【正文】 批新型半導(dǎo)體傳感器；光刻、擴(kuò)散及各向異性腐蝕等集成電路新工藝，也已滲透到傳感器的制造過程中，從而使檢測(cè)系統(tǒng)更趨于小型化、集成化、多功能化、多維化及性能更強(qiáng)。 化學(xué)傳感器今后發(fā)展重點(diǎn)是微型化、智能化、多功能化。目前我國(guó)傳感器第一大用戶冶 金行業(yè) ,所需 100 種專用高附加值傳感器幾乎全部依靠進(jìn)口（例如鋼水包的高溫稱重傳感器）。 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。 傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診 斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域。相信不久的將來，傳感器技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)飛躍，達(dá)到與其重要地位相稱的新水平 ， 今后必將有更輝煌的飛躍。 黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 第 23 頁(yè) 共 23 頁(yè) 參考文獻(xiàn) [1]魏天路 . 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) [M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， [2]宋文緒、楊帆主編 自動(dòng)檢測(cè)技術(shù) . 北京：高等教育出版社 ， [3]韓連英，王曉紅 .光纖傳感器在機(jī)械設(shè)備檢測(cè)中的應(yīng)用 [J].光機(jī)電信息 .2022 [4]張開遜 .現(xiàn)代傳感技術(shù)在信息科學(xué)中的地位 [J].工業(yè)計(jì)量 .2022（ 1） [5]陳瑜 .國(guó)外機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) [J].國(guó)外機(jī)電一體化技術(shù) .2022， 5 [6]胡泓、姚伯威主編 .機(jī)電 一體化原理及應(yīng)用 .北京：國(guó)防工業(yè)出版社， 1999 [7]李建勇 .機(jī)電一體化技術(shù) [M].北京 :科學(xué)出版社 ,2022. 。 在此我首先要特別感謝我的指導(dǎo)老師夏繼軍 副教授；其次要 感謝 機(jī)電 學(xué)院的專業(yè)老師們，他們不僅教會(huì)我專業(yè)方面的知識(shí)，而且還教會(huì)我們做人做事的道理；最后要感謝我的同學(xué)們，在遇到問題時(shí)，離不開與他們的探討研究。 由此可見，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面的重要作用，是十分明顯的。 在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，無(wú)論是機(jī)械電子化產(chǎn)品（如數(shù)控機(jī)床），還是機(jī)電相互融合的高級(jí)產(chǎn)品（如機(jī)器人），都離不開檢測(cè)與傳感器這個(gè)重要環(huán)節(jié)。 為了以后能夠在這些方面能夠突飛猛進(jìn)，為了以后傳感器在生活上能夠取到舉足輕重的地位，必須讓技術(shù)與現(xiàn)實(shí)狀況相結(jié)合，向其所要達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)，所要需求的方向邁進(jìn)，傳感器技術(shù)最終一定能在社會(huì)上取得重要的位置。 應(yīng)用仿生學(xué)、傳感器學(xué)、計(jì)算科學(xué)聯(lián)理作為仿生傳感器取得了重大進(jìn)展 ,生物傳感器是跨學(xué)科的科學(xué) ,它著眼于保健、環(huán)境、衣業(yè)和食品工業(yè)的檢測(cè)的需求。隨著現(xiàn)代化的發(fā)展，傳感器的功能已突破傳統(tǒng)的功能，其輸出不再是一個(gè)單一的模擬信號(hào) (如 0～ 10 mV)，而是經(jīng)過微電腦處理好后的數(shù)字信號(hào)，有的甚至帶有控制功能，即智能傳感器。為了使自動(dòng)檢測(cè)裝置適應(yīng)在各種復(fù)雜條件下可靠工作，要求研制的檢測(cè)系統(tǒng)，具有較高的抗干擾能力和適應(yīng)生產(chǎn)要求的較長(zhǎng)的使用壽命。 （ 3）向高精度發(fā)展，研制出靈敏度高、精確度高、響應(yīng)速度快、互換性好的新型傳感器，以確保生產(chǎn)自動(dòng)化的可靠性。 （ 2）應(yīng)用新技術(shù)和新的物理效應(yīng)，擴(kuò)大檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用。此外 ,高分子有機(jī)敏感材料 ,是近幾年人們極為關(guān)注的具有應(yīng)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。 傳感器材料是傳感器技術(shù)的重要基礎(chǔ) , 是傳感器技術(shù)升級(jí)的重要支撐。 （ 3） 我國(guó)傳感器產(chǎn)品的技術(shù)水平與國(guó)外有較大差距，主要是長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性較差，限制了其應(yīng)用領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。多數(shù)企業(yè)是低水平的重復(fù)，處在生產(chǎn)的初級(jí)階段。特別是智能機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，需要研制各種模擬人的感覺器官的傳感器，如已有的機(jī)器人力覺、觸覺傳感器、味覺傳感器等。 (2) 集成化，多功能化 —— 向敏感功能裝置發(fā)展 傳感器的集成化，最近積極地應(yīng)用了半導(dǎo)體集成電路技術(shù)及其開發(fā)思想用于傳感器制造。 黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 第 18 頁(yè) 共 23 頁(yè) 第五 章 傳感器 技術(shù) 的發(fā)展方向及發(fā)展趨勢(shì) 傳感器技術(shù)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是機(jī)電一體化系統(tǒng)不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)之一，其水平的高低，在很大程度上影響和決定著系統(tǒng)的功能；其水平越高，系統(tǒng)的自動(dòng)化程度就越高。傳感器的穩(wěn)定性是經(jīng)過長(zhǎng)期使用以后 ，其輸出特性不發(fā)生變化的性能。 一般光電效應(yīng)、壓電效應(yīng)等物性型傳感器響應(yīng)時(shí)間短，工作頻率范圍寬。若被測(cè)量是 二維或三維向量，則對(duì)傳感器還應(yīng)要求交又靈敏度越小越好。有些需在較強(qiáng)的噪聲干擾下進(jìn)行的測(cè)試工作，被測(cè)信號(hào)登加干擾信號(hào)后，也不應(yīng)進(jìn)入非線性區(qū)。但靈敏度越高，與測(cè)量信號(hào)無(wú)關(guān)的外界噪聲也容易混入，并且噪聲也會(huì)被放大。 （ 5） 考慮傳感器的體積，被測(cè)位置是否能放下，傳感器的來源、價(jià)格等因素。若是大位移測(cè)量，有感應(yīng)同步器、光柵傳感器等供選擇。 （ 1） 首先要仔細(xì)研究測(cè)試信號(hào)還是速度、加速度、力的測(cè)量，確定測(cè)試方式和初步確定傳感器類型，例如，是位移測(cè)量，再確定傳感器類型。功率變化到一定程度，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，機(jī)車停止運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行刀具調(diào)整或更換。 在加工過程中，電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)部件的移動(dòng)、切削等都會(huì)產(chǎn)生熱量，且溫度分布不均勻，造成溫差，使數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生熱變形，影響零件加工精度，為了避免溫度產(chǎn)生的影響，可在數(shù)控機(jī)床上某些部位裝設(shè)溫度傳感器，感受溫度信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)送給數(shù)控系統(tǒng)，進(jìn)行溫度補(bǔ)償。再者，它還在潤(rùn)滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)被用來檢測(cè)油路或氣路中的壓力，當(dāng)油路或氣路中的壓力低于設(shè)定值時(shí)，其觸點(diǎn)會(huì)動(dòng)作，將故障信號(hào)送給數(shù)控系統(tǒng)。它是檢測(cè)氣體、液體、固體等所有物質(zhì)間作用力能量的總稱，也包括測(cè)量高于大氣壓的壓力計(jì)以及測(cè)量低于大氣壓的真空計(jì)。 脈沖編碼器在經(jīng)過一個(gè)單 位角位移時(shí)，便產(chǎn)生一個(gè)脈沖，配以定時(shí)器便可檢測(cè)出角速度。 速度的檢測(cè) 速度傳感器是一種將速度轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的傳感器，既可以檢測(cè)直線速度，也可以檢測(cè)角速度，常用的有測(cè)速發(fā)電機(jī)和脈沖編碼器等。 接近開關(guān)在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用主要是刀架選刀控制、工作臺(tái)行程控制、油缸及汽缸活塞行程控制等。當(dāng)某個(gè)物體在運(yùn)動(dòng)過程中 ，碰到行程開關(guān)時(shí)，其內(nèi)部觸頭會(huì)動(dòng)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(guān)，則可以控制移動(dòng)范圍。 位置的檢測(cè) 位置傳感器可用來檢測(cè)位置，反映某種狀態(tài)的開關(guān)，和位移傳感器不同。直線式感應(yīng)同步器由定尺和滑尺兩部分組成，定尺安裝在機(jī)床床身上，滑尺安裝于移動(dòng)部件上，隨工作臺(tái)一起移動(dòng)；旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器定子為固定的圓盤，轉(zhuǎn)子為轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤。旋轉(zhuǎn)變壓器由定子和轉(zhuǎn)子組成，具體來說，它由一個(gè)鐵心、兩個(gè)定子繞組和兩個(gè)轉(zhuǎn)子繞組組成，其原、副繞組分別放置在定子、轉(zhuǎn)子 上，原、副繞組之間的電磁耦合程度與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角有關(guān)。 （ 2） 直線光柵的應(yīng)用 直線光柵是利用光的透射和反射現(xiàn)象制作而成，常用于位移測(cè)量，分辨力較高，測(cè)量精度比光電編碼器高，適應(yīng)于動(dòng)態(tài)測(cè)量。 不同種類數(shù)控機(jī)床對(duì)傳感器的要求也不盡相同，一般來說，大型機(jī)床要求速度響應(yīng)高，中型和高精度數(shù)控機(jī)床以要求精度為主 。 數(shù)控機(jī)床綜合了機(jī)械、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、測(cè)量、微電子等最新技術(shù)，使用了多種傳感器，由于高精度、高速度、高效率及安全可靠的特點(diǎn)，在制造業(yè)技術(shù)設(shè)備更新中，數(shù)控機(jī)床正迅速地在企業(yè)得到普及。 （ 3） 在線測(cè)試與非在線測(cè)試 。選用傳感器時(shí)，要綜合考慮精度的使用要求與經(jīng)濟(jì)性。穩(wěn)定性主要有時(shí)間穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性。 線性范圍一般與靈敏度相互矛盾。 物性型傳感器的頻響特性 比結(jié)構(gòu)型傳感器要好；非接觸式傳感器的頻響特性比接觸式傳感器要好。但應(yīng)注意： 靈敏度越高，外部干擾、噪聲越容易混入。 (1)傳感器類型 為實(shí)現(xiàn)對(duì)某一參數(shù)的測(cè)試，可供選用的傳感器類型可能會(huì)有很多。 霍爾傳感器動(dòng)態(tài)性能好。如下圖： 霍爾元件的主要性能參數(shù)： （ 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 （ 2） 額定控制電流和最大允許控制電流 額定控制電流：當(dāng)霍爾元件有控制電流使其本身在空氣中產(chǎn)生 10℃溫升時(shí)，對(duì)應(yīng)的控制電流值 最大允許控制電流：以元件允許的最大溫升限制所對(duì) 應(yīng)的控制電流值 （ 3） 不等位電勢(shì)：當(dāng)霍爾元件的控制電流為額定值時(shí)，若元件所處位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，測(cè)得的空載霍爾電勢(shì)。 壓電式傳感器的應(yīng)用有：壓電式測(cè)力傳感器、壓電式加速度傳感器、壓電式金屬加工切削力測(cè)量、壓電式玻璃破碎報(bào)警器等。如下圖 (a) 壓電傳感器也可以等效為一個(gè)與電容相串聯(lián)的電壓源。 壓電式傳感器 壓 電式傳感器的工作原理是基于某些介質(zhì)材料的壓電效應(yīng) , 是典型的有源傳感器。其 工作原理基于線圈磁力線泄漏路徑上磁阻的變化。 δ 一般取在 ～ 毫米之間。常用電感式傳感器有變間隙型、變面積 型和螺管插鐵型。這種傳感器的線圈匝數(shù)和材料導(dǎo)磁系數(shù)都是一定的，其電感量的變化是由于位移輸入量導(dǎo)致線圈磁路的幾何尺寸 變化而引起的。但不足的是，它有頻率響應(yīng)較低，不宜快速動(dòng)態(tài)測(cè)控等缺點(diǎn)。 （ 2） 靈敏度和分辨力高，能測(cè)出 微米的位移變化。電容式傳感器精度 可達(dá) ％。它的敏感部分就是具有可變參數(shù)的電容器。 電橋電路按 其工作方式分有單臂、雙臂和全橋三種。電橋電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、測(cè)量范圍寬、線性度好且易實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)葍?yōu)點(diǎn)。 黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 第 7 頁(yè) 共 23 頁(yè) 金屬應(yīng)變片的 電阻相對(duì)變化為 ?? //2// drdrldlRdR ??? ， ??ldl/ 稱為金屬電阻絲的軸向應(yīng)變，簡(jiǎn)稱縱向應(yīng)變。 （ 2） 電阻應(yīng)變式傳感器 電阻應(yīng)變式傳感器由彈性敏感元件、電阻應(yīng)變計(jì)、補(bǔ)償電阻和外殼組 成，可根據(jù)具體測(cè)量要求設(shè)計(jì)成多種結(jié)構(gòu)形式。受環(huán)境影響小。 變阻式傳感器又稱為電位器式傳感器。 由于其工作在發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng) ,燃油蒸