【正文】 ............ 16 刀具磨損的監(jiān)控 ............................................................................................ 17 第五章 傳感器技術(shù)的現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì) ............................................................ 18 微型化 ........................................................................................................... 18 智能化 ........................................................................................................... 19 多功能傳感器 ............................................................................................... 21 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化 ................................................................................................... 23 新材料開發(fā) ................................................................................................... 24 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................... 26 附 錄 ......................................................................................................................... 27致 謝 ....................................................................................................................... 28 緒 論 對(duì)于傳感器的研究始于本世紀(jì) 30 年代。傳感技術(shù)已成為重要的現(xiàn)代科技領(lǐng)域，傳感器及其系統(tǒng)生產(chǎn)已成為重要的新興行業(yè)，文章概述傳感器研究現(xiàn)狀與發(fā)展，探討傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用，并分析我國(guó)傳感器技術(shù)發(fā)展的若干問(wèn)題及發(fā)展方向。傳感器的動(dòng)態(tài)特性；傳感器的輸出量對(duì)于隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性稱為傳感器的動(dòng)態(tài)特 性。電容式傳感器精度可達(dá) ％。壓電式傳感器用于測(cè)量力和能變換為力的非電物理量，如壓力、加速度等。當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度固定時(shí)，則可測(cè)量霍爾片的電流、電壓等電參。 第二章 常用傳感器的類型、特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)及用途 傳感器已廣泛應(yīng)用于航天、航空、國(guó)防科研、信息產(chǎn)業(yè)、機(jī)械、電力、能源、交通、冶金、石 油、建筑、郵電、生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)保、材料、災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)防、農(nóng)林、漁業(yè)生產(chǎn)、食品、煙酒制造、機(jī)器人、家電等諸多領(lǐng)域 ,可以說(shuō)幾乎滲透到每個(gè)領(lǐng)域。不需放大。當(dāng)電阻絲沿橫向伸長(zhǎng)時(shí)，兩者之間的關(guān)系為 ldlrdr // ??? ，其中 ? 為電阻絲材料的泊桑比， ?????? ???/d ，則 ??? )21(/ ????RdR ，金 屬 電阻 材料 的 ?? 很 小， 即其 壓阻 效應(yīng) 很弱 ，這 樣上 式可 簡(jiǎn)化 為??)21(/ ??RdR ，其靈敏度為 常數(shù)???? ?21// ldl RdRS 。體積 小 。 其運(yùn)用實(shí)例有電容傳聲器、轉(zhuǎn)速測(cè)量、電容測(cè)厚儀、電容式油量表等。 電感式傳感器種類很多， 常見的有自感式，互感式和渦流式三種 圖 圖 圖 中介紹的是自感式傳感器。 變間隙型電感傳感器 這種傳感器的氣隙 δ 隨被測(cè)量的變化而改變 ,從而改變磁阻。這種傳感器的量程大，靈敏度低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制作。 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。 霍爾傳感器的靈敏度和線性度主要取決于磁路系統(tǒng)和霍爾元件的特性。在機(jī)械制造測(cè)試系統(tǒng)中，被作為一次儀表定位，其主要特征是能準(zhǔn)確傳遞和檢測(cè)出某一形態(tài)的信息，并將其轉(zhuǎn)換成另一形態(tài)的信息。數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床，能夠根據(jù) 已編好的程序，使機(jī)床動(dòng)作并加工零件。 在進(jìn)給驅(qū)動(dòng)中，光柵尺固定在床身上，其產(chǎn)生的脈沖信號(hào)直接反映了拖板的實(shí)際位置。感應(yīng)同步器具有較高的精度與分辨力、抗干擾能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、維護(hù)簡(jiǎn)單、長(zhǎng)距離位移測(cè)量、工藝性好、成本較低等優(yōu)點(diǎn)。二維矩陣式位置傳感器安裝于機(jī)械手掌內(nèi)側(cè)，用于檢測(cè)自身與某個(gè)物體的接觸位置。 測(cè)速發(fā)電機(jī)具有的特點(diǎn)是： (1)輸出電壓與轉(zhuǎn)速嚴(yán)格成線性關(guān)系； (2)輸出電壓與轉(zhuǎn)速比的 斜率大。在數(shù)控機(jī)床中，可用它對(duì)工件夾緊力進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)夾緊力小于設(shè)定值時(shí)，會(huì)導(dǎo)致工件松動(dòng)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，停止走刀。 刀具磨損的監(jiān)控 刀具磨損到一定程度會(huì)影響到工件的尺寸精度和表面粗糙度，因此，對(duì)刀具磨損要進(jìn)行監(jiān)控。而傳統(tǒng)的大體積弱功能傳感器往往很難滿足上述要求，所以它們已逐步被各種不同類型的高性能微型傳感器所取代 。由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (CAD)技術(shù)和微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS)技術(shù)引發(fā)的傳感器研發(fā)制造已經(jīng)進(jìn)入微型化時(shí)代。采用這種技術(shù)時(shí)可以方便地調(diào)節(jié)和校正由于溫度的變化而導(dǎo)致的測(cè)量誤差，而環(huán)境壓力傳感器測(cè)量工作環(huán)境的壓力變化并對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行校正 。當(dāng)智能化傳感器由于某些內(nèi)部故障而不能正常工作時(shí)，它能夠借助其內(nèi)部檢測(cè)鏈路找出異?，F(xiàn)象或出了故障的部件。與此同時(shí)，基于模糊理論的新型智能傳感器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能化傳感器系統(tǒng)的研究和發(fā)展中的重要作用也日益受到了相關(guān)研究人員的極大重視。可以預(yù)見，新興的智能化傳感器將會(huì)在關(guān)系到全人類國(guó)民生的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越大作用。 (3) 借助于同 一個(gè)傳感器的不同效應(yīng)可以獲得不同的信息。 從目前的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，最熱門的研究領(lǐng)域也許是各種類型的仿生傳感器了，而且在感觸、刺激以及視聽辨別等方面已有最新研究成果問(wèn)世。 總之，“電子鼻”系統(tǒng)是氣體傳感器技術(shù)和信息處理技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合的高科技產(chǎn)物，其氣體傳感器的體積很小，功耗也很低，能夠方便地捕獲并處理氣味信號(hào)。這些節(jié)點(diǎn)可以感受溫度的高低、濕度的變化、壓力的增減、噪聲的升降。如果我們把傳感器網(wǎng)絡(luò)按其功能抽象成五個(gè)層次的話，將會(huì)包括基礎(chǔ)層 (傳感器集合 )、網(wǎng)絡(luò)層 (通信網(wǎng)絡(luò) )、中間件層、數(shù)據(jù)處理和管理層以及應(yīng)用開發(fā)層。傳感器技術(shù)今后的發(fā)展趨勢(shì)，主要表現(xiàn)在以下方面： 新材料開發(fā) 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。 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 檢測(cè)原理大多以各種物理效應(yīng)為基礎(chǔ)。三年的求學(xué)生涯在師長(zhǎng)、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將付梓之際，思緒萬(wàn)千，心情久久不能平靜。 感謝我的爸媽，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無(wú)以回報(bào)，你們永遠(yuǎn)健康快樂(lè)是我最大的心愿。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。美國(guó) NRC公司已開發(fā)出納米 ZrO2 氣體傳感器 ,控制機(jī)動(dòng)車輛尾氣的排放 ,對(duì)凈化環(huán)境效果很好 ,應(yīng)用前景比較廣闊。 雖然我國(guó)傳感器產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀還不能適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，產(chǎn)品技術(shù)水平與國(guó) 外相比還有較大差距，但是從統(tǒng)一市場(chǎng)的觀點(diǎn)看，我國(guó)具有傳感器的廣闊市場(chǎng)，所以我國(guó)傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前途還是光明的。 傳感器網(wǎng)絡(luò)研究熱點(diǎn)問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù) 傳感器網(wǎng)絡(luò)以應(yīng)用為目標(biāo)，其構(gòu)建是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，涉及到的研究工作和需要解決的問(wèn)題在每一個(gè)層面上都很多。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的主要組成部分就是一個(gè)個(gè)可愛的傳感器節(jié)點(diǎn)?！半娮颖恰毕到y(tǒng)通常由一個(gè)交叉選擇式氣體傳感器陣列和相關(guān)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)組成，并配以恰當(dāng)?shù)哪Ｊ阶R(shí)別系統(tǒng)，具有識(shí)別簡(jiǎn)單和復(fù)雜氣味的能力，主要用來(lái)解決一般情況下的氣味探測(cè)問(wèn)題。又如，為了能夠以較高的靈敏度和較小的粒度同時(shí)探測(cè)多種信號(hào)，微型數(shù)字式三端口傳感器可以同時(shí)采用熱敏元件、光敏元件和磁敏元件 。 (2) 將若干種不同的敏感元件精巧地制作在單獨(dú)的一塊硅片中，從而構(gòu)成一種高度綜合化和小型化的多功能傳感器。另外，智能化傳感器在空間技術(shù)研究領(lǐng)域亦有比較成功的應(yīng)用實(shí)例。此外，智能化傳感器的信息管理程序也非常簡(jiǎn)單方便，譬如，可以對(duì)探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制或者在鎖定方式下工作， 也可以將所測(cè)的數(shù)據(jù)發(fā)送給遠(yuǎn)程用戶等。 ⑵ 智能化傳感器具有自診斷和自校準(zhǔn)功能，可以用來(lái)檢測(cè)工作環(huán)境。這一類傳感器就相當(dāng)于是微型機(jī)與傳感器的綜合體一樣，其主要組成部分包括主傳感器、輔助傳感器及微型機(jī)的硬件設(shè)備。 在當(dāng)前技術(shù)水平下，微切削加工技術(shù)已經(jīng)可以生產(chǎn)出來(lái)具有不同層次的 3D微型結(jié)構(gòu)，從而可以生產(chǎn)出體積非常微小的微型傳感器敏感元件，象毒氣傳感器、離子傳感器、光電探測(cè)器這樣的以硅為主要構(gòu)成材料的傳感 /探測(cè)器都裝有極好的敏感元件。 微型化 為了能夠與信息時(shí)代信息量激增、要求捕獲和處理信息的能力日益增強(qiáng)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)保持一致，對(duì)于傳感器性能指標(biāo) (包括精確性、可靠性、靈敏性等 )的要求越來(lái)越嚴(yán)格 。 在加工過(guò)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。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)。將小磁體固定在運(yùn)動(dòng)部件上，當(dāng)部件靠近霍爾元件時(shí)，便產(chǎn)生霍爾現(xiàn)象，從而判斷物體是否到位。行程開關(guān)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、價(jià)格低廉。按其結(jié)構(gòu)可分為直線式和旋轉(zhuǎn)式兩種。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(yīng)用比較多。如何為我們機(jī)電一體化系統(tǒng)選擇合適的傳感器呢？下面我們就以 數(shù)控機(jī)床 為例講講機(jī)電一體化系統(tǒng)中傳感器的選擇。 機(jī)器人自身狀態(tài)信息的獲取通過(guò)其內(nèi)部傳感器 (位置、位移、速度、加速度等 )來(lái)完成，操作對(duì)象與外部環(huán)境的感知通過(guò)外部傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，這個(gè)過(guò)程非常重要，足以為機(jī)器人控制提供反饋信息。 寄生直流電勢(shì) 霍爾元件零位誤差的一部分當(dāng)沒(méi)有外加磁場(chǎng)，霍爾元件用交流控制電流時(shí)，霍爾電極的輸出有一個(gè)直流電勢(shì)，控制電極和霍爾電極與基片的連接是非完全歐姆接觸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生整流效應(yīng)。 電壓放大 器如圖 (a)： 電荷 放大器 如圖 (b)： (b) 圖 壓電式 傳感器的性能特點(diǎn)：高阻抗、低能量；但是無(wú)靜態(tài)輸出，要求有很高的電輸出阻抗。其工作原理基于線圈磁力線泄漏路徑上磁阻的變化。常用電感式傳感器有變間隙型、變面積型和螺管插鐵型。同時(shí)，這種傳感器能實(shí)現(xiàn)信息