机电一体化大作业文档格式.docx

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2.2机械加工过程的传感检测技术2

2.3汽车自动控制系统中的传感技术2

第三章机电一体化系统中传感器的选择

3.1数控机床对传感器的要求3

3.2位移的检测3

3.3位置的检测4

3.4速度的检测4

3.5温度的检测4

第四章我国传感器技术的发展趋势

4.1与国外的差距...5

4.2今后的发展趋势5

总结..6

参考文献7

传感器在机电一体化的应用

【摘要】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、精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平的保证。

文章概述传感器研究现状与发展，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

第一章绪论

1.1概述

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。

传感器技术是一项当今世界令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱。

传感器技术是测量技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技术、微电子学、光学、声学、精密机械、仿生学、材料科学等众多学科相互交叉的综合性高新技术密集型前沿技术之一。

第二章传感器在机电一体化系统中的作用及地位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、精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平的保证。

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。

传感器是左右机电一体化系统（或产品）发展的重要技术之一，广泛应用于各种自动化产品之中：

2.1机器人用传感器

工业机器人之所以能够准确操作，是因为它能够通过各种传感器来准确感知自身、操作对象及作业环境的状态，包括：

其自身状态信息的获取通过内部传感器（位置、位移、速度、

加速度等）来完成，操作对象与外部环境的感知通过外部传感器来实现，这个过程非常重要,

足以为机器人控制提供反馈信息。

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各种触觉传感器

2.2机械加工过程的传感检测技术

切削过程传感检测的目标有切削过程的切削力及其变化、切削过程颤震、刀具与工件的接触

和切削时切屑的状态及切削过程辨识等，而最重要的传感参数有切削力、切削过程振动、切

削过程声发射、切削过程电机的功率等。

对于机床的运行来讲，主要的传感检测目标有驱动系统、轴承与回转系统、温度的监测与控制及安全性等。

2.3汽车自动控制系统中的传感技术

随着传感器技术和其它新技术的应用，现代化汽车工业进入了全新时期。

汽车的机电一

体化要求用自动控制系统取代纯机械式控制部件，这不仅体现在发动机上，为更全面地改善

汽车性能，增加人性化服务功能，降低油耗，减少排气污染，提高行驶安全性、可靠性、操作方便和舒适性，先进的检测和控制技术已扩大到汽车全身。

在其所有重点控制系统中，必

不可少地使用曲轴位置传感器、吸气及冷却水温度传感器、压力传感器、气敏传感器等各种

传感器等。

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汽车曲轴自动控制系统

3.1数控机床对传感器的要求

（1）可靠性高和抗干扰性强；

（2）满足精度和速度的要求；

（3）使用维护方便，适合机床运行环境；

（4）成本低

不同种类数控机床对传感器的要求也不尽相同，一般来说，大型机床要求速度响应高,中型和高精度数控机床以要求精度为主。

3.2位移的检测

位移检测的传感器主要有脉冲编码器、直线光栅、旋转变压器、感应同步器等。

（1）脉冲编码器的应用

脉冲编码器是一种角位移（转速）传感器，它能够把机械转角变成电脉冲。

（2）直线光栅的应用

直线光栅是利用光的透射和反射现象制作而成，常用于位移测量，分辨力较高，测量精度比光电编码器高，适应于动态测量。

（3）旋转变压器的应用

旋转变压器是一种输出电压与角位移量成连续函数关系的感应式微电机。

（4）感应同步器的应用

感应同步器是利用两个平面形绕组的互感随位置不同而变化的原理制成的。

其功能是

将角度或直线位移转变成感应电动势的相位或幅值，可用来测量直线或转角位移。

按其结构

可分为直线式和旋转式两种。

3.3位置的检测

位置传感器可用来检测位置，反映某种状态的开关，和位移传感器不同。

位置传感器

有接触式和接近式两种。

（1）接触式传感器的应用

接触式传感器的触头由两个物体接触挤压而动作，常见的有行程开关、

二维矩阵式位置传感

器等。

（2）接近开关的应用

接近开关是指当物体与其接近到设定距离时就可以发出动作”信号的开关，它无需和物

体直接接触。

3.4速度的检测

速度传感器是一种将速度转变成电信号的传感器，既可以检测直线速度，

也可以检测角速度，

常用的有测速发电机和脉冲编码器等。

3.5温度的检测

温度传感器是一种将温度高低转变成电阻值大小或其它电信号的一种装置。

常见的有以

铂、铜为主的热电阻传感器、以半导体材料为主的热敏电阻传感器和热电偶传感器等。

传感器技术是实现自动控制、自动调节的关键环节，也是机电一体化系统不可缺少的关

键技术之一，其水平的高低，在很大程度上影响和决定着系统的功能；

其水平越高，系统的

自动化程度就越高。

4.1与国外的差距

我国传感器的研究，始于20世纪80年代，主要集中在专业研究所和大学，与国外先进技术相比，还还有较大差距。

主要表现在：

（1）我国传感器的产业结构，存在着企业分散、实力不强、市场开拓不力等问题。

我国从事传感器研究和生产的单位约1300家，居世界第一，但真正形成一定规模的却寥寥无几。

多数企业是低水平的重复，处在生产的初级阶段。

（2）传感器属于多学科交叉、技术密集的高技术产品，其技术水平决定于科学研究的水平。

而我国在传感器研究方面科研投资强度偏低，科研设备落后，加之我国存在科研和生产脱节的现象，所以影响了传感器科研成果的转化，造成了我国传感器产品综合实力较低，阻碍了传感器产业的发展。

世界传感器的种类约有2万多种，而我国经过“八五”、“九五”的发展，目前也仅有3000多种，尚有大量品种需要开发。

（3）我国传感器产品的技术水平与国外有较大差距，主要是长期稳定性和可靠性较差，限制了其应用领域和产业的发展。

4.2今后的发展趋势

虽然我国传感器产业的现状还不能适应国民经济发展的需要，产品技术水平与国外相比还有较大差距，但是从统一市场的观点看，我国具有传感器的广阔市场，所以我国传感器产业发展的前途还是光明的。

因此，必须加强技术研究和引进先进设备，以提高整体水平。

传感器技术今后的发展趋势，主要表现在以下方面：

（1）新材料开发。

传感器材料是传感器技术的重要基础,是传感器技术升级的重要支撑。

随着材料科学的进步,传感器技术日臻成熟,其种类越来越多,除了早期使用的半导体材料、陶瓷材料以外,光导纤维以及超导材料的开发,为传感器的发展提供了物质基础。

此外,高分子有机敏感材料,是近几年人们极为关注的具有应用潜力的新型敏感材料,可制成热敏、光敏、气

敏、湿敏、力敏、离子敏和生物敏等传感器。

传感器技术的不断发展,也促进了更新型材料的开发，如纳米材料等。

美国NRC公司已开发出纳米ZnO2气体传感器，控制机动车辆尾气的排放,对净化环境效果很好,应用前景比较广阔。

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ZnO2气体传感器

（2）应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域的应用。

检测原理大多以各种物理效应为基础。

近代物理学的发展，对仿生学的研究、仿造生物的感觉功能的新型传感器的开发应用，使得传感器技术的应用领域更广阔。

（3）向高精度发展，研制出灵敏度高、精确度高、响应速度快、互换性好的新型传感器，

以确保生产自动化的可靠性。

近年来，随着科学技术的不断发展，要求灵敏度、精确度和稳

定性等尽可能的高。

例如超精度的在线检测，要求v0.1卩m。

对传感器可靠性故障率的数学模型和计算方法的研究，大大提高检测系统的可靠性。

为了使自动检测装置适应在各种复杂条件下可靠工作，要求研制的检测系统，具有较高的抗干扰能力和适应生产要求的较长的使用寿命。

（4）向智能化数字化发展。

随着现代化的发展，传感器的功能已突破传统的功能，其输出不再是一个单一的模拟信号（如0〜10mV），而是经过微电脑处理好后的数字信号，有的甚至带有控制功能，即智能传感器。

总结

检测传感技术的不断发展是为了适应国民经济发展的需求，在很多机械产品中无论是

机械电子化产品（如数控机床），还是机电相互融合的高级产品（如机器人），都离不开检测与传感器这个重要环节。

通过对机电一体化的学习，使我懂得不能只局限于书本上表面的东西，只是记住书上讲的理论而已，学习就要搞明白原理，知道为什么会这样，还要知道这些

理论和概念会运用在什么场合，善于读书和利用身边的资源。

在以后的学习之中应加强学科

之间的交叉运用，只有这样我们才能学以致用。

参考文献

[1]韩连英，王晓红.光纤传感器在机械设备检测中的应用[J].光机电信息.2006（3）

[2]张开逊.现代传感技术在信息科学中的地位[J].工业计量.2006

（1）

[3]武昌俊.自动检测技术及应用[M].北京：

机械工业出版社，2005.

[4]梁景凯.机电一体化技术与系统[M].北京：

机械工业出版社，1999.

[5]陈瑜.国外机电一体化技术发展趋势[J].国外机电一体化技术.2000,5

[6]胡泓、姚伯威主编.机电一体化原理及应用.北京：

国防工业出版社，1999

[7]李建勇.机电一体化技术[M].北京:

科学出版社,2004.