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1、传感器在机电一体化系统中的应用及其发展研究,指导老师: 刘安才 小组成员: 王康奇 裴瑜 颜道刚 专 业: 电气工程及其自动化,一. 传感器的定义、组成及其分类,1. 传感器的定义与组成 国家标准（GB766587）传感器（Transducer/Sensor）的定义是：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置”。我们的定义是：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。 传感器一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成，组成框图见图,2. 传感器的分类,按传感器的工作机理，可分为物理型、化学型、生物型等 按构成原理
2、，可分为结构型与物性型两大类 根据传感器的能量转换情况，可分为能量控制型传感器和能量转换型传感器。 按照物理原理分类可分为 a.电参量式传感器 b.磁电式传感器 c.压电式传感器 d.光电式传感器 e.气电式传感器等 按照传感器的用途来分类如位移传感器、压力传感器 根据传感器输出是模拟信号还是数字信号，可分为模拟传感器和数字传感器；根据转换过程可逆与否，可分为双向传感器和单向传感器,二.机电一体化系统在工业中的地位,1. 机电一体化系统的定义 机电一体化是指将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术
3、。其主要组成为：信息系统，物理系统，电源，传感器，执行器。信息系统：对外部输入的命令进行储存，分析，加工，根据信息处理的结果，按照一定的程序和节奏发出相应指令，控制系统有目的的运行。物理系统：机械产品的机械部分，支撑整个系统的物理外壳。电源：为系统提供能量和动力，保证系统的正常运行。传感器：对系统中的各种参量进行检测，反馈给信息系统以便实现实时控制。执行器：根据信息系统的控制信息，完成各种动作。,2. 机电一体化系统在工业中的应用,数控机床,CIMS的实现不是现有各分散系统的简单组合,而是全局动态最优综合。它打破原有部门之间的界线,以制造为基干来控制“物流”和“信息流”,实现从经营决策、产品开
4、发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化,各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。,计算机集成制造系统,柔性制造系统是计算机化的制造系统,主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。它可以随机地、实时地、按量地按照装配部门的要求,生产其能力范围内的任何工件,特别适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。,柔性制造系统,工业机器人,三. 传感器在机电一体化系统中应用,1. 机电一体化系统中常用传感器的类型、特点、结构及用途等 电阻式传感器:电阻式传感器的基本原理是将被测的非电量转化成电阻值的变
5、化，再经过转换电路变成电量输出。根据传感器组成材料变化或传感器原理变化，产生了各种各样的电阻式传感器，主要包括应变式传感器及压阻式传感器。电阻传感器可以测量力、压力、位移、应变、加速度和温度等非电量参数。电阻式传感器结构简单，性能稳定，灵敏度较高，有的还可用于动态测量。,电阻应变式传感器,电感传感器 电感式传感器利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、 振动等转换成线圈自感量L或互感量M的变化, 再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出。 电感式传感器具有结构简单, 工作可靠, 测量精度高, 零点稳定, 输出功率较大等一系列优点, 其主要缺点是灵敏度、线性度和测量范围相互制约, 传感器
6、自身频率响应低, 不适用于快速动态测量。 电感式传感器种类很多，常见的有自感式传感器，互感式传感器和电涡流式传感器三种。,使用注意事项 (1) 方案选择 在选择方案之前应首先弄清给定的技术指标，如示值范围、示值误差、分辨力、重复性误差、时漂、温漂、使用环境等。 (2) 铁心材料的选择 铁心材料选择的主要依据是要具有较高的导磁系数，较高的饱和磁感应强度和较小的磁滞损耗，剩磁 和矫顽磁力 都要小。另外，还要求电阻率大，居里点温度高，磁性能稳定，便于加工等。常用导磁材料有铁氧体、铁镍合金、硅钢片和纯铁。 (3) 电源频率的选择 提高电源频率有下列优点：能提高线圈的品质因数；灵敏度有一定的提高；适当提
7、高频率还有利于放大器的设计。但是，过高的电源频率也会带来缺点，如铁心涡流损耗增加；导线的集肤效应等会使灵敏度减低；增加寄生电容（包括线圈匝间电容）以及外界干扰的影响。,压电传感器 压电效应与压电传感器 某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。 依据电介质压电效应研制的一类传感器
8、称为为压电传感器,它是利用某些物质的压电效应将被测量转换为电量的一种传感器。,电容式传感器 电容式传感器的温度稳定性好，结构简单，动态响应好，可进行非接触测量，然而，输入阻抗高，负载能力差。,电磁式传感器,霍尔传感器,（1）可靠性高和抗干扰性强； （2）满足精度和速度的要求； （3）使用维护方便，适合机床运行环境； （4）成本低。不同种类数控机床对传感器的要求也不尽相同，一般来说，大型机床要求速度响应高，中型和高精度数控机床以要求精度为主。 数控机床传感器选择的原则 （1）根据传感器的特性选择 （2）根据传感器的用途选择,2.数控机床对传感器的要求,3.传感器在机电一体化系统中的重要地位,传感
9、器技术是实现自动控制、自动调节的关键环节,也是机电一体化系统不可缺少的关键技术之一,其水平高低在很大程度上影响和决定着系统的功能;其水平越高,系统的自动化程度就越高。在一套完整的机电一体化系统中,如果不能利用传感检测技术对被控对象的各项参数进行及时准确地检测出并转换成易于传送和处理的信号,我们所需要的用于系统控制的信息就无法获得,进而使整个系统就无法正常有效的工作。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 :机器人用传感器、机械加工过程的传感检测技术。,四.机电一体化系统中传感器的发展,1.新型传感器,2.新材料传感器,3.无线智能传感器,五.工业信息化在我国高速发展,当前我国正在重点开发的MEMS（微电子与微机械的结合）、MOMES（MEMS与微光学的结合）、智能传感器（MEMS与CPU、信息控制技术的结合）、生物化学传感器（MEMS与生物技术、电化学的结合）等以及今后将大力开发的网络化传感器（MEMS网络技术的结合）、纳米传感器（纳米技术与传感器技术的结合）均是多学科、多种新技术交叉融合的新一代传感器。,谢谢,
