毕业设计传感器技术在机电一体化中的应用.doc
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宿迁泽达职业技术学院毕业设计
毕业设计
学生姓名
学号
系（部）
机电信息工程系
专业
机电一体化技术
题目
传感器技术在机电一体化中的应用
指导教师
（姓名）（专业技术职称/学位）
（姓名）（专业技术职称/学位）
2012
年
6
月
摘要：
近几年来我国汽车工业增长迅速，发展势头很猛。
随之拉动了机电一体化的控制行业强势发展，而随着科学技术的不断更新与集成化的趋势，传感器，也就越来越成为了控制中的核心器件之一。
通过对传感器技术在机电一体化系统中应用状况的描述，指出传感器技术作为机电一体化系统不可缺少的关键技术之一，在机电一体化系统中起着举足轻重的地位和作用，也是机电一体化系统完成自动控制和自动调节的关键环节。
文章概述传感器研究现状与发展，探讨传感器在机电一体化系统中的应用，同时还对机电一体化系统中常用传感器的种类、功能做了简要介绍，并分析我国传感器技术发展的若干问题及发展方向。
关键词：
传感器技术，机电一体化，应用
Abstract：
InrecentyearstherapidgrowthinChina'sautomobileindustry,developamomentum.Thenpullthemechatronicscontrolindustrydevelopment,andwithstrongscienceandtechnologyunceasingrenewalandintegrationtrend,sensors,alsomoreandmorebecomeoneofthecoredevicetocontrol.Throughthesensortechnologyinmechatronicssystemapplicationstatus,andpointsoutthatthesensortechnologydescribedaselectromechanicalintegrationsystemisoneoftheindispensablekeytechnologyinmechatronicssystemplaysanimportantpositionandrole,isalsoelectromechanicalintegrationsystemtoaccomplishautomaticcontrolandself-regulatingkeylink.Thisarticlesummarizesthecurrentresearchanddevelopment,thesensorinmechanicalandelectricalintegrationsystemdiscussedsensor,andtheapplicationofmechatronicssystemisusedincategory,functionofthesensorpaperbrieflyintroduces,andanalyzessomeproblemsofthedevelopmentofthesensortechnologyanddevelopmentdirection.
.
Keywords：
sensortechnology，electromechanicalintegration，application
目录
1引言 5
2机电一体化综述 5
2.1机电一体化概要 5
2.2机电一体化的特点分析 5
2.2.1体积小、重量轻 5
2.2.2速度快、精度高 5
2.2.3可靠性高 6
2.2.4柔性好 6
2.3机电一体化系统的组成部分 6
2.3.1机械部分 6
2.3.2执行装置 6
2.3.3传感器 6
2.3.4控制装置 6
2.4机电一体化的核心技术 7
2.4.1机械本体技术 7
2.4.2传感技术 7
2.4.3信息处理技术 7
2.4.4驱动技术 7
2.4.5接口技术 7
2.4.6软件技术 8
2.5机电一体化技术的主要应用领域 8
2.5.1数控机床 8
2.5.2计算机集成制造系统（CIMS） 8
2.5.3工业机器人 8
3传感器简介 8
3.1传感器的概念与组成 8
3.2传感器——机电一体化系统之首 9
3.3传感器的种类 10
4传感器技术在机电一体化中的应用 11
4.1传感器技术的研究现状和发展 11
4.2传感器在机电一体化系统中的应用 11
4.2.1机器人用传感器 11
4.2.2机械加工过程的传感检测技术 13
4.2.3汽车自动控制系统中的传感技术 13
4.3我国传感器技术发展的若干问题 14
4.4我国传感器技术今后的发展方向 15
4.4.1加速开发新型敏感材料 15
4.4.2向高精度发展 15
4.4.3向微型化发展 15
4.4.4向微功耗及无源化发展 15
4.4.5向智能化数字化发展 15
结论 16
致谢 17
参考文献 18
1引言
进入20世纪80年代以来，关于机电一体化技术的研究和应用已成为全球性的课题，可以说，从军事到经济、从生产到生活、从简单的日用消费品生产到复杂的社会生产和管理系统，机电一体化技术几乎达到无所不在、无孔不入的地步。
近几年来，在我国汽车工业迅猛发展，成为世界最大产业之一的同时，随之也拉动了机电一体化的控制行业强势发展，而随着科学技术的不断更新与集成化的趋势，传感器，也就越来越成为了控制中的核心器件之一。
在机电一体化系统中，传感器处系统之首，其作用相当于系统感受器官，能快速、准确地获取信息并能经受严酷环境考验，是机电一体化系统达到高水品的保证。
如缺少这些传感器对系统状态和对信息精确而可靠的自动检测、系统的信息处理、控制决策等功能就无法谈及和实现。
随着人类探知领域和空间的拓展，电子信息种类日益繁多，信息传递速度日益加快，信息处理能力日益增强，相应的信息采集——传感技术也将日益发展，传感器也将无所不在。
从20世纪80年代起，逐步在世界范围内掀起一股“传感器热”，各先进工业国都极为重视传感技术和传感器研究、开发和生产。
传感技术已成为重要的现代科技领域，传感器及其系统生产已成为重要的新兴行业。
2机电一体化综述
2.1机电一体化概要
机电一体化（mechatronics）一词是机械（mechanics）和电子（electronics）两个词的合成词，20世纪70年代中期由日本首先开始使用，现在已得到欧美各国的普遍认可，并得到广泛使用。
虽然其精髓定义还不明确，但从广义上可以简要概括为“机械工程与电子工程相结合的技术，以及应用这些技术的机械电子装置”。
再简单地说就是“机械的电子化或者机械电子工程”[1]的意思。
顾名思义，机电一体化就是机械技术与电子技术相结合的产物。
近年来，随处可见许多以前仅由机械结构实现运动的装置，通过与电子技术相结合而得到显著改进和提高的实例。
2.2机电一体化的特点分析
近年来机电一体化技术得到了迅速的发展，这种迅速发展当然有其原因。
下面列举机电一体化技术的几个方面特点：
2.2.1体积小、重量轻
由于半导体与集成电路（integratedcircuit,IC）技术的提高和液晶技术的发展，使得控制装置的测量装置可以做成原来重量和体积的几分之一甚至几十分之一，迅速向轻型化和小型化发展。
2.2.2速度快、精度高
随着半导体和集成电路的飞速发展，出现了大规模集成电路（largescaleintegratedcircuit,LSI）和超大规模集成电路（verylargescaleintegratedcircuit,VLSI）。
在电路集成度提高的同时，处理速度和响应速度也迅速提高，使机电一体化装置总的处理速度能够充分满足实际应用的需要。
同时，由于机电一体化技术的应用，推动了超精密加工技术的进步，使其与高精度加工和精密运动控制相适应。
2.2.3可靠性高
由于激光和电磁应用技术的发展，传感器和驱动控制器等装置已采用非接触式代替了接触式，避免了原来接卸接触式存在的注油、磨损、断裂等问题，使可靠性得到大幅度提高。
2.2.4柔性好
从机器人的例子可以知道，通过计算机软件就可以任意确定动作。
比如，只要改变程序就可以实现最佳运动；同样也可以很容易地增加新的运动，具有很强的可扩展性。
因为不需要变更硬件就能够调整运动，所以很容易地适应多样化的新用途，在应用上非常方便。
由于机电一体化的上述各项特点，使得其产品具有节能、高质、低成本的共性，从而产生了一系列过去不可想象的新产品。
2.3机电一体化系统的组成部分
“机电一体化系统”是指由机械与电子紧密结合的多学科集成技术设计出来的产品或制造系统。
它是当前老产品更新换代和新产品研制开发的方向。
近年来，在世界范围内掀起的利用以微机为代表的微电子技术与机械技术的有机结合，给机械以智能的机电一体化技术革命正在迅猛发展，机电一体化产品正在以惊人的速度不断涌向市场[2]。
机电一体化系统的组成如图1所示，大致上可以分为四个组成部分：
2.3.1机械部分
机械部分（机构要素）：
像机器人的机械手那样实现目标动作。
“mecbanism”历来都翻译为“机构”或“机构学”，在这里我们取其含义为：
“由机械零件（machineelement）组成的，向其他机械部件传递运动的机构。
”
2.3.2执行装置
执行装置（能量转换要素）：
将信息转换为力和能量，以驱动机械部分动作。
所谓执行装置就是按照指令将电信号转换成流体或机械能，驱动机械部分进行运动的装置。
机电一体化系统的执行装置可以分为电动、液压、气动三大类。
2.3.3传感器
传感器（检测要素）：
用于对输出端地机械运动结果进行测量、监控和反馈。
传感器是将被测对象的状态、性质等转换为一定的物理量或者化学量的装置。
近年来，传感器几乎都是将被测量转换为电信号，主要用于反馈指控。
2.3.4控制装置
控制装置（控制要素）：
对机电一体化系统的控制信息和来自传感器的反馈信息进行处理，向执行装置发出动作指令。
为了达到一定目的而实行的适当的操作称为控制。
目前，几乎所有的控制装置都是由具有微处理器的计算机和输入输出接口构成的。
控制系统一般可以分为开环控制系统和闭环控制系统，各种控制系统都充分应用了现代控制理论和技术。
图1机电一体化系统的组成
2.4机电一体化的核心技术
机电一体化包括软件和硬件两方面技术。
硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。
因此，为加速推进机电一体化的发展，必须从以下几方面着手：
2.4.1机械本体技术
机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。
现代机械产品一般都是以钢铁材料为主，为了减轻质量除了在结构上加以改进，还应考虑利用非金属复合材料。
只有机械本体减轻了重量，才有可能实现驱动系统的小型化，进而在控制方面改善快速响应特性，减少能量消耗，提高效率。
2.4.2传感技术
传感器的
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