【正文】 通信，從而使不同生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品具有通用性。存儲大量信息的目的主要是以備事后查詢，這一類信息包括設備的歷史信息以及有關(guān)探測分析結(jié)果的索引等 。與傳統(tǒng)的傳感器相比，智能化傳感器具有以下優(yōu)： ⑴ 智能化傳感器不但能夠?qū)π畔⑦M行處理、分析和調(diào)節(jié)，能夠?qū)λ鶞y的數(shù)值及其誤差進行補償，而且還能夠進行邏輯思考和結(jié)論判斷，能夠借助于一覽表對非線性信號進行線性化處理，借助于軟件濾波器濾波 數(shù)字信號。此類傳感器系統(tǒng)一經(jīng)問世即刻受到科研界的普遍重視，尤其在探測器應用領域，如分布式實時探測、網(wǎng)絡探測和多信號探測方面一直頗受歡迎，產(chǎn)生的影響較大。 MEMS 的核心技術(shù)是研究微電子與微機械加工與封裝技術(shù)的巧妙結(jié)合，期望能夠由此而制造出體積小巧但功能強大的新型系統(tǒng)。 第五章 傳感器技術(shù)的現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢 傳感器技術(shù)是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是機電一體化系統(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)的自動化程度就越高。常見的有以鉑、銅為主的熱電阻傳感器、以半導體材料為主的熱敏電阻傳感器和熱電偶傳感器等。 壓力的檢測 壓力傳感器是一種將壓力轉(zhuǎn)變成電信號的傳感器。 霍爾傳感器是利用霍爾現(xiàn)象制成的傳感器。位置傳感器有接觸式和接近式兩種。 感應同步器的應用 感應同步器是利用兩個平面形繞組的互感隨位置不同而變化的原理制成的。 位移的檢測 位移檢測的傳感器主要有脈沖編碼器、直線光柵、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應同步器等 。對于機床的運行來講，主要的傳感檢測目標有驅(qū)動系統(tǒng)、軸承與回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、溫度的監(jiān)測與控制及安全性等，其傳感 參數(shù)有機床的故障停機時間、被加工件的表面粗糙度和加工精度、功率、機床狀態(tài)與冷卻潤滑液的流量等。 第三章 傳感器在機電一體化系統(tǒng)中的應用 傳感器是左右機電一體化系統(tǒng) (或產(chǎn)品 )發(fā)展的重要技術(shù)之一，廣泛應用于各種自動化產(chǎn)品之中。如下圖： 圖 霍爾元件的主要性能參數(shù)： 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 額定控制電流和最大允許控制電流 額定控制電流：當霍爾元件有控制電流使其本身在空氣中產(chǎn)生 10℃溫升時，對應的控制 電流值。 壓電式傳感器的等效電路：壓電元件兩電極間的壓電陶瓷或石英晶體為絕緣體，因此可以構(gòu)成一個電容器，晶體上聚集正負電荷的兩表面相當于電容的兩個極板 , 極板間物質(zhì)等效于一種介質(zhì) , 則其電容量為：???? SCa 0?，壓電元件受外力時，兩表面產(chǎn)生等量的正負電荷，壓電元件的開路電壓為：aCQU? 。它的靈敏度為常數(shù)，線性度也很好。電感式傳感器的特點是： ① 無活動觸點、可靠度高、壽命長； ② 分辨率高； ③靈敏度高； ④ 線性度高、重復性好； ⑤ 測量范圍寬 (測量范圍大時分辨率低 )；⑥ 無輸入 時有零位輸出電壓，引起測量誤差； ⑦ 對激勵電源的頻率和幅值穩(wěn)定性要求較高； ⑧ 不適用于高頻動態(tài)測量。傳感器的輸出信號強，電壓靈敏度一般每毫米的位移可達數(shù)百毫伏的輸出 。 電容量為 dAC /?? 當被測參數(shù)變化使得上式中的 A、 d 或 ? 發(fā)生變化時，電容量 C 也隨之變化。 電橋電路按輔助電源分有直流電橋和交流電橋，由于直流電橋的輸出信號在進一步放大時易產(chǎn)生零漂，故交流電橋的應用更為廣泛。彈 性敏感元件受到所測量的力而產(chǎn)生變形，并使 附著其上的電阻應變計一起變形。它們是由電阻元件及電刷 (活動觸點 )兩個基本部分組成。 電化學式傳感器 電化學式傳感器是以離子導電為基礎制成，根據(jù)其電特性的形成不同，電化學傳感器可分為電位式傳感器、電導式傳感器、電量式傳感器、極譜式傳感器和電解式傳感器等。它廣泛應用于工程力學、生物醫(yī)學、電聲學等技術(shù)領域。是一種自發(fā)電式和機電轉(zhuǎn)換式傳感器。 目前，常用的電阻傳感器主要有電阻應變片、熱電阻、光敏電阻、氣敏電阻和濕敏電阻等幾大類。③傳感器按能量源分類可分為無源型和有源型。如果說計算機是人類大腦的擴展 ,那么傳感器就是人類五官的延伸，當集成電路、計算機技術(shù)飛速發(fā)展時，人們才逐步認識信息攝取裝置 —— 傳感器沒有跟上信息技術(shù)的發(fā)展而驚呼“大腦發(fā)達、五官不靈”。 完成期限 自 2020 年 12 月 5 日至 2020 年 12 月 23 日 備 注 : 畢業(yè)論文的任務書可對原始數(shù)據(jù)及圖紙要求兩項不作要求、專題實驗可對圖紙一項不做要求。文章概述傳感器研究現(xiàn)狀與發(fā)展，探討傳感器在機電一體化系統(tǒng)中的應用，并分析傳感器技術(shù)發(fā)展的若干問題及發(fā)展方向。 第一章 傳感器的基本知識 從 20 世紀 80 年代起，逐步在世界范圍內(nèi)掀起一股“傳感器熱”，各先進工業(yè)國都極為重視傳感技術(shù)和傳感器研究、開發(fā)和生產(chǎn)。傳感器的靜態(tài)特性；當傳感器的輸入量為常量或隨時間作緩慢變化時，傳感器的輸出與輸入之間的關(guān)系稱為靜態(tài)特性。電容式壓力傳感器屬于極距變化型電容式傳感器，可分為單電容式壓力傳感器和差動電容式壓力傳感器，這種傳感器 溫度穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡單，動態(tài)響應好，可進行非接觸測量，然而，輸入阻抗高，負載能力差。此電荷經(jīng)電荷放大器和測量電路放大和變換阻抗后就成為正比于所受 外力的電量輸出?；魻杺鞲衅魇且环N很好的檢測控制元件，當控制電流不變時，霍爾輸出的電壓與磁場大小成正比，可用來測定傳感器周圍的磁場。前者是把輸入給傳感器的非電量一次性的變換為電信號輸出，如光敏電阻受到光照射時，電阻值會發(fā)生變化，直接把光信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出；后者則要把輸入給傳感器的非電量先轉(zhuǎn)換成另外一種非電量，然后再轉(zhuǎn)換成電信號輸出，如采用彈簧管敏感元件制成的壓力傳感器就屬于這一類，當有壓力作用到彈簧管時，彈簧管產(chǎn)生形變，傳感器再把變形量轉(zhuǎn)換為電信號輸出。受環(huán)境影響小。 rdr/ 稱為電阻絲的徑向應變，簡稱橫向應變。 a)半橋單臂 b)半橋雙臂 c)全橋 圖 直流電橋的連接方式 金屬應變片的穩(wěn)定性和溫度特性好，但其靈敏度??；而半導體應變片應變靈敏度大 。電容式傳感器精度可達 ％。但不足的是，它有頻率響應較低，不宜快速動態(tài)測控等缺點。在實際應用中，這三種傳感器多制成差動式，以便提高線性度和減小電磁吸力所造成的附加誤差。銜鐵隨被測物體移動時改變了線圈的電感量。需用低電容的低噪聲電纜。兩個霍爾電極焊點的不一致，引起兩電極溫度不同產(chǎn)生溫差電勢 霍爾電勢溫度系數(shù) 在一定磁感應強度和控制電流下，溫度每變化 1度時，霍爾電勢變化的百分率。 在機械制造中，傳感器技術(shù)是實現(xiàn)測試與自動控制的重要環(huán)節(jié)。 數(shù)控機床綜合了機械、自動化、計算機、測量、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，在制造業(yè)技術(shù)設備更新中，數(shù)控機床正迅速地在企業(yè)得到普及。 直線光柵的應用 直線光柵是利用光的透射和反射現(xiàn)象制作而成，常用于位移測量，分辨力較高，測量精度比光電編碼器高，適應于動態(tài)測量。直線式感應同步器由定尺和滑尺兩部分組成，定尺安裝在機床床身上，滑尺安裝于移動部件上，隨工作臺一起移動；旋轉(zhuǎn)式感應同步器定子為固定的圓盤，轉(zhuǎn)子為轉(zhuǎn)動的圓盤。當某個物體在運動過程中，碰到行程開關(guān)時，其內(nèi)部觸頭會動作，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)，則可以控制移動范圍。 速度的檢測 速度傳感器是一種將速度轉(zhuǎn)變成電信號的傳感器，既可以檢測直線速度，也可以檢測角速度，常用的有測速發(fā)電機和脈沖編碼器等。電容式壓力傳感器的電容量是由電極面積和兩個電極間的距離決定，因靈敏度高、溫度穩(wěn)定性好、壓力量程大等特點 近來得到了迅速發(fā)展。 此外，在電動機等需要過熱保護的地方，應埋設溫度傳感器，過熱時通過數(shù)控系統(tǒng)進行過熱報警。與此同時，傳感器系統(tǒng)的操作友好性 亦被提上了議事日程，因此還要求傳感器必須配有標準的輸出模式 。目前，這一類元器件已作為微型傳感器的主要敏感元件被廣泛應用于不同的研究領域中。如智能化壓力傳感器，主傳感器為壓力傳感器，用來探測壓力參數(shù)，輔助傳感器通常為溫度傳感器和環(huán)境壓力傳感器。當工作環(huán)境臨近其極限條件時，它將發(fā)出告警信號，并根據(jù)其分析器的輸入信號給出相關(guān)的診斷信息。 智能化傳感器的發(fā)展與應用現(xiàn)狀 目前，智能化傳感器技術(shù)正處于蓬勃發(fā)展時期，具有代表意義的典型產(chǎn)品是美國霍尼韋爾公司的 ST3000 系列智能變送器和德國斯特曼公司的二維加速度傳感器，以及另外一些含有微處理器 (MCU)的單片集成壓力傳感器、具有多維檢測能力的智能傳感器和固體圖像傳感器 (SSIS)等。 在今后的發(fā)展中，智能化傳感器無疑將會進一步擴展到化學、電磁、光學和核物理等研究領域。由于這些敏感元件是被綜裝在同一塊硅片中的，它們無論何時都工作在同一種條件下，所以很容易對系統(tǒng)誤差進行補償和校正。這種組配方式的傳感器不但能夠輸出模擬信號，而且還能夠輸出頻率信號和數(shù)字信號。根據(jù)應用對象的不同，“電子鼻”系統(tǒng)傳感器陣列中傳感器的構(gòu)成材料及配置數(shù)量亦有所不同，其中，構(gòu)成材料包括金屬氧化物半導體、導電聚合物、石英晶振等，配置數(shù)量則 從幾個到數(shù)十個不等。說它們可愛，是因為它們的體積都非常小巧。對無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及界面接口技術(shù)的研究意義重大。因此，必須加強技術(shù)研究和引進先進設備，以提高整體水平。由于采用納米材料制作的傳感器 ,具有龐大的界面 ,能提供大量的氣體通道 ,而且導通電阻很小 ,有利于傳感器向微型化發(fā)展，隨著科學技術(shù)的不斷進步將有更多的新型材料誕生。 參考文獻 [1] 韓連英 .光纖傳感器在機械設備檢測中的應用 [J].光機電信息 .2020(3) [2] 張開遜 .現(xiàn)代傳感技術(shù)在信息科學中的地位 [J].工業(yè)計量 .2020(1) [3] 武昌俊 . 自動檢測技術(shù)及應用 [M]. 北京：機械工業(yè)出版社， 2020. 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