1、傳感器在機電一體化系統中的應用及其發展研究一. 傳感器的定義、組成及其分類1. 傳感器的定義與組成 國家標準（GB766587）傳感器（Transducer/Sensor）的定義是：能夠感受規定的被測量并按照一定規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置”。我們的定義是：傳感器是一種以一定的精確度把被測量轉換為與之有確定對應關系的、便于應用的某種物理量的測量裝置。 傳感器一般由敏感元件、轉換元件、基本轉換電路三部分組成，組成框圖見圖 2. 傳感器的分類按傳感器的工作機理，可分為物理型、化學型、生物型等按構成原理，可分為結構型與物性型兩大類 根據傳感器的能量轉換情況，可分為能量控制型傳感器和能量轉換型傳

2、感器。 按照物理原理分類可分為 a.電參量式傳感器 b.磁電式傳感器 c.壓電式傳感器 d.光電式傳感器 e.氣電式傳感器等按照傳感器的用途來分類如位移傳感器、壓力傳感器 根據傳感器輸出是模擬信號還是數字信號，可分為模擬傳感器和數字傳感器；根據轉換過程可逆與否，可分為雙向傳感器和單向傳感器 二.機電一體化系統在工業中的地位 1. 機電一體化系統的定義 機電一體化是指將機械技術、電工電子技術、微電子技術、信息技術、傳感器技術、接口技術、信號變換技術等多種技術進行有機地結合，并綜合應用到實際中去的綜合技術。其主要組成為：信息系統，物理系統，電源，傳感器，執行器。信息系統：對外部輸入的命令進行儲存，

3、分析，加工，根據信息處理的結果，按照一定的程序和節奏發出相應指令，控制系統有目的的運行。物理系統：機械產品的機械部分，支撐整個系統的物理外殼。電源：為系統提供能量和動力，保證系統的正常運行。傳感器：對系統中的各種參量進行檢測，反饋給信息系統以便實現實時控制。執行器：根據信息系統的控制信息，完成各種動作。2. 機電一體化系統在工業中的應用數控機床 CIMS的實現不是現有各分散系統的簡單組合,而是全局動態最優綜合。它打破原有部門之間的界線,以制造為基干來控制“物流”和“信息流”,實現從經營決策、產品開發、生產準備、生產實驗到生產經營管理的有機結合。企業集成度的提高可以使各種生產要素之間的配置得到更

4、好的優化,各種生產要素的潛力可以得到更大的發揮。 計算機集成制造系統 柔性制造系統是計算機化的制造系統,主要由計算機、數控機床、機器人、料盤、自動搬運小車和自動化倉庫等組成。它可以隨機地、實時地、按量地按照裝配部門的要求,生產其能力范圍內的任何工件,特別適于多品種、中小批量、設計更改頻繁的離散零件的批量生產。 柔性制造系統工業機器人三. 傳感器在機電一體化系統中應用1. 機電一體化系統中常用傳感器的類型、特點、結構及用途等 電阻式傳感器:電阻式傳感器的基本原理是將被測的非電量轉化成電阻值的變化，再經過轉換電路變成電量輸出。根據傳感器組成材料變化或傳感器原理變化，產生了各種各樣的電阻式傳感器，主

5、要包括應變式傳感器及壓阻式傳感器。電阻傳感器可以測量力、壓力、位移、應變、加速度和溫度等非電量參數。電阻式傳感器結構簡單，性能穩定，靈敏度較高，有的還可用于動態測量。電阻應變式傳感器 電感傳感器 電感式傳感器利用電磁感應原理將被測非電量如位移、壓力、流量、 振動等轉換成線圈自感量L或互感量M的變化, 再由測量電路轉換為電壓或電流的變化量輸出。 電感式傳感器具有結構簡單, 工作可靠, 測量精度高, 零點穩定, 輸出功率較大等一系列優點, 其主要缺點是靈敏度、線性度和測量范圍相互制約, 傳感器自身頻率響應低, 不適用于快速動態測量。 電感式傳感器種類很多，常見的有自感式傳感器，互感式傳感器和電渦流

6、式傳感器三種。 使用注意事項 (1) 方案選擇 在選擇方案之前應首先弄清給定的技術指標，如示值范圍、示值誤差、分辨力、重復性誤差、時漂、溫漂、使用環境等。 (2) 鐵心材料的選擇 鐵心材料選擇的主要依據是要具有較高的導磁系數，較高的飽和磁感應強度和較小的磁滯損耗，剩磁 和矯頑磁力 都要小。另外，還要求電阻率大，居里點溫度高，磁性能穩定，便于加工等。常用導磁材料有鐵氧體、鐵鎳合金、硅鋼片和純鐵。 (3) 電源頻率的選擇 提高電源頻率有下列優點：能提高線圈的品質因數；靈敏度有一定的提高；適當提高頻率還有利于放大器的設計。但是，過高的電源頻率也會帶來缺點，如鐵心渦流損耗增加；導線的集膚效應等會使靈敏

7、度減低；增加寄生電容（包括線圈匝間電容）以及外界干擾的影響。 壓電傳感器 壓電效應與壓電傳感器 某些電介質在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內部會產生極化現象，同時在它的兩個相對表面上出現正負相反的電荷。當外力去掉后，它又會恢復到不帶電的狀態，這種現象稱為正壓電效應。當作用力的方向改變時，電荷的極性也隨之改變。相反，當在電介質的極化方向上施加電場，這些電介質也會發生變形，電場去掉后，電介質的變形隨之消失，這種現象稱為逆壓電效應，或稱為電致伸縮現象。 依據電介質壓電效應研制的一類傳感器稱為為壓電傳感器,它是利用某些物質的壓電效應將被測量轉換為電量的一種傳感器。 電容式傳感器 電容式傳感器的

8、溫度穩定性好，結構簡單，動態響應好，可進行非接觸測量，然而，輸入阻抗高，負載能力差。 電磁式傳感器 霍爾傳感器（1）可靠性高和抗干擾性強；（2）滿足精度和速度的要求；（3）使用維護方便，適合機床運行環境；（4）成本低。不同種類數控機床對傳感器的要求也不盡相同，一般來說，大型機床要求速度響應高，中型和高精度數控機床以要求精度為主。 數控機床傳感器選擇的原則（1）根據傳感器的特性選擇（2）根據傳感器的用途選擇2.數控機床對傳感器的要求 3.傳感器在機電一體化系統中的重要地位 傳感器技術是實現自動控制、自動調節的關鍵環節,也是機電一體化系統不可缺少的關鍵技術之一,其水平高低在很大程度上影響和決定著系統的功能;其水平越高,系統的自動化程度就越高。在一套完整的機電一體化系統中,如果不能利用傳感檢測技術對被控對象的各項參數進行及時準確地檢測出并轉換成易于傳送和處理的信號,我們所需要的用于系統控制的信息就無法獲得,進而使整個系統就無法正常有效的工作。傳感器是左右機電一體化系統(或產品)發展的重要技術之一,廣泛應用于各種自動化產品之中 :機器人用傳感器、機械加工過程的傳感檢測技術。四.機電一體化系統中傳感器的發展 1.新型傳感器 2.新材料傳感器3.無線智能傳感器五.工業信息化在我國高速發展 當前我國正在重點開發的MEMS（微電子與微機械的結合）、MOME