(cè)量。</p><p>　　1.2.4 壓電式傳感器</p><p>　　基于壓電效應(yīng)的傳感器。是一種自發(fā)電式和機(jī)電轉(zhuǎn)換式傳感器。它的敏感元件

36、由壓電材料制成。壓電材料受力后表面產(chǎn)生電荷。此電荷經(jīng)電荷放大器和測(cè)量電路放大和變換阻抗后就成為正比于所受外力的電量輸出。壓電式傳感器用于測(cè)量力和能變換為力的非電物理量，如壓力、加速度等。它的優(yōu)點(diǎn)是頻帶寬、靈敏度高、信噪比高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠和重量輕等。缺點(diǎn)是某些壓電材料需要防潮措施，而且輸出的直流響應(yīng)差，需要采用高輸入阻抗電路或電荷放大器來(lái)克服這一缺陷。配套儀表和低噪聲、小電容、高絕緣電阻電纜的出現(xiàn)，使壓電傳感器的使用更為方便。它廣泛

37、應(yīng)用于工程力學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、電聲學(xué)等技術(shù)領(lǐng)域。</p><p>　　1.2.5 霍爾傳感器</p><p>　　霍爾傳感器是一種基于霍爾效應(yīng)的磁電傳感器，由于半導(dǎo)體比金屬有高得多的霍爾系數(shù)，故用半導(dǎo)體制成的霍爾傳感器具有對(duì)磁場(chǎng)敏感度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便等特點(diǎn)。不僅用于測(cè)量電流、電壓、功率和磁感應(yīng)強(qiáng)度等電磁參數(shù)，在非電量測(cè)量技術(shù)中還廣泛用于測(cè)量直線位移、角位移與壓力等非電量。霍爾傳感器是一種

38、很好的檢測(cè)控制元件，當(dāng)控制電流不變時(shí)，霍爾輸出的電壓與磁場(chǎng)大小成正比，可用來(lái)測(cè)定傳感器周圍的磁場(chǎng)。當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度固定時(shí)，則可測(cè)量霍爾片的電流、電壓等電參。利用霍爾電動(dòng)勢(shì)來(lái)控制電流與磁場(chǎng)大小的乘積則可制成各種運(yùn)算器。對(duì)非電量測(cè)量則是通過(guò)改變霍爾片在磁場(chǎng)中的位置來(lái)改變參量α，從而改變輸出霍爾電動(dòng)勢(shì)來(lái)測(cè)量位移、壓力、加速度等。</p><p>　　在靜止?fàn)顟B(tài)下，具有感受磁場(chǎng)的獨(dú)特能力，并且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、噪聲小、頻率

39、范圍寬(從直流到微波)、動(dòng)態(tài)范圍大(輸出電勢(shì)變化范圍可達(dá)1000:1)、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。</p><p>　　1.2.6 電化學(xué)式傳感器    電化學(xué)式傳感器是以離子導(dǎo)電為基礎(chǔ)制成，根據(jù)其電特性的形成不同，電化學(xué)傳感器可分為電位式傳感器、電導(dǎo)式傳感器、電量式傳感器、極譜式傳感器和電解式傳感器等。電化學(xué)式傳感器主要用于分析氣體、液體或溶于液體的固體成分、液體的酸堿度、電導(dǎo)率及氧化還原電

40、位等參數(shù)的測(cè)量。   另外，根據(jù)傳感器對(duì)信號(hào)的檢測(cè)轉(zhuǎn)換過(guò)程，傳感器可劃分為直接轉(zhuǎn)換型傳感器和間接轉(zhuǎn)換型傳感器兩大類。前者是把輸入給傳感器的非電量一次性的變換為電信號(hào)輸出，如光敏電阻受到光照射時(shí)，電阻值會(huì)發(fā)生變化，直接把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出；后者則要把輸入給傳感器的非電量先轉(zhuǎn)換成另外一種非電量，然后再轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，如采用彈簧管敏感元件制成的壓力傳感器就屬于這一類，當(dāng)有壓力作用到彈簧管時(shí)，彈簧管產(chǎn)生形變，傳感器再

41、把變形量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。 </p><p>　　第二章 常用傳感器的類型、特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)及用途</p><p>　　傳感器已廣泛應(yīng)用于航天、航空、國(guó)防科研、信息產(chǎn)業(yè)、機(jī)械、電力、能源、交通、冶金、石油、建筑、郵電、生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)保、材料、災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)防、農(nóng)林、漁業(yè)生產(chǎn)、食品、煙酒制造、機(jī)器人、家電等諸多領(lǐng)域,可以說(shuō)幾乎滲透到每個(gè)領(lǐng)域。下面，我就幾類基本類型的傳感器做些介紹：</p>

42、<p>　　2.1 電阻式傳感器</p><p>　　電阻式傳感器是把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種傳感器.按工作的原理可分為：變阻器式、電阻應(yīng)變式、熱敏式、光敏式、電敏式。</p><p>　　2.1.1 變阻器式傳感器</p><p>　　變阻器式傳感器的等效電路如圖2.1：</p><p><b>　　圖2.1<

43、;/b></p><p>　　如果電阻絲的直徑和材料確定，單位位移的電阻值為一常數(shù)，傳感器的輸出與輸入成線性關(guān)系。</p><p>　　變阻式傳感器又稱為電位器式傳感器。它們是由電阻元件及電刷(活動(dòng)觸點(diǎn))兩個(gè)基本部分組成。電刷相對(duì)于電阻元件的運(yùn)動(dòng)可以是直線運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和螺旋運(yùn)動(dòng)，因而可以將直線位移或角位移轉(zhuǎn)換為與其成一定函數(shù)關(guān)系的電阻或電壓輸出。</p><p>

44、;　　這類傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，性能穩(wěn)定。受環(huán)境影響小。不需放大。滑線變阻器式傳感器精度可達(dá)0.1％。</p><p>　　在生活中，應(yīng)用實(shí)例諸多，如重量的自動(dòng)檢測(cè)--配料設(shè)備、煤氣包儲(chǔ)量檢測(cè)等。</p><p>　　2.1.2 電阻應(yīng)變式傳感器</p><p>　　電阻應(yīng)變式傳感器由彈性敏感元件、電阻應(yīng)變計(jì)、補(bǔ)償電阻和外殼組成，可</p><

45、p>　　根據(jù)具體測(cè)量要求設(shè)計(jì)成多種結(jié)構(gòu)形式。彈性敏感元件受到所測(cè)量的力而產(chǎn)生變形，并使附著其上的電阻應(yīng)變計(jì)一起變形。電阻應(yīng)變計(jì)再將變形轉(zhuǎn)換為電阻值的變化，從而可以測(cè)量力、壓力、扭矩、位移、加速度和溫度等多種物理量。</p><p>　　金屬應(yīng)變片的電阻相對(duì)變化為 ， 稱為金屬電阻絲的軸向應(yīng)變，簡(jiǎn)稱縱向應(yīng)變。稱為電阻絲的徑向應(yīng)變，簡(jiǎn)稱橫向應(yīng)變。當(dāng)電阻絲沿橫向伸長(zhǎng)時(shí)，兩者之間的關(guān)系為，其中為電阻絲材料的泊桑比，

46、，則，金屬電阻材料的很小，即其壓阻效應(yīng)很弱，這樣上式可簡(jiǎn)化為，其靈敏度為。為了將電阻應(yīng)變式傳感器的電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號(hào)，在應(yīng)用中一般采用電橋電路作為其測(cè)量電路。電橋電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、測(cè)量范圍寬、線性度好且易實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)葍?yōu)點(diǎn)。能較好地滿足各種應(yīng)變測(cè)量要求，因此在應(yīng)變測(cè)量中得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　電橋電路按輔助電源分有直流電橋和交流電橋，由于直流電橋的輸出信號(hào)在進(jìn)一步放大時(shí)易產(chǎn)生零

47、漂，故交流電橋的應(yīng)用更為廣泛。直流電橋只用于較大應(yīng)變的測(cè)量，交流電橋可用于各種應(yīng)變的測(cè)量。</p><p>　　電橋電路按其工作方式分有單臂、雙臂和全橋三種 圖2.2。</p><p>　　半橋單臂 b)半橋雙臂 c)全橋</p><p>　　圖2.2 直流電橋的連接方式</p><p>

48、　　金屬應(yīng)變片的穩(wěn)定性和溫度特性好，但其靈敏度??；而半導(dǎo)體應(yīng)變片應(yīng)變靈敏度大;體積小;能制成具有一定應(yīng)變電阻的元件，但它的缺點(diǎn)是溫度穩(wěn)定性和可重復(fù)性不如金屬應(yīng)變片。</p><p>　　它的應(yīng)用實(shí)例如橋梁固有頻率測(cè)量、電子稱、桶式測(cè)力傳感器等。</p><p><b>　　圖2.3 電子稱</b></p><p>　　2.2 電容式傳感器&l

49、t;/p><p>　　把被測(cè)的機(jī)械量，如位移、壓力等轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器。電容量為當(dāng)被測(cè)參數(shù)變化使得上式中的A、d 或 發(fā)生變化時(shí)，電容量C也隨之變化。若保持其中兩個(gè)參數(shù)不變，而僅改變其中一個(gè)參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，通過(guò)測(cè)量電路就可轉(zhuǎn)換為電量輸出。</p><p>　　電容式傳感器的等效電路如 圖2.4：</p><p><b>　　圖

50、3.4</b></p><p>　　電容式傳感器的測(cè)量電路同樣為電橋電路，如圖2.5：</p><p><b>　　圖3.5</b></p><p>　　電容式傳感器的溫度穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，可進(jìn)行非接觸測(cè)量，</p><p>　　然而，輸入阻抗高，負(fù)載能力差。電容式傳感器精度可達(dá)0.01％。&l

51、t;/p><p>　　其運(yùn)用實(shí)例有電容傳聲器、轉(zhuǎn)速測(cè)量、電容測(cè)厚儀、電容式油量表等。</p><p>　　2.3 電感式傳感器</p><p>　　電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)把被測(cè)的物理量如位移，壓力，流量，振動(dòng)等轉(zhuǎn)換成線圈的自感系數(shù)和互感系數(shù)的變化，再由電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出，實(shí)現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。電感式傳感器具有以下特點(diǎn)： </p><

52、;p>　　(1) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳感器無(wú)活動(dòng)電觸點(diǎn)，因此工作可靠壽命長(zhǎng)。 </p><p>　　(2) 靈敏度和分辨力高，能測(cè)出0.01微米的位移變化。傳感器的輸出信號(hào)強(qiáng)，電壓靈敏度一般每毫米的位移可達(dá)數(shù)百毫伏的輸出。</p><p>　　(3) 線性度和重復(fù)性都比較好，在一定位移范圍(幾十微米至數(shù)毫米)內(nèi)，傳感器非線性誤差可達(dá)0.05%~0.1%。同時(shí)，這種傳感器能實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)距離傳輸

53、、記錄、顯示和控制，它在工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中廣泛被采用。但不足的是，它有頻率響應(yīng)較低，不宜快速動(dòng)態(tài)測(cè)控等缺點(diǎn)。 </p><p>　　電感式傳感器種類很多，常見(jiàn)的有自感式，互感式和渦流式三種圖</p><p><b>　　圖2.6</b></p><p>　　圖2.6中介紹的是自感式傳感器。由鐵心和線圈構(gòu)成的將直線或角位移的變化轉(zhuǎn)換為線圈電感量變

54、化的傳感器，又稱電感式位移傳感器。這種傳感器的線圈匝數(shù)和材料導(dǎo)磁系數(shù)都是一定的，其電感量的變化是由于位移輸入量導(dǎo)致線圈磁路的幾何尺寸變化而引起的。當(dāng)把線圈接入測(cè)量電路并接通激勵(lì)電源時(shí)，就可獲得正比于位移輸入量的電壓或電流輸出。電感式傳感器的特點(diǎn)是：①無(wú)活動(dòng)觸點(diǎn)、可靠度高、壽命長(zhǎng)；②分辨率高；③靈敏度高；④線性度高、重復(fù)性好；⑤測(cè)量范圍寬(測(cè)量范圍大時(shí)分辨率低)；⑥無(wú)輸入時(shí)有零位輸出電壓，引起測(cè)量誤差；⑦對(duì)激勵(lì)電源的頻率和幅值穩(wěn)定性要求較

55、高；⑧不適用于高頻動(dòng)態(tài)測(cè)量。電感式傳感器主要用于位移測(cè)量和可以轉(zhuǎn)換成位移變化的機(jī)械量(如力、張力、壓力、壓差、加速度、振動(dòng)、應(yīng)變、流量、厚度、液位、比重、轉(zhuǎn)矩等)的測(cè)量。常用電感式傳感器有變間隙型、變面積型和螺管插鐵型。在實(shí)際應(yīng)用中，這三種傳感器多制成差動(dòng)式，以便提高線性度和減小電磁吸力所造成的附加誤差。 </p><p>　　變間隙型電感傳感器 這種傳感器的氣隙δ隨被測(cè)量的變化而改變,從而改變磁阻。它的靈敏度和

56、非線性都隨氣隙的增大而減小，因此常常要考慮兩者兼顧。δ一般取在0.1～0.5毫米之間。 </p><p>　　變面積型電感傳感器 這種傳感器的鐵芯和銜鐵之間的相對(duì)覆蓋面積(即磁通截面)隨被測(cè)量的變化而改變,從而改變磁阻。它的靈敏度為常數(shù)，線性度也很好。 </p><p>　　螺管插鐵型電感傳感器 它由螺管線圈和與被測(cè)物體相連的柱型銜鐵構(gòu)成。其工作原理基于線圈磁力線泄漏路徑上磁阻的變化。銜鐵

57、隨被測(cè)物體移動(dòng)時(shí)改變了線圈的電感量。這種傳感器的量程大，靈敏度低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制作。</p><p>　　電感式傳感器的應(yīng)用實(shí)例有：測(cè)厚、零件計(jì)數(shù)、側(cè)轉(zhuǎn)速、無(wú)損探傷、測(cè)微技術(shù)等。</p><p><b>　　圖2.7</b></p><p>　　2.4 壓電式傳感器</p><p>　　壓電式傳感器的工作原理是基于某

58、些介質(zhì)材料的壓電效應(yīng), 是典型的有源傳感器。當(dāng)材料受力作用而變形時(shí), 其表面會(huì)有電荷產(chǎn)生，從而實(shí)現(xiàn)非電量測(cè)量。</p><p>　　壓電式傳感器的等效電路：壓電元件兩電極間的壓電陶瓷或石英晶體為絕緣體，因此可以構(gòu)成一個(gè)電容器，晶體上聚集正負(fù)電荷的兩表面相當(dāng)于電容的兩個(gè)極板, 極板間物質(zhì)等效于一種介質(zhì), 則其電容量為：，壓電元件受外力時(shí)，兩表面產(chǎn)生等量的正負(fù)電荷，壓電元件的開(kāi)路電壓為：。</p>&l

59、t;p>　　壓電傳感器可以等效為一個(gè)電荷源與一個(gè)電容并聯(lián)，如下圖2.8 (a)并聯(lián)圖；壓電傳感器也可以等效為一個(gè)電荷源與一個(gè)電容相串聯(lián)的電壓源，如下圖2.8 (b)串聯(lián)圖</p><p><b>　　圖2.8</b></p><p>　　電壓靈敏度與電荷靈敏度之間的關(guān)系為：</p><p>　　壓電式傳感器的測(cè)量電路： 測(cè)量時(shí)，需把壓電傳

60、感器用電纜接于前置放大器，前置放大器作用： 一是放大傳感器輸出的微弱信號(hào)；二是把它的高輸出阻抗變換為低輸出阻抗。</p><p>　　電壓放大器如圖(a)： 電荷放大器如圖(b)： (b)</p><p><b>　　圖2.9</b></p><p>　　壓電式傳感器的性能特點(diǎn)：高阻抗、低能

61、量；但是無(wú)靜態(tài)輸出，要求有很高的電輸出阻抗。需用低電容的低噪聲電纜。</p><p>　　壓電式傳感器的應(yīng)用有：壓電式測(cè)力傳感器、壓電式加速度傳感器、壓電式金屬加工切削力測(cè)量、壓電式玻璃破碎報(bào)警器等。</p><p>　　壓電式金屬加工切削力測(cè)量：</p><p><b>　　圖 2.10</b></p><p>　　壓

62、電式玻璃破碎報(bào)警器：</p><p><b>　　圖 2.11</b></p><p>　　2.5 霍爾式傳感器</p><p>　　霍爾傳感器是利用霍爾元件基于霍爾效應(yīng)原理而將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電動(dòng)勢(shì)輸出的一種傳感器。由于霍爾元件在靜止?fàn)顟B(tài)下，具有感受磁場(chǎng)的獨(dú)特能力，并且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、噪聲小、頻率范圍寬(從直流到微波)、動(dòng)態(tài)范圍大(輸出電勢(shì)

63、變化范圍可達(dá)1000:1)、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，因此獲得了廣泛應(yīng)用。 </p><p>　　金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于薄片，當(dāng)有電流流過(guò)薄片時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。如下圖：</p><p><b>　　圖2.12</b></p><p>　　霍爾元件的主要性能參數(shù)：

64、</p><p>　　2.5.1 輸入電阻和輸出電阻</p><p>　　輸入電阻：控制電極間的電阻</p><p>　　輸出電阻：霍爾電極之間的電阻</p><p>　　2.5.2 額定控制電流和最大允許控制電流</p><p>　　額定控制電流：當(dāng)霍爾元件有控制電流使其本身在空氣中產(chǎn)生10℃溫升時(shí)，對(duì)應(yīng)的控制電流值

65、。</p><p>　　最大允許控制電流：以元件允許的最大溫升限制所對(duì) 應(yīng)的控制電流值</p><p>　　2.5.3 不等位電勢(shì)</p><p>　　當(dāng)霍爾元件的控制電流為額定值時(shí)，若元件所處位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，測(cè)得的空載霍爾電勢(shì)。</p><p>　　2.5.4 寄生直流電勢(shì) </p><p>　　霍爾元件零位誤

66、差的一部分當(dāng)沒(méi)有外加磁場(chǎng)，霍爾元件用交流控制電流時(shí)，霍爾電極的輸出有一個(gè)直流電勢(shì)，控制電極和霍爾電極與基片的連接是非完全歐姆接觸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生整流效應(yīng)。兩個(gè)霍爾電極焊點(diǎn)的不一致，引起兩電極溫度不同產(chǎn)生溫差電勢(shì)</p><p>　　2.5.5 霍爾電勢(shì)溫度系數(shù)</p><p>　　在一定磁感應(yīng)強(qiáng)度和控制電流下，溫度每變化1度時(shí)，霍爾電勢(shì)變化的百分率。</p><p>　　

67、霍爾傳感器的靈敏度和線性度主要取決于磁路系統(tǒng)和霍爾元件的特性。</p><p>　　霍爾傳感器動(dòng)態(tài)性能好。</p><p>　　霍爾傳感器的基本測(cè)量電路如下：激勵(lì)電流由電壓源E供給，其大小由可變電阻來(lái)調(diào)節(jié)。</p><p><b>　　圖2.13</b></p><p>　　霍爾型傳感器的應(yīng)用有：霍爾轉(zhuǎn)速表、霍爾式微壓力

68、傳感器、各種位移傳感器等。</p><p>　　第三章 傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用</p><p>　　傳感器是左右機(jī)電一體化系統(tǒng)(或產(chǎn)品)發(fā)展的重要技術(shù)之一，廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)化產(chǎn)品之中。</p><p>　　3.1 傳感器在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用</p><p>　　工業(yè)機(jī)器人的準(zhǔn)確操作取決于對(duì)其自身狀態(tài)、操作對(duì)象及作業(yè)環(huán)境的準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)，這

69、種準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)均通過(guò)傳感器的感覺(jué)功能實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　機(jī)器人自身狀態(tài)信息的獲取通過(guò)其內(nèi)部傳感器(位置、位移、速度、加速度等)來(lái)完成，操作對(duì)象與外部環(huán)境的感知通過(guò)外部傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，這個(gè)過(guò)程非常重要，足以為機(jī)器人控制提供反饋信息。 </p><p>　　3.2傳感器在機(jī)械制造中的應(yīng)用</p><p>　　在機(jī)械制造中，傳感器技術(shù)是實(shí)現(xiàn)測(cè)試與自動(dòng)控制的重要環(huán)節(jié)。在機(jī)

70、械制造測(cè)試系統(tǒng)中，被作為一次儀表定位，其主要特征是能準(zhǔn)確傳遞和檢測(cè)出某一形態(tài)的信息，并將其轉(zhuǎn)換成另一形態(tài)的信息。具體的說(shuō)，傳感器是指那些對(duì)被測(cè)對(duì)象的某一確定的信息有感受與檢出功能，并使之按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的可輸出信號(hào)的元件或裝置。</p><p>　　切削過(guò)程和機(jī)床運(yùn)行過(guò)程的傳感技術(shù)：切削過(guò)程傳感檢測(cè)的目的在于優(yōu)化切削過(guò)程的生產(chǎn)率、制造成本或(金屬)材料的切除率等。切削過(guò)程傳感檢測(cè)的目標(biāo)有切削過(guò)程的切削力

71、及其變化、切削過(guò)程顫震、刀具與工件的接觸和切削時(shí)切屑的狀態(tài)及切削過(guò)程辨識(shí)等，而最重要的傳感參數(shù)有切削力、切削過(guò)程振動(dòng)、切削過(guò)程聲發(fā)射、切削過(guò)程電機(jī)的功率等。對(duì)于機(jī)床的運(yùn)行來(lái)講，主要的傳感檢測(cè)目標(biāo)有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、軸承與回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、溫度的監(jiān)測(cè)與控制及安全性等，其傳感參數(shù)有機(jī)床的故障停機(jī)時(shí)間、被加工件的表面粗糙度和加工精度、功率、機(jī)床狀態(tài)與冷卻潤(rùn)滑液的流量等。</p><p>　　第四章 機(jī)電一體化系統(tǒng)中傳感器的選擇<

72、/p><p>　　傳感器的應(yīng)用范圍廣，種類繁多。如何為我們機(jī)電一體化系統(tǒng)選擇合適的傳感器呢？下面我們就以數(shù)控機(jī)床為例講講機(jī)電一體化系統(tǒng)中傳感器的選擇。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床綜合了機(jī)械、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、測(cè)量、微電子等最新技術(shù)，使用了多種傳感器，由于高精度、高速度、高效率及安全可靠的特點(diǎn)，在制造業(yè)技術(shù)設(shè)備更新中，數(shù)控機(jī)床正迅速地在企業(yè)得到普及。數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床，能

73、夠根據(jù)已編好的程序，使機(jī)床動(dòng)作并加工零件。它綜合了機(jī)械、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、測(cè)量、微電子等最新技術(shù)，使用了多種傳感器。</p><p>　　4.1 數(shù)控機(jī)床對(duì)傳感器的要求</p><p>　　(1) 可靠性高和抗干擾性強(qiáng)；(2) 滿足精度和速度的要求；(3) 使用維護(hù)方便，適合機(jī)床運(yùn)行環(huán)境；(4) 成本低。</p><p>　　不同種類數(shù)控機(jī)床對(duì)傳感器的要求也不盡相同，

74、一般來(lái)說(shuō)，大型機(jī)床要求速度響應(yīng)高，中型和高精度數(shù)控機(jī)床以要求精度為主。</p><p><b>　　4.2 位移的檢測(cè)</b></p><p>　　位移檢測(cè)的傳感器主要有脈沖編碼器、直線光柵、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器等。</p><p>　　4.2.1 脈沖編碼器的應(yīng)用</p><p>　　脈沖編碼器是一種角位移(轉(zhuǎn)速)傳

75、感器，它能夠把機(jī)械轉(zhuǎn)角變成電脈沖。脈沖編碼器可分為光電式、接觸式和電磁式三種，其中，光電式應(yīng)用比較多。</p><p>　　4.2.2 直線光柵的應(yīng)用</p><p>　　直線光柵是利用光的透射和反射現(xiàn)象制作而成，常用于位移測(cè)量，分辨力較高，測(cè)量精度比光電編碼器高，適應(yīng)于動(dòng)態(tài)測(cè)量。</p><p>　　在進(jìn)給驅(qū)動(dòng)中，光柵尺固定在床身上，其產(chǎn)生的脈沖信號(hào)直接反映了拖板

76、的實(shí)際位置。用光柵檢測(cè)工作臺(tái)位置的伺服系統(tǒng)是全閉環(huán)控制系統(tǒng)。</p><p>　　4.2.3 旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用</p><p>　　旋轉(zhuǎn)變壓器是一種輸出電壓與角位移量成連續(xù)函數(shù)關(guān)系的感應(yīng)式微電機(jī)。旋轉(zhuǎn)變壓器由定子和轉(zhuǎn)子組成，具體來(lái)說(shuō)，它由一個(gè)鐵心、兩個(gè)定子繞組和兩個(gè)轉(zhuǎn)子繞組組成，其原、副繞組分別放置在定子、轉(zhuǎn)子上，原、副繞組之間的電磁耦合程度與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角有關(guān)。</p><

77、;p>　　4.2.4 感應(yīng)同步器的應(yīng)用</p><p>　　感應(yīng)同步器是利用兩個(gè)平面形繞組的互感隨位置不同而變化的原理制成的。其功能是將角度或直線位移轉(zhuǎn)變成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相位或幅值，可用來(lái)測(cè)量直線或轉(zhuǎn)角位移。按其結(jié)構(gòu)可分為直線式和旋轉(zhuǎn)式兩種。直線式感應(yīng)同步器由定尺和滑尺兩部分組成，定尺安裝在機(jī)床床身上，滑尺安裝于移動(dòng)部件上，隨工作臺(tái)一起移動(dòng)；旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器定子為固定的圓盤，轉(zhuǎn)子為轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤。感應(yīng)同步器具有較

78、高的精度與分辨力、抗干擾能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、維護(hù)簡(jiǎn)單、長(zhǎng)距離位移測(cè)量、工藝性好、成本較低等優(yōu)點(diǎn)。直線式感應(yīng)同步器目前被廣泛地應(yīng)用于大位移靜態(tài)與動(dòng)態(tài)測(cè)量中，例如用于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、程控?cái)?shù)控機(jī)床、高精度重型機(jī)床及加工中心測(cè)量裝置等。旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器則被廣泛地用于機(jī)床和儀器的轉(zhuǎn)臺(tái)以及各種回轉(zhuǎn)伺服控制系統(tǒng)中。</p><p><b>　　4.3 位置的檢測(cè)</b></p><p&g

79、t;　　位置傳感器可用來(lái)檢測(cè)位置，反映某種狀態(tài)的開(kāi)關(guān)，和位移傳感器不同。位置傳感器有接觸式和接近式兩種。</p><p>　　4.3.1 接觸式傳感器的應(yīng)用</p><p>　　接觸式傳感器的觸頭由兩個(gè)物體接觸擠壓而動(dòng)作，常見(jiàn)的有行程開(kāi)關(guān)、二維矩陣式位置傳感器等。行程開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、價(jià)格低廉。當(dāng)某個(gè)物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，碰到行程開(kāi)關(guān)時(shí)，其內(nèi)部觸頭會(huì)動(dòng)作，從而完成控制，如在加工中心的X、

80、Y、Z軸方向兩端分別裝有行程開(kāi)關(guān)，則可以控制移動(dòng)范圍。二維矩陣式位置傳感器安裝于機(jī)械手掌內(nèi)側(cè)，用于檢測(cè)自身與某個(gè)物體的接觸位置。</p><p>　　4.3.2 接近開(kāi)關(guān)的應(yīng)用</p><p>　　接近開(kāi)關(guān)是指當(dāng)物體與其接近到設(shè)定距離時(shí)就可以發(fā)出“動(dòng)作”信號(hào)的開(kāi)關(guān)，它無(wú)需和物體直接接觸。接近開(kāi)關(guān)有很多種類，主要有自感式、差動(dòng)變壓器式、電渦流式、電容式、干簧管、霍爾式等。</p>

81、<p>　　接近開(kāi)關(guān)在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用主要是刀架選刀控制、工作臺(tái)行程控制、油缸及汽缸活塞行程控制等。</p><p>　　霍爾傳感器是利用霍爾現(xiàn)象制成的傳感器。將鍺等半導(dǎo)體置于磁場(chǎng)中，在一個(gè)方向通以電流時(shí)，則在垂直的方向上會(huì)出現(xiàn)電位差，這就是霍爾現(xiàn)象。將小磁體固定在運(yùn)動(dòng)部件上，當(dāng)部件靠近霍爾元件時(shí)，便產(chǎn)生霍爾現(xiàn)象，從而判斷物體是否到位。</p><p><b>　　

82、4.4 速度的檢測(cè)</b></p><p>　　速度傳感器是一種將速度轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的傳感器，既可以檢測(cè)直線速度，也可以檢測(cè)角速度，常用的有測(cè)速發(fā)電機(jī)和脈沖編碼器等。</p><p>　　測(cè)速發(fā)電機(jī)具有的特點(diǎn)是：(1)輸出電壓與轉(zhuǎn)速嚴(yán)格成線性關(guān)系；(2)輸出電壓與轉(zhuǎn)速比的斜率大。可分成交流和直流兩類。</p><p>　　脈沖編碼器在經(jīng)過(guò)一個(gè)單位角位移時(shí)，

83、便產(chǎn)生一個(gè)脈沖，配以定時(shí)器便可檢測(cè)出角速度。</p><p>　　在數(shù)控機(jī)床中，速度傳感器一般用于數(shù)控系統(tǒng)伺服單元的速度檢測(cè)。</p><p><b>　　4.5 壓力的檢測(cè)</b></p><p>　　壓力傳感器是一種將壓力轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的傳感器。根據(jù)工作原理，可分為壓電式傳感器、壓阻式傳感器和電容式傳感器。它是檢測(cè)氣體、液體、固體等所有物質(zhì)間

84、作用力能量的總稱，也包括測(cè)量高于大氣壓的壓力計(jì)以及測(cè)量低于大氣壓的真空計(jì)。電容式壓力傳感器的電容量是由電極面積和兩個(gè)電極間的距離決定，因靈敏度高、溫度穩(wěn)定性好、壓力量程大等特點(diǎn)近來(lái)得到了迅速發(fā)展。在數(shù)控機(jī)床中，可用它對(duì)工件夾緊力進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)夾緊力小于設(shè)定值時(shí)，會(huì)導(dǎo)致工件松動(dòng)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，停止走刀。另外，還可用壓力傳感器檢測(cè)車刀切削力的變化。再者，它還在潤(rùn)滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)被用來(lái)檢測(cè)油路或氣路中的壓力，當(dāng)油路或氣路中的壓力低于設(shè)

85、定值時(shí)，其觸點(diǎn)會(huì)動(dòng)作，將故障信號(hào)送給數(shù)控系統(tǒng)。</p><p><b>　　4.6 溫度的檢測(cè)</b></p><p>　　溫度傳感器是一種將溫度高低轉(zhuǎn)變成電阻值大小或其它電信號(hào)的一種裝置。常見(jiàn)的有以鉑、銅為主的熱電阻傳感器、以半導(dǎo)體材料為主的熱敏電阻傳感器和熱電偶傳感器等。在數(shù)控機(jī)床上，溫度傳感器用來(lái)檢測(cè)溫度從而進(jìn)行溫度補(bǔ)償或過(guò)熱保護(hù)。</p><

86、;p>　　在加工過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)部件的移動(dòng)、切削等都會(huì)產(chǎn)生熱量，且溫度分布不均勻，造成溫差，使數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生熱變形，影響零件加工精度，為了避免溫度產(chǎn)生的影響，可在數(shù)控機(jī)床上某些部位裝設(shè)溫度傳感器，感受溫度信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)送給數(shù)控系統(tǒng)，進(jìn)行溫度補(bǔ)償。</p><p>　　此外，在電動(dòng)機(jī)等需要過(guò)熱保護(hù)的地方，應(yīng)埋設(shè)溫度傳感器，過(guò)熱時(shí)通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)熱報(bào)警。</p><p>　

87、　4.7 刀具磨損的監(jiān)控</p><p>　　刀具磨損到一定程度會(huì)影響到工件的尺寸精度和表面粗糙度，因此，對(duì)刀具磨損要進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)?shù)毒吣p時(shí)，機(jī)床主軸電動(dòng)機(jī)負(fù)荷增大，電動(dòng)機(jī)的電流和電壓也會(huì)變化，功率隨之改變，功率變化可通過(guò)霍爾傳感器檢測(cè)。功率變化到一定程度，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，機(jī)車停止運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行刀具調(diào)整或更換。</p><p>　　以上介紹的傳感器在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用是目前的狀

88、況，但隨著傳感器和數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，有些傳感器將被淘汰，如旋轉(zhuǎn)變壓器等，而新的傳感器將不斷出現(xiàn)，會(huì)使數(shù)控機(jī)床更加完善，自適應(yīng)更強(qiáng)。</p><p>　　第五章 傳感器技術(shù)的現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　傳感器技術(shù)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是機(jī)電一體化系統(tǒng)不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)之一，其水平的高低，在很大程度上影響和決定著系統(tǒng)的功能；其水平越高，系統(tǒng)的自動(dòng)化程度就越高。在一套完整

89、的機(jī)電一體化系統(tǒng)中，如果不能利用傳感檢測(cè)技術(shù)對(duì)被控對(duì)象的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)并轉(zhuǎn)換成易于傳送和處理的信號(hào)，我們所需要的用于系統(tǒng)控制的信息就無(wú)法獲得，進(jìn)而使整個(gè)系統(tǒng)就無(wú)法正常有效的工作。</p><p>　　5.1 微型化 為了能夠與信息時(shí)代信息量激增、要求捕獲和處理信息的能力日益增強(qiáng)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)保持一致，對(duì)于傳感器性能指標(biāo)(包括精確性、可靠性、靈敏性等)的要求越來(lái)越嚴(yán)格;與此同時(shí)，傳感器系統(tǒng)的操作

90、友好性亦被提上了議事日程，因此還要求傳感器必須配有標(biāo)準(zhǔn)的輸出模式;而傳統(tǒng)的大體積弱功能傳感器往往很難滿足上述要求，所以它們已逐步被各種不同類型的高性能微型傳感器所取代;后者主要由硅材料構(gòu)成，具有體積小、重量輕、反應(yīng)快、靈敏度高以及成本低等優(yōu)點(diǎn)。5.1.1 微型傳感器研發(fā)現(xiàn)狀 目前，幾乎所有的傳感器都在由傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化生產(chǎn)設(shè)計(jì)向基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)的模擬式工程化設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變，從而使設(shè)計(jì)者們能夠在較短的時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)出低成本、高性能

91、的新型系統(tǒng)，這種設(shè)計(jì)手段的巨大轉(zhuǎn)變?cè)诤艽蟪潭壬贤苿?dòng)著傳感器系統(tǒng)以更快的速度向著能夠滿足科技發(fā)展需求的微型化的方向發(fā)展。 對(duì)于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的研究工作始于20世紀(jì)60年代，其研究范疇涉及材料科學(xué)、機(jī)械控制、加工與封裝工藝、電子技術(shù)以及傳感器和執(zhí)行器等多種學(xué)科，是一個(gè)極具前景的新興研究領(lǐng)域。MEMS的核心技術(shù)是研究微電子與微機(jī)械加工與封裝技術(shù)</p><p>　　雖然我國(guó)傳感器產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀還不能適應(yīng)國(guó)民

92、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，產(chǎn)品技術(shù)水平與國(guó)外相比還有較大差距，但是從統(tǒng)一市場(chǎng)的觀點(diǎn)看，我國(guó)具有傳感器的廣闊市場(chǎng)，所以我國(guó)傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前途還是光明的。因此，必須加強(qiáng)技術(shù)研究和引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備，以提高整體水平。傳感器技術(shù)今后的發(fā)展趨勢(shì)，主要表現(xiàn)在以下方面：</p><p><b>　　5.5 新材料開(kāi)發(fā)</b></p><p>　　傳感器材料是傳感器技術(shù)的重要基礎(chǔ), 是傳感器技術(shù)升

93、級(jí)的重要支撐。隨著材料科學(xué)的進(jìn)步,傳感器技術(shù)日臻成熟,其種類越來(lái)越多,除了早期使用的半導(dǎo)體材料、陶瓷材料以外,光導(dǎo)纖維以及超導(dǎo)材料的開(kāi)發(fā),為傳感器的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。例如,根據(jù)以硅為基體的許多半導(dǎo)體材料易于微型化、集成化、多功能化、智能化,以及半導(dǎo)體光熱探測(cè)器具有靈敏度高、精度高、非接觸性等特點(diǎn),發(fā)展紅外傳感器、激光傳感器、光纖傳感器等現(xiàn)代傳感器;在敏感材料中,陶瓷材料、有機(jī)材料發(fā)展很快,可采用不同的配方混合原料,在精密調(diào)配化學(xué)成分的

94、基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)高精度成型燒結(jié),得到對(duì)某一種或某幾種氣體具有識(shí)別功能的敏感材料,用于制成新型氣體傳感器。此外,高分子有機(jī)敏感材料,是近幾年人們極為關(guān)注的具有應(yīng)用潛力的新型敏感材料,可制成熱敏、光敏、氣敏、濕敏、力敏、離子敏和生物敏等傳感器。傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展,也促進(jìn)了更新型材料的開(kāi)發(fā),如納米材料等。美國(guó)NRC公司已開(kāi)發(fā)出納米ZrO2 氣體傳感器,控制機(jī)動(dòng)車輛尾氣的排放,對(duì)凈化環(huán)境效果很好,應(yīng)用前景比較廣闊。由于采用納米材料制作的傳感器,具

95、有龐大的界面,能提供大量的氣體通道,而且導(dǎo)通電阻很小,有利于傳感器向微</p><p>　　5.5.1 應(yīng)用新技術(shù)和新的物理效應(yīng)，擴(kuò)大檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用</p><p>　　檢測(cè)原理大多以各種物理效應(yīng)為基礎(chǔ)。近代物理學(xué)的發(fā)展，對(duì)仿生學(xué)的研究、仿造生物的感覺(jué)功能的新型傳感器的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，使得傳感器技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域更廣闊。如今的檢測(cè)領(lǐng)域，正向著社會(huì)需要各方面擴(kuò)展，不僅用于工業(yè)部門，而且也涉及到工程、海

96、洋開(kāi)發(fā)、宇宙航行等尖端科學(xué)技術(shù)和新興工業(yè)領(lǐng)域，生物、醫(yī)療、環(huán)境污染監(jiān)測(cè)、危險(xiǎn)品和毒品的偵察、安全監(jiān)測(cè)方面，同時(shí)也滲透到人類的日常生活當(dāng)中。</p><p>　　5.5.2 向高精度發(fā)展，研制出靈敏度高、精確度高、響應(yīng)速度快、互換性好的新型傳感器，以確保生產(chǎn)自動(dòng)化的可靠性</p><p>　　近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，要求靈敏度、精確度和穩(wěn)定性等盡可能的高。例如超精度的在線檢測(cè)，要求＜

97、 0.1 μm。對(duì)傳感器可靠性故障率的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算方法的研究，大大提高檢測(cè)系統(tǒng)的可靠性。為了使自動(dòng)檢測(cè)裝置適應(yīng)在各種復(fù)雜條件下可靠工作，要求研制的檢測(cè)系統(tǒng)，具有較高的抗干擾能力和適應(yīng)生產(chǎn)要求的較長(zhǎng)的使用壽命。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 韓連英.光纖傳感器在機(jī)械設(shè)備檢測(cè)中的應(yīng)用[J].光機(jī)電信息.2006(3)<

98、/p><p>　　[2] 張開(kāi)遜.現(xiàn)代傳感技術(shù)在信息科學(xué)中的地位[J].工業(yè)計(jì)量.2006(1)</p><p>　　[3] 武昌俊. 自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.</p><p>　　[4] 梁景凱. 機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.</p><p>　　[5] 陳瑜.國(guó)外機(jī)

99、電一體化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[J].國(guó)外機(jī)電一體化技術(shù).2000，5</p><p>　　[6] 胡泓、姚伯威主編.機(jī)電一體化原理及應(yīng)用[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1999</p><p>　　[7] 李建勇.機(jī)電一體化技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社,2004.</p><p>　　[8] 徐航.機(jī)電一體化技術(shù)基礎(chǔ).北京：北京理工大學(xué)出版社，2010</p>

100、;<p>　　[9] 熊世和.機(jī)電系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M].成都：程都電子科技大學(xué)出版社，1993</p><p><b>　　附 錄 </b></p><p>　　2.5 霍爾式傳感器</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　三年的讀書(shū)生活在這個(gè)

101、季節(jié)即將劃上一個(gè)句號(hào)，而于我的人生卻只是一個(gè)逗號(hào)，我將面對(duì)又一次征程的開(kāi)始。三年的求學(xué)生涯在師長(zhǎng)、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將付梓之際，思緒萬(wàn)千，心情久久不能平靜。 偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻(xiàn)給一位平凡的人，我的指導(dǎo)老師。衷心感謝馬文龍老師在我完成論文期間給予的熱情關(guān)心和悉心指導(dǎo).馬老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)態(tài)度和謙遜的性格，務(wù)實(shí)高效的工作作風(fēng)使我受益匪淺。我不是您最出色的學(xué)生，而您卻是我最尊敬的

102、老師。您治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營(yíng)造了一種良好的精神氛圍。授人以魚(yú)不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹(shù)立了宏偉的學(xué)術(shù)目標(biāo)，領(lǐng)會(huì)了基本的思考方式，從論文題目的選定到論文寫(xiě)作的指導(dǎo)，經(jīng)由您悉心的點(diǎn)撥，再經(jīng)思考后的領(lǐng)悟，常常讓我有“山重水復(fù)疑無(wú)路，柳暗花明又一村”。 </p><p>　　感謝我的爸媽，焉得諼草，言樹(shù)之背，養(yǎng)育之恩，無(wú)以回報(bào)，你們永遠(yuǎn)健康快樂(lè)是