传感器技术在机电一体化系统中的应用及其发展

1传感器技术在机电一体化系统中的应用及其发展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。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。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，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，光机电一体化，应用2THESENSORTECHNOLOGYAPPLICATIONINMECHATRONICSSYSTEMANDITSDEVELOPMENTABSTRACTInmechatronicssystem,wherethesensorsystem,theroleoftheequivalentsystemfeelingOrgans,canquicklyandaccuratelytoobtaininformationandcanwithstandharshenvironmenttest,iselectromechanicalintegrationsystemreachesToahighlevelofassurance.SuchaslackofthesesensorsonthesystemstateandaccurateandreliableinformationtobeautomaticTesting,thesystem'sinformationprocessing,controldecision-makingfunctionscannottalkaboutandrealization.ThisarticlesummarizesthesensorResearchsituationanddevelopment,discussesthesensorsintheelectromechanicalintegrationsystem,andanalyzestheapplicationofsensorImplementtechnologydevelopmentcertainproblemsanddevelopmentdirection.KEYWORDS:sensortechnology，Optic-mechanicalintegration，application1目录中文摘要………………………………………………………………………………………2页英文摘要……………………………………………………………………………………….3页前言………………………………………………………………………………..…………….1页第一章、传感器在机电一体化系统中的作用及地位..............1页§1.1机器人用传感器.....................................................................................................1页§1.2机械加工过程的传感检测技术......................................................................1页§1.3汽车自动控制系统中的传感技术................................................................2页第二章、常用传感器的类型、特点、结构及用途………………….……….3页§2.1电阻式传感器..............................................3页§2.2电容式传感器...............................................5页§2.3电感式传感器...............................................6页§2.4压电式传感器...............................................7页§2.5霍尔式传感器...........................................................................................................9页第三章、机电一体化系统中传感器的选择…………………………………….11页§3.1数控机床对传感器的要求..................................11页§3.2位移的检测.................................................11页§3.3位置的检测.................................................12页§3.4速度的检测................................................13页§3.5压力的检测................................................13页.§3.6温度的检测................................................14页2§3.7刀具磨损的监控....................................................................................................14页第四章、我国传感器技术的发展趋势…………………………………………….14页§4.1与国外的差距..............................................15页§4.2今后的发展趋势....................................................................................................15页第五章、结论.................................................................................................................…...17页第六章、参考文献.............................................................................................................18页第七章、致谢......................................................................................................................19页1前言从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。如果说计算机是人类大脑的扩展,那么传感器就是人类五官的延伸，当集成电路、计算机技术飞速发展时，人们才逐步认识信息摄取装置——传感器没有跟上信息技术的发展而惊呼“大脑发达、五官不灵”。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。第一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[2]。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。1.1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。1.2机械加工过程的传感检测技术2（1）切削过程和机床运行过程的传感技术。切削过程传感检测的目的在于优化切削过程的生产率、制造成本或（金属）材料的切除率等。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，其传感参数有机床的故障停机时间、被加工件的表面粗糙度和加工精度、功率、机床状态与冷却润滑液的流量等。（2）工件的过程传感。与刀具和机床的过程监视技术相比，工件的过程监视是研究和应用最早、最多的。它们多数以工件加工质量控制为目标。20世纪80年代以来，工件识别和工件安装位姿监视要求也提到日程上来。粗略地讲，工序识别是为辨识所执行的加工工序是否是工（零）件加工要求的工序；工件识别是辨识送入机床待加工的工件或者毛坯是否是要求加工的工件或毛坯，同时还要求辨识工件安装的位姿是否是工艺规程要求的位姿。此外，还可以利用工件识别和工件安装监视传感待加工毛坯或工件的加工裕量和表面缺陷。完成这些识别与监视将采用或开发许多传感器，如基于TV或CCD的机器视觉传感器、激光表面粗糙度传感系统等。（3）刀具,砂轮的检测传感。切削与磨削过程是重要的材料切除过程。刀具与砂轮磨损到一定限度（按磨钝标准判定）或出现破损（破损、崩刃、烧伤、塑变或卷刀的总称），使它们失去切（磨削能力或无法保证加工精度和加工表面完整性时，称为刀具/砂轮失效。工业统计证明，刀具失效是引起机床故障停机的首要因素，由其引起的停机时间占NC类机床的总停机时间的1/5-1/3.此外，它还可能引发设备或人身安全事故，甚至是重大事故。1.3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3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第二章、常用传感器的类型、特点、结构及用途传感器已广泛应用于航天、航空、国防科研、信息产业、机械、电力、能源、交通、冶金、石油、建筑、邮电、生物、医学、环保、材料、灾害预测预防、农林、渔业生产、食品、烟酒制造、机器人、家电等诸多领域,可以说几乎渗透到每个领域[1]。下面，我就几类基本类型的传感器做些介绍：2.1电阻式传感器电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器.按工作的原理可分为：变阻器式、电阻应变式、热敏式、光敏式、电敏式。（1）变阻器式传感器变阻器式传感器的等效电路如下图：如果电阻丝的直径和材料确定，单位位移的电阻值为一常数，传感器的输出与输入成线性关系。变阻式传感器又称为电位器式传感器。它们是由电阻元件及电刷(活动触点)两个基本部分组成。电刷相对于电阻元件的运动可以是直线运动、转动和螺旋运动，因而可以将直线位移或角位移转换为与其成一定函数关系的电阻或电压输出。这类传感器结构简单，尺寸小，性能稳