經典word整理文檔，僅參考，雙擊此處可刪除頁眉頁腳。本資料屬于網絡整理，如有侵權，請聯系刪除，謝謝！摘要在機電一體化系統中，傳感器處系統之首，其作用相當于系統感受器官，能快速、精確地獲取信息并能經受嚴酷環境考驗，是機電一體化系統達到高水平的保證。如缺少這些傳感器對系統狀態和對信息精確而可靠的自動檢測，系統的信息處理、控制決策等功能就無法談及和實現。文章概述傳感器研究現狀與發展，探討傳感器在機電一體化系統中的應用，并分析我國傳感器技術發展的若干問題及發展方向。1INInmechatronicssystem,wherethesensorsystem,theroleoftheequivalentsystemfeelingOrgans,canquicklyandaccuratelytoobtaininformationandcanwithstandharshenvironmenttest,iselectromechanicalintegrationsystemreachesToahighlevelofassurance.SuchaslackofthesesensorsonthesystemstateandaccurateandreliableinformationtobeautomaticTesting,thesystem'sinformationprocessing,controldecision-makingfunctionscannottalkaboutandrealization.ThisarticlesummarizesthesensorResearchsituationanddevelopment,discussesthesensorsintheelectromechanicalintegrationsystem,andanalyzestheapplicationofsensorImplementtechnologydevelopmentcertainproblemsanddevelopmentdirection.KEYWORDS:sensortechnology，Optic-mechanicalintegration，application2目錄中文摘要2頁英文摘要頁前言頁第一章、傳感器在機電一體化系統中的作用及地位..............1頁§1.1機器人用傳感器.頁§1.2機械加工過程的傳感檢測技術頁§1.3汽車自動控制系統中的傳感技術頁第二章、常用傳感器的類型、特點、結構及用途頁§2.1電阻式傳感器..............................................3頁§2.2電容式傳感器...............................................5頁§2.3電感式傳感器...............................................6頁§2.4壓電式傳感器...............................................7頁§2.5霍爾式傳感器頁頁§3.1數控機床對傳感器的要求..................................頁§3.2位移的檢測................................................頁§3.3位置的檢測................................................頁§3.4速度的檢測................................................頁§3.5壓力的檢測.................................................§3.6溫度的檢測................................................頁1§3.7刀具磨損的監控頁頁§4.1與國外的差距..............................................頁§4.2今后的發展趨勢頁第五章、結論頁第六章、參考文獻頁第七章、致謝.頁2前言從20世紀80國都極為重視傳感技術和傳感器研究、開發和生產。傳感技術已成為重要的現代科技領域，傳感器及其系統生產已成為重要的新興行業。傳感器技術是一項當今世界令人矚目的迅猛發展起來的高新技術之一，也是當代科學技術發展的一個重要標志，它與通信技術、計算機技術構成信息產業的三大支柱。如果說計算機是人類大腦的擴展,那么傳感器就是人類五官的延伸，當集成電路、計算機技術飛速發展時，人們才逐步認識信息攝取裝置——傳感器沒光學、聲學、精密機械、仿生學、材料科學等眾多學科相互交叉的綜合性高新技術密集型前沿技術之一。在機電一體化系統中，傳感器處系統之首，其作用相當于系統感受器官，能快速、精確地獲取信息并能經受嚴酷環境考驗，是機電一體化系統達到高水平的保證。如缺少這些傳感器對系統狀態和對信息精確而可靠的自動檢測，系統的信息處理、控制決策等功能就無法談及和實現[2]。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。工業機器人之所以能夠準確操作，是因為它能夠通過各種傳感器來準確感知自身、操作對象及作業環境的狀態，包括：其自身狀態信息的獲取通過內部傳感器（位置、位移、速度、加速度等）來完成，操作對象與外部環1.2機械加工過程的傳感檢測技術1切削過程和機床運行過程的傳感技術。切削過程傳感檢測的目的在于優化切削過程的生產率、制造成本或（金屬）材料的切除率等。切削過程傳感檢測的目標有切削過程的切削力及其變化、切削過程顫震、刀具與工件的接觸和切削時切屑的狀態及切削過程辨識等，而最重要的傳感參數有切削力、切削過程振動、切削過程聲發射、切削過程電機的功率等。對于機床的運行來講，主要的傳感檢測目標有驅動系統、軸承與回轉系統、溫度的監測與控制及安全性等，其傳感參數有機床的故障停機時間、被加工件的表面粗糙度和加工精度、功率、機床狀態與冷卻潤滑液的流量等。與刀具和機床的過程監視技術相比，工件的過程監視是研究和應用最早、最世紀80年代以來，工件識別和工件安裝位姿監視要求也提到日程上來。粗略地講，工序識別是為辨識所執行的加工工序是否是工（零）件加工要求的工序；工件識別是辨識送入機床待加工的工件或者毛坯是否是要求加工的工件或毛坯，同時還要求辨識工件安裝的位姿是否是工藝規程要求的位姿。此外，還可以利用工件識別和工件安裝監視傳感待加工毛坯或工件的加工裕量和表面缺陷。完成這些識別與監視將采用或開發許多傳感器，如基于TV或CCD的機器視覺傳感器、激光表面粗糙度傳感系統等。（3）刀具,砂輪的檢測傳感。切削與磨削過程是重要的材料切除過程。刀具與砂輪磨損到一定限度（按磨切（磨削能力或無法保證加工精度和加工表面完整性時，稱為刀具/砂輪失效。工業統計證明，刀具失效是引起機床故障停機的首要因素，由其引起的停機時間占NC類機床的總停機時間的1/5-1/3.此外，它還可能引發設備或人身安全事故，甚至是重大事故。1.3汽車自動控制系統中的傳感技術隨著傳感器技術和其它新技術的應用，現代化汽車工業進入了全新時期。汽車的機電一體化要求用自動控制系統取代純機械式控制部件，這不僅體現在發動機上，為更全面地改善汽車性能，增加人性化服務功能，降低油耗，減少排氣污染，提高行駛安全性、可靠性、操作方便和舒適性，先進的檢測和控制技術已擴2下面，我就幾類基本類型的傳感器做些介紹：2.1電阻式傳感器兩個基本部分組成。電刷相對于電阻元件的運動可以是直線運動、轉動和螺旋運動，因而可以將直線位移或角位移轉換為與其成一定函數關系的電阻或電壓輸出。3電阻應變式傳感器由彈性敏感元件、電阻應變計、補償電阻和外殼組成，可根據具體測量要求設計成多種結構形式。彈性敏感元件受到所測量的力而產生變形，并使附著其上的電阻應變計一起變形。電阻應變計再將變形轉換為電阻值的變化，從而可以測量力、壓力、扭矩、位移、加速度和溫度等多種物理量。電阻應變式傳感器是基于電阻應變片的使用，金屬電阻應變片的工作原理是基于金屬導體的應變效應，即金屬導體在外力作用下發生機械變形時，其電阻值隨著它所受機械變形（伸長或縮短）的變化而發生變化的現象。金屬應變片的電阻相對變化為//2//，/稱為dll金屬電阻絲的軸向應變，簡稱縱向應變。/稱為電阻絲的徑向應變，簡稱橫向drr應變。當電阻絲沿橫向伸長時，兩者之間的關系為/drr/，其中為電阻dll絲材料的泊桑比，//2d很小，即其壓阻效應很弱，這樣上式可簡化為dRR/2，其靈敏度為12。為了將電阻應變式傳感器的電阻變化轉換成電壓或電流信號，在應用中一般采用電橋電路作為其測量電路。電橋電路具有結構簡單、靈敏度高、測量范圍寬、線性度好且易實現溫度補償等優點。能較好地滿足各種應變測量要求，因此在應變測量中得到了廣泛的應用[3]。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在進一步放大時易產生零漂，故交流電橋的應用更為廣泛。直流電橋只用于較大應變的測量，交流電橋可用于各種應變的測量。電橋電路按其工作方式分有單臂、雙臂和全橋三種。4度大;體積小;能制成具有一定應變電阻的元件，但它的缺點是溫度穩定性和可重復性不如金屬應變片。把被測的機械量，如位移、壓力等轉換為電容量變化的傳感器。它的敏感部分就是具有可變參數的電容器。其最常用的形式是由絕緣介質分開的兩個平行金屬板組成的平板電容器，若不考慮邊緣效應，其電容量為/當被測CAdAdC電容式傳感器的等效電路如圖：5電容式傳感器的測量電路同樣為電橋電路，如下圖：（3）線性度和重復性都比較好，在一定位移范圍（幾十微米至數毫米）內，傳感器非線性誤差可達0.05%~0.1%。同時，這種傳感器能實現信息的遠距離傳輸、記錄、顯示和控制，它在工業自動控制系統中廣泛被采用。但不足的6螺管插鐵型電感傳感器它由螺管線圈和與被測物體相連的柱型銜鐵構成。其工作原理基于線圈磁力線泄漏路徑上磁阻的變化。銜鐵隨被測物體移動時改變了線圈的電感量。這種傳感器的量程大，靈敏度低，結構簡單，便7電感式傳感器的應用實例有：測厚、零件計數、側轉速、無損探傷、測微技術等。壓電式傳感器的工作原理是基于某些介質材料的壓電效應,是典型的有源傳感器。當材料受力作用而變形時,其表面會有電荷產生，從而實現非電量測量。因此可極板間S物質等效于一種介質,則其電容量為：C0aQ荷，壓電元件的開路電壓為：UCa壓電傳感器可以等效為一個電荷源與一個電容并聯。如下圖(a)壓電傳感器也可以等效為一個與電容相串聯的電壓源。如下圖（b）CaCuqaaa)b)kqCua壓電式傳感器的測量電路：前置放大器作用：一是放大傳感器輸出的微弱信號；二是把它的高輸出阻抗變換為低輸出阻抗。8壓電式金屬加工切削力測量：壓電式玻璃破碎報警器：9霍爾元件的主要性能參數：（1）輸入電阻和輸出電阻輸入電阻：控制電極間的電阻輸出電阻：霍爾電極之間的電阻備更新中，數控機床正迅速地在企業得到普及。數控機床是一種裝有程序控制系統的自動化機床，能夠根據已編好的程序，使機床動作并加工零件。它綜合了機械、自動化、計算機、測量、微電子等最新技術，使用了多種傳感器。（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。位移檢測的傳感器主要有脈沖編碼器、直線光柵、旋轉變壓器、感應同步器等。（1）脈沖編碼器的應用脈沖編碼器是一種角位移（轉速）傳感器，它能夠把機械轉角變成電脈沖。脈沖編碼器可分為光電式、接觸式和電磁式三種，其中，光電式應用比較多。（2）直線光柵的應用直線光柵是利用光的透射和反射現象制作而成，常用于位移測量，分辨力較高，測量精度比光電編碼器高，適應于動態測量。在進給驅動中，光柵尺固定在床身上，其產生的脈沖信號直接反映了拖板的實際位置。用光柵檢測工作臺位置的伺服系統是全閉環控制系統。（3）旋轉變壓器的應用旋轉變壓器是一種輸出電壓與角位移量成連續函數關系的感應式微電機。旋轉變壓器由定子和轉子組成，具體來說，它由一個鐵心、兩個定子繞組和兩個轉子繞組組成，其原、副繞組分別放置在定子、轉子上，原、副繞組之間的電磁耦合程度與轉子的轉角有關。（4）感應同步器的應用感應同步器是利用兩個平面形繞組的互感隨位置不同而變化的原理制成的。其功12能是將角度或直線位移轉變成感應電動勢的相位或幅值，可用來測量直線或轉角位移。按其結構可分為直線式和旋轉式兩種。直線式感應同步器由定尺和滑尺兩部分組成，定尺安裝在機床床身上，滑尺安裝于移動部件上，隨工作臺一起移動；旋轉式感應同步器定子為固定的圓盤，轉子為轉動的圓盤。感應同步器具有較高的精度與分辨力、抗干擾能力強、使用壽命長、維護簡單、長距離位移測量、工藝性好、成本較低等優點。直線式感應同步器目前被廣泛地應用于大位移靜態與動態測量中，例如用于三坐標測量機、程控數控機床、高精度重型機床及加工中心測量裝置等。旋轉式感應同步器則被廣泛地用于機床和儀器的轉臺以及各種回轉伺服控制系統中。3.3位置的檢測位置傳感器可用來檢測位置，反映某種狀態的開關，和位移傳感器不同。位置傳感器有接觸式和接近式兩種。（1）接觸式傳感器的應用接觸式傳感器的觸頭由兩個物體接觸擠壓而動作，常見的有行程開關、二維矩陣式位置傳感器等。行程開關結構簡單、動作可靠、價格低廉。當某個物體在運動過程中，碰到行程開關時，其內部觸頭會動作，從而完成控制，如在加工中心的X、Y、Z軸方向兩端分別裝有行程開關，則可以控制移動范圍。二維矩陣式位置傳感器安裝于機械手掌內側，用于檢測自身與某個物體的接觸位置。（2）接近開關的應用接近開關是指當物體與其接近到設定距離時就可以發出“動作”信號的開關，它無需和物體直接接觸。接近開關有很多種類，主要有自感式、差動變壓器式、電渦流式、電容式、干簧管、霍爾式等。接近開關在數控機床上的應用主要是刀架選刀控制、工作臺行程控制、油缸及汽缸活塞行程控制等。霍爾傳感器是利用霍爾現象制成的傳感器。將鍺等半導體置于磁場中，在一個方向通以電流時，則在垂直的方向上會出現電位差，這就是霍爾現象。將小磁體固定在運動部件上，當部件靠近霍爾元件時，便產生霍爾現象，從而判斷物體是否到位。13速度傳感器是一種將速度轉變成電信號的傳感器，既可以檢測直線速度，也可以檢測角速度，常用的有測速發電機和脈沖編碼器等。測速發電機具有的特點是：（1）輸出電壓與轉速嚴格成線性關系；（2）輸出電壓與轉速比的斜率大。可分成交流和直流兩類。脈沖編碼器在經過一個單位角位移時，便產生一個脈沖，配以定時器便可檢測出角速度。壓力傳感器是一種將壓力轉變成電信號的傳感器。根據工作原理，可分為壓電式傳感器、壓阻式傳感器和電容式傳感器。它是檢測氣體、液體、固體等所有物質間作用力能量的總稱，也包括測量高于大氣壓的壓力計以及測量低于大氣壓的真空計。電容式壓力傳感器的電容量是由電極面積和兩個電極間的距離決定，因靈敏度高、溫度穩定性好、壓力量程大等特點近來得到了迅速發展。在數控機床中，可用它對工件夾緊力進行檢測，當夾緊力小于設定值時，會導致工件松動，系統發出報警，停止走刀。另外，還可用壓力傳感器檢測車刀切削力的變化。再者，它還在潤滑系統、液壓系統、氣壓系統被用來檢測油路或氣路中的壓力，當油路或氣路中的壓力低于設定值時，其觸點會動作，將故障信號送給數控系統。溫度傳感器是一種將溫度高低轉變成電阻值大小或其它電信號的一種裝置。常見的有以鉑、銅為主的熱電阻傳感器、以半導體材料為主的熱敏電阻傳感器和熱電偶傳感器等。在數控機床上，溫度傳感器用來檢測溫度從而進行溫度補償或過熱保護。在加工過程中，電動機的旋轉、移動部件的移動、切削等都會產生熱量，且溫度分布不均勻，造成溫差，使數控機床產生熱變形，影響零件加工精度，為了避免溫度產生的影響，可在數控機床上某些部位裝設溫度傳感器，感受溫度信號并轉換成電信號送給數控系統，進行溫度補償。此外，在電動機等需要過熱保護的地方，應埋設溫度傳感器，過熱時通過數控系統進行過熱報警。14刀具磨損到一定程度會影響到工件的尺寸精度和表面粗糙度，因此，對刀具磨損要進行監控。當刀具磨損時，機床主軸電動機負荷增大，電動機的電流和電壓也會變化，功率隨之改變，功率變化可通過霍爾傳感器檢測。功率變化到一定程度，數控系統發出報警信號，機車停止運轉，此時，應及時進行刀具調整或更換。以上介紹的傳感器在數控機床上的應用是目前的狀況，但隨著傳感器和數控機床的發展，有些傳感器將被淘汰，如旋轉變壓器等，而新的傳感器將不斷出現，會使數控機床更加完善，自適應更強。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，其水平的高低，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，進而使整個我國傳感器的研究，始于20世紀80年代，主要集中在專業研究所和大學，與國外先進技術相比，還還有較大差距。主要表現在：（1）我國傳感器的產業結構，存在著企業分散、實力不強、市場開拓不力等問題。我國從事傳感器研究和生產的單位約1300家，居世界第一，但真正形成一定規模的卻寥寥無幾。多數企業是低水平的重復，處在生產的初級階段。（2）傳感器屬于多學科交叉、技術密集的高技術產品，其技術水平決定于科學研究的水平。而我國在傳感器研究方面科研投資強度偏低，科研設備落后，加之我國存在科研和生產脫節的現象，所以影響了傳感器科研成果的轉化，造成了我23000多種，尚有大量品種需要開發。15（3）我國傳感器產品的技術水平與國外有較大差距，主要是長期穩定性和可靠性較差，限制了其應用領域和產業的發展。雖然我國傳感器產業的現狀還不能適應國民經濟發展的需要，產品技術水平與國外相比還有較大差距，但是從統一市場的觀點看，我國具有傳感器的廣闊市場，所以我國傳感器產業發展的前途還是光明的。因此，必須加強技術研究和引進先進設備，以提高整體水平。傳感器技術今后的發展趨勢，主要表現在以下方面：是傳感器技術升級的重用的半導體材料、陶瓷材料以外,光導纖維以及超導材料的開發,為傳感器的發展提供了物質基礎。例如,根據以硅為基體的許多半導體材料易于微型化、集成化、多功能化、智能化,以及半導體光熱探測器具有靈敏度高、精度高、非接觸性等特材料、有機材料發展很快,可采用不同的配方混合原料,在精密調配化學成分的基礎上,經過高精度成型燒結,得到對某一種或某幾種氣體具有識別功能的敏感材料,用于制成新型氣體傳感器。此外,高分子有機敏感材料,是近幾年人們極為關注的具有應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。傳感器技術的不斷發展,也促進了更新型材料的開發,如納米材料等。美國NRC公司已開發出納米ZrO2氣體傳感器,控制機動車輛尾氣的排放,對凈化環境效果很好,應用前景比較廣闊。由于采用納米材料制作的傳感器,具有龐大的界面,能提供大量的氣體通道,而且導通電阻很小,有利于傳感器向微型化發展，隨著科學技術的不斷進步將有更多的新型材料誕生。（2）應用新技術和新的物理效應，擴大檢測領域的應用。檢測原理大多以各種物理效應為基礎。近代物理學的發展，對仿生學的研究、仿造生物的感覺功能的新型傳感器的開發應用，使得傳感器技術的應用領域更廣闊。如今的檢測領域，正向著社會需要各方面擴展，不僅用于工業部門，而且也涉及到工程、海洋開發、宇宙航行等尖端科學技術和新興工業領域，生物、醫療、環境污染監測、危險品和毒品的偵察、安全監測方面，同時也滲透到人類的日常生活當中。16（3）向高精度發展，