【正文】 的遠(yuǎn)距離傳輸、記錄、顯示和控制，它在工業(yè)自動控制系統(tǒng)中廣泛被采用。 電容式傳感器的等效電路如 圖 ： 圖 電容式傳感器的測量電路同樣為電橋電路，如圖 ： 圖 電容式傳感器的溫度穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡單，動態(tài)響應(yīng)好，可進(jìn)行非接觸測量， 然而，輸入阻抗高，負(fù)載能力差。 電橋電路按其工作方式分有單臂、雙臂和全橋三種 圖 。 金屬應(yīng)變片的電阻相對變化為 ?? //2// drdrldlRdR ??? ， ??ldl/ 稱為金屬電阻絲的軸向應(yīng)變，簡稱縱向應(yīng)變。 這類傳感器結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，性能穩(wěn)定。 另外，根據(jù)傳感器對信號的檢測轉(zhuǎn)換過程，傳感器可劃分為直 接轉(zhuǎn)換型傳感器和間接轉(zhuǎn)換型傳感器兩大類。不僅用于測量電流、電壓、功率和磁感應(yīng)強(qiáng)度等電磁參數(shù)，在非電量測量技術(shù)中還廣泛用于測量直線位移、角位移與壓力等非電量。壓電材料受力后表面產(chǎn)生電荷。它一般采用圓形金屬薄膜或鍍金屬薄膜作為電容器的一個電極，當(dāng)薄膜感受壓力而變形時，薄膜與固定電極之間形成的電容量發(fā)生變化，通過測量電路即可輸出與電壓成一定關(guān)系的電信號。 傳感器的特性主要是指輸出與輸入之間的關(guān)系，有靜態(tài)特性和動態(tài)特性之分。如今它已經(jīng)滲透到生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域，從尖端武器裝備、航空航天技術(shù)，到機(jī)械設(shè)備、工業(yè)過程控制、交通運(yùn)輸、紡織印刷、家用電器、醫(yī)療衛(wèi)生、辦公設(shè)備及 環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域，均得到廣泛應(yīng)用，在機(jī)電一體化技術(shù)革命中正在發(fā)揮重要作用。如缺少這些傳感器對系統(tǒng)狀態(tài)和對信息精確而可靠的自動檢測，系統(tǒng)的信息處理、控制決策等功能就無法談及和實現(xiàn)。 簽發(fā) : 日期 : 2020 年 12 月 畢業(yè)設(shè)計 (論文、專題實驗 )更換選題申請單 專業(yè) 機(jī)電一體化 班級 機(jī)電 092班 姓名 學(xué)號 092032044 原課目 帶式輸送機(jī) V帶傳動及一級直齒圓柱齒輪減速器的設(shè)計 更換后課題 傳感器在機(jī)電一體化中的應(yīng)用 更換原因 由于提前就業(yè)根據(jù)所在實習(xí)公司崗位性質(zhì)，需更換題目 原指導(dǎo)教師意見 摘 要 在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，傳感器處系統(tǒng)之首，其作用相當(dāng)于系統(tǒng)感受器官，能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴(yán)酷環(huán)境考驗，是機(jī)電一體化系統(tǒng)達(dá)到高水平的保證。 傳感器技術(shù)是測量技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)、微電子學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、精密機(jī)械、仿生學(xué)、材料科學(xué)等眾多學(xué)科相互交叉的綜合性高新技術(shù)密集型前沿技術(shù)之一。④按輸出信號的性質(zhì)可將傳感器分為開關(guān)型，模擬型和數(shù)字型。 電容式傳感器 電容式壓力傳感器是一種利用電容敏感元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成與之成 一定關(guān)系的電量輸出的壓力傳感器。它的敏感元件由壓電材料制成。 霍爾傳感器 δ 線圈 鐵心 銜鐵 ⊿ δ SSlR iiim 02? ??? ????2 02 SNL ? 霍爾傳感器是一種基于霍爾效應(yīng)的磁電傳感器，由于半導(dǎo)體比金屬有高得多的霍爾系數(shù)，故用半導(dǎo)體制成的霍爾 傳感器具有對磁場敏感度高、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便等特點。電化學(xué)式傳感器主要用于分析氣體、液體或溶于液體的固體成分、液體的酸堿度、電導(dǎo)率及氧化還原電位等參數(shù)的測量。電刷相對于電阻元件的運(yùn)動可以是直線運(yùn)動、轉(zhuǎn)動和螺旋運(yùn)動，因而可以將直線位移或角位移轉(zhuǎn)換為與其成一定函數(shù)關(guān)系的電阻或電壓輸出。電阻應(yīng)變計再將變形轉(zhuǎn)換為電阻值的變化，從而可以測量力、壓力、扭矩、位移、加速度和溫度等多種物理量。直流電橋只用于較大應(yīng)變的測量，交流電橋可用于各種應(yīng)變的測量。若保持其中兩個參數(shù)不變，而僅改變其中一個參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，通過測量電路就 可轉(zhuǎn)換為電量輸出。 (3) 線性度和重復(fù)性都比較好，在一定位移范圍 (幾十微米至數(shù)毫米 )內(nèi)，傳感器非線性誤差可達(dá) %~%。電感式傳感器主要用于位移測量和可以轉(zhuǎn)換成位移變化的機(jī)械量 (如力、張力、壓力、壓差、加速度、振動、應(yīng)變、流量、厚度、液位、比重、轉(zhuǎn)矩等 )的測量。 螺管插鐵型電感傳感器 它由螺管線圈和與被測物體相連的柱型銜鐵構(gòu)成。 壓電傳感器可以等效為一個電荷源與 一個電容并聯(lián)，如下圖 (a)并聯(lián)圖；壓電傳感器也可以等效為一個電荷源與一個電容相串聯(lián)的電壓源，如下圖 (b)串聯(lián)圖 圖 電壓靈敏度與電荷靈敏度之間的關(guān)系為：aqu Ckk ? 壓電式傳感器的測量電路： 測量時，需把壓電傳感器用電纜接于前置放大器，前置放大器作用： 一是放大傳感器輸出的微弱信號；二是把它的高輸出阻抗變換為低輸出阻抗。 最大允許控制電流：以元件允許的最大溫升限制所對 應(yīng)的控制電流值 不等位電勢 當(dāng)霍爾元件的控制電流為額定值時，若元件所處位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，測得的空載霍爾電勢。 傳感器在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用 工業(yè)機(jī)器 人的準(zhǔn)確操作取決于對其自身狀態(tài)、操作對象及作業(yè)環(huán)境的準(zhǔn)確認(rèn)識，這種準(zhǔn)確認(rèn)識均通過傳感器的感覺功能實現(xiàn)。 第四章 機(jī)電一體化系統(tǒng)中傳感器的選擇 傳感器的應(yīng)用范圍廣，種類繁多。 脈沖編碼器的應(yīng)用 脈沖編碼器是一種 角位移 (轉(zhuǎn)速 )傳感器，它能夠把機(jī)械轉(zhuǎn)角變成電脈沖。其功能是將角度或直線位移轉(zhuǎn)變成感應(yīng)電動勢的相位或幅值，可用來測量直線或轉(zhuǎn)角位移。 接觸式傳感器的應(yīng)用 接觸式傳感器的觸頭由兩個物體接觸擠壓而動作，常見的有行程 開關(guān)、二維矩陣式位置傳感器等。將鍺等半導(dǎo)體置于磁場中，在一個方向通以電流時，則在垂直的方向上會出現(xiàn)電位差，這就是霍爾現(xiàn)象。根據(jù)工作原理，可分為壓電式傳感器、壓阻式傳感器和電容式傳感器。在數(shù)控機(jī)床上，溫度傳 感器用來檢測溫度從而進(jìn)行溫度補(bǔ)償或過熱保護(hù)。在一套完整的機(jī)電一體化系統(tǒng)中，如果不能利用傳感檢測技術(shù)對被控對象的各項參數(shù)進(jìn)行及時準(zhǔn)確地檢測并轉(zhuǎn)換成易于傳送和處理的信號，我們所需要的用于系統(tǒng)控制的信息就無法獲得，進(jìn)而使整個系統(tǒng)就無法正常有效的工作。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，尤其最近十多年的研究與發(fā)展， MEMS 技術(shù)已經(jīng)顯示出了巨大的生命力，此項技術(shù)的有效采用將信息系統(tǒng)的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了一個新的高度。 智能化傳感器的特點 智能化傳感器是指那些裝有微處理器的，不但能夠執(zhí)行信息處理和信息存儲，而且還能夠進(jìn)行邏輯思考和結(jié)論判斷的傳感器系統(tǒng)。此外，還能夠利用軟件實現(xiàn)非線性補(bǔ)償或其它更復(fù)雜的環(huán)境補(bǔ)償，以改進(jìn)測量精度。 (5) 智能化傳感器備有一個數(shù)字式通信接口，通過此接口可以直接與其所屬計算機(jī)進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)和交換信息。 目前，智能 化傳感器多用于壓力、力、振動沖擊加速度、流量、溫濕度的測量，如美國霍尼韋爾公司的 ST3000 系列全智能變送器和德國斯特曼公司的二維加速度傳感器就屬于這一類傳感器。譬如，可以將一個溫度探測器和一個濕度探測器配置在一起 (即將熱敏元件和濕敏元件分別配置在同一個傳感器承載體上 )制造成一種新的傳感器，這樣，這種新的傳感器就能夠同時測量溫度和濕度。如將某些類型的傳感器進(jìn)行適當(dāng)組合而使之成為新的傳感器，如用來測量流體壓力和互異壓力的組合傳感器。人工嗅覺傳感 系統(tǒng)的典型產(chǎn)品是功能各異的 Electronic nose(電子鼻 )，近 10 多年來，該技術(shù)的發(fā)展很快，目前已有數(shù)種商品化的產(chǎn)品在國際市場流通，美、法、德、英等國家均有比較先進(jìn)的電子鼻產(chǎn)品問世。但是，把二者結(jié)合在起來，提出無線傳感器網(wǎng)絡(luò) (Wireless Sensor Networks)這個概念，卻是近幾年才發(fā)生的事情。傳感器網(wǎng)絡(luò)具有十分廣闊的應(yīng)用前景，在軍事國防、工農(nóng)業(yè)、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測、搶險救災(zāi)、防恐反恐、危險區(qū)域遠(yuǎn)程控制等許多領(lǐng)域都有重要的科研價值和巨大實用價值，已經(jīng)引起了世界許多國家軍界、學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視，并成為進(jìn)入 2020 年以來公認(rèn)的新興前沿?zé)狳c研究領(lǐng)域，被認(rèn)為是將對二十一世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用有： (1) 軍事應(yīng)用 ， (2) 環(huán)境應(yīng)用 ， (3) 一般應(yīng)用 。傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展 ,也促進(jìn)了更新型材料的開發(fā) ,如納米材料等 。對傳感器可靠性故障率的數(shù)學(xué)模型和計算方法的研究，大大提高檢測系統(tǒng)的可靠性。授 人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學(xué)術(shù)目標(biāo)，領(lǐng)會了基本的思考方式，從論文題目的選定到論文寫作的指導(dǎo)，經(jīng)由您悉心的點撥，再經(jīng)思考后的領(lǐng)悟，常常讓我有“山重水復(fù)疑無路，柳暗花明又一村”。 偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻(xiàn)給一位平凡的人，我的指導(dǎo)老師。近代物理學(xué)的發(fā)展，對仿生學(xué)的研究、仿造生物的感覺功能的新型傳感器的開發(fā)應(yīng)用，使得傳感器技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域更廣闊。隨著材料科學(xué)的進(jìn)步 ,傳感器技術(shù)日臻成熟 ,其種類越來越多 ,除了早期使用的半導(dǎo)體材料、陶瓷材料以外 ,光導(dǎo)纖維以及超導(dǎo)材料的開發(fā) ,為傳感器的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。 其中，基礎(chǔ)層以研究新型傳感器和傳感系統(tǒng)為核心，包括應(yīng)用新的傳感原理、使用新的材料以及采用新的結(jié)構(gòu)設(shè)計等，以降低能耗、提高敏感性、選擇性、響應(yīng)速度、動態(tài) 范圍、準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性以及在惡劣環(huán)境條件下工作的能力。更讓人感興趣的是，每一個節(jié)點都是一個可以進(jìn)行快速運(yùn)算的微型計算機(jī)，它們將傳感器收集到的信息轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號，進(jìn)行編碼，然后通過節(jié)點與節(jié)點之間自行建立的無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給具有更大處理能力的服務(wù)器 傳 感器網(wǎng)絡(luò) 傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前國際上備受關(guān)注的、由多學(xué)科高度交叉的新興前沿研究熱點領(lǐng)域。氣流經(jīng)過氣體傳感器陣列進(jìn)入到“電子鼻”系統(tǒng)的信號預(yù)處理元件中，最后由陣列響應(yīng)模式來確定其所測氣體的特征。從實用的角度考慮，多功能傳感器中應(yīng)用較多的是各種類型的多功能觸覺傳感器，譬如人造皮 膚觸覺傳感器就是其中之一，這種傳感器系統(tǒng)由 PVDF 材料、無觸點皮膚敏感系統(tǒng)以及具有壓力敏感傳導(dǎo)功能的橡膠觸覺傳感器等組成。以線圈為例，它所表現(xiàn)出來的電容和電感是各不相同的。 多功能傳感器 如前所述，通常情況下一個傳感器只能用來探測一種物理量，但在許多應(yīng)用領(lǐng)域中，為了能夠 完美而準(zhǔn)確地反映客觀事物和環(huán)境，往往需要同時測量大量的物理量。 需要特別指出的一點 是 :目前的智能化傳感器系統(tǒng)本身盡管全都是數(shù)字式的，但其通信協(xié)議卻仍需借助于 4~20 mA 的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號來實現(xiàn)。 (3) 智能化傳感器能夠完成多傳感器多參數(shù)混合測量，從而進(jìn)一步拓寬了其探測與應(yīng)用領(lǐng)域，而微處理器的介入使得智能化傳感器能夠更加方便地對多種信號進(jìn)行實時處理。而硬件系統(tǒng)除了能夠?qū)?傳感器的弱輸出信號進(jìn)行放大、處理和存儲外，還執(zhí)行與計算機(jī)之間的通信聯(lián)絡(luò)。 微型傳感器應(yīng)用現(xiàn)狀 就當(dāng)前技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀來看，微型傳感器已經(jīng)對大量不同應(yīng)用領(lǐng)域，如航 空、遠(yuǎn)距離探測、醫(yī)療及工業(yè)自動化等領(lǐng)域的信號探測系統(tǒng)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響 。后者主要由硅材料構(gòu)成，具有體積小、重量輕、反應(yīng)快、靈敏度高以及成本低等優(yōu)點。當(dāng)?shù)毒吣p時，機(jī)床 主軸電動機(jī)負(fù)荷增大，電動機(jī)的電流和電壓也會變化，功率隨之改變，功率變化可通過霍爾傳感器檢測。另外，還可用壓力傳感器檢測車刀切削力的變化?？煞殖山涣骱椭绷鲀深?。 接近開關(guān)的應(yīng)用 接近開關(guān)是指當(dāng)物體與其接近到設(shè)定距離時就可以發(fā)出 “動作 ”信號的開關(guān)，它無需和物體直接接觸。直線式感應(yīng)同步器目前被廣泛地應(yīng)用于大位移靜態(tài)與動態(tài)測量中，例如用于三坐標(biāo)測量機(jī)、程控數(shù)控機(jī)床、高精度重型機(jī)床及加工中心測量裝置等。用光柵檢測工作臺位置的伺服系統(tǒng)是全閉環(huán)控制系統(tǒng)。它綜合了機(jī)械、自動化、計算機(jī)、測量、微電子等最新技術(shù)，使用了多種傳感器 。具體的說