《毕业设计（论文）传感器技术在机电一体化中的应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）传感器技术在机电一体化中的应用（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目 录摘要1引 言2第1章 传感器的基础知识31.1传感器的基本概念31.1.1传感器的概念31.1.2传感器的定义31.2传感器的特性31.2.1传感器特性31.2.2传感器的静态特性参数指标41.3 选择传感器时的要素41.3.1 灵敏度51.3.2响应特性51.3.3 稳定性61.4传感器的分类7第2章 传感器在数控机床中的应用82.1 传感器在数控机床应用的领域82.2 数控机床中常用的传感器82.2.1位移检测及速度检测的光电编码器82.2.2位置检测的接近开关82.2.3压力的检测82.2.4温度的检测92.2.5流动的检测92.2.6液位的检测9第3章 传感器的发展趋势93.1传
2、感器技术概况93.2传感器技术今后的发展方向103.3传感器在机电一体化系统中的应用103.3.1机器人用传感器113.3.2机械加工过程的传感检测技术113.3.3汽车自动控制系统中的传感技术123.4今后国内传感器产业和市场发展前景12结 论14致 谢15参 考 文 献161摘要介绍了传感器在机电一体化系统中的应用，并分析我国传感器技术发展的若干问题及发展方向。传感器技术作为信息技术的一脉正在越来越广泛地普及发展到我国的各行各业各个领域，以目前情况来看,我国从事传感器的生产与研究，共生产热敏、力敏、湿敏、色敏、磁敏、电压敏、离子敏、生物敏、射线敏等十一种功能的传感器。其中主要生产力传感器、
3、位移传感器、热(温度)传感器、化学量传感器、光敏传感器及生物传感器等，而力、位移、热三种传感器的比例较大。为使我国从劳动密集型向技术密集型转化，必须利用信息技术，即传感器技术和计算机技术，使传感器在工业自动化，农业国防军工，能源交通，家用电器等应用领域均有它的开发市场。在我国尤以湿敏元件和传感器的潜力最大。应用方面湿敏元件和湿度传感器广泛应用于气象测量与研究、航天航空、国防工程、食品，物质储备，建筑，生物工程，农业科研及家用电器等领域的湿度测量和湿度控制。关键词：传感器技术 传感器 技术密集型 信息技术引 言21世纪，人类全面进入信息电子化的时代。敏感元件及传感器是信息系统的关键基础元器件。微
4、电子和微机械加工等先进制造技术的使用，使传感器技术迅速发展。与传统的传感器相比，最新一代敏感元件及传感器的突出特征是数字化、智能化、阵列化、微小型化和微系统化。作为现代信息技术的三大核心技术之一的传感器技术，将是21世纪人们在高新技术发展方面争夺的一个制高点。因此我们必须重视传感器技术的发展，加快产业化的进程。在机电一体化系统中，传感器处系统之首，其作用相当于系统感受器官，能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境考验，是机电一体化系统达到高水平的保证。如缺少这些传感器对系统状态和对信息精确而可靠的自动检测，系统的信息处理、控制决策等功能就无法谈及和实现。第1章 传感器的基础知识1.1传感器的基本
5、概念1.1.1传感器的概念 信息处理技术取得的进展以及微处理器和计算机技术的高速发展，都需要在传感器的开发方面有相应的进展。微处理器现在已经在测量和控制系统中得到了广泛的应用。随着这些系统能力的增强，作为信息采集系统的前端单元，传感器的作用越来越重要。传感器已成为自动化系统和机器人技术中的关键部件，作为系统中的一个结构组成，其重要性变得越来越明显。1.1.2传感器的定义最广义地来说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。国际电工委员会(IEC: International Electrotechnical Committee)的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，
6、它将输入变量转换成可供测量的信号”。按照Gopel等的说法是：“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件”，而“传感器系统则是组合有某种信息处理(模拟或数字)能力的传感器”。传感器是传感器系统的一个组成部分，它是被测量信号输入的第一道关口。国家标准 GB7665-87 对传感器下的定义是： “ 能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成 ” 。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节
7、。1.2传感器的特性1.2.1传感器特性 传感器是指能感受规定的物理量，并按一定规律转换成可用输入信号的器件或装置。简单地说，传感器是把非电量转换成电量的装置。 传感器通常由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成。 （1）敏感元件是指能直接感受（或响应）被测量的部分，即将被测量通过传感器的敏感元件转换成与被测量有确定关系的非电量或其它量。 （2）转换元件则将上述非电量转换成电参量。 （3）测量电路的作用是将转换元件输入的电参量经过处理转换成电压、电流或频率等可测电量，以便进行显示、记录、控制和处理的部分。 1.2.2传感器的静态特性参数指标 （1）灵敏度 灵敏度是指稳态时传感器输出量和输入量之
8、比，或输出量的增量和输入量的增量之比，用表示为： YX （2）分辨力 传感器在规定的测量范围内能够检测出的被测量的最小变化量称为分辨力。 （3）测量范围和量程 在允许误差限内，被测量值的下限到上限之间的范围称为测量范围。 （4）线性度（非线性误差） 在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间的最大偏差与满量程输出值的百分比称为线性度或非线性误差。 （5）迟滞 迟滞是指在相同的工作条件下，传感器的正行程特性与反行程特性的不一致程度。 （6）重复性 重复性是指在同一工作条件下，输入量按同一方向在全测量范围内连续变化多次所得特性曲线的不一致性。 （7）零漂和温漂 传感器在无输入或输入为另一值时，每隔一
9、定时间，其输入值偏离原示值的最大偏差与满量程的百分比为零漂。而温度每升高1，传感器输出值的最大偏差与满量程的百分比，称为温漂。1.3 选择传感器时的要素选择传感器主要考虑灵敏度、响应特性、线性范围、稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。1.3.1 灵敏度一般说来，传感器灵敏度越高越好，因为灵敏度越高，就意味着传感器所能感知的变化量小，即只要被测量有一微小变化，传感器就有较大的输出。但是，在确定灵敏度时，要考虑以下几个问题：其一，当传感器的灵敏度很高时，那些与被测信号无关的外界噪声也会同时被检测到，并通过传感器输出，从而干扰被测信号。因此，为了既能使传感器检测到有用的微小信号;又能使噪声干扰
10、小，要求传感器的信噪比愈大愈好。也就是说，要求传感器本身的噪声小，而且不易从外界引进干扰噪声。其二，与灵敏度紧密相关的是量程范围。当传感器的线性工作范围一定时，传感器的灵敏度越高，干扰噪声越大，则难以保证传感器的输入在线性区域内工作。不言而喻，过高的灵敏度会影响其适用的测量范围。其三，当被测量是一个向量时，并且是一个单向量时，就要求传感器单向灵敏度愈高愈好，而横向灵敏度愈小愈好;如果被测量是二维或三维的向量，那么还应要求传感器的交叉灵敏度愈小愈好。 1.3.2响应特性传感器的响应特性是指在所测频率范围内，保持不失真的测量条件。此外，实际上传感器的响应总不可避免地有一定延迟，但总希望延迟的时间越
11、短越好。一般物性型传感器(如利用光电效应、压电效应等传感器)响应时间短，工作频率宽;而结构型传感器，如电感、电容、磁电等传感器，由于受到结构特性的影响机械系统惯性质量的限制，其固有频率低，工作频率范围窄。任何传感器都有一定的线性工作范围。在线性范围内输出与输入成比例关系，线性范围愈宽，则表明传感器的工作量程愈大。传感器工作在线性区域内，是保证测量精度的基本条件。例如，机械式传感器中的测力弹性元件，其材料的弹性极限是决定测力量程的基本因素，当超出测力元件允许的弹性范围时，将产生非线性误差。然而，对任何传感器，保证其绝对工作在线性区域内是不容易的。在某些情况下，在许可限度内，也可以取其近似线性区域
12、。例如，变间隙型的电容、电感式传感器，其工作区均选在初始间隙附近。而且必须考虑被测量变化范围，令其非线性误差在允许限度以内。1.3.3 稳定性 稳定性是表示传感器经过长期使用以后，其输出特性不发生变化的性能。影响传感器稳定性的因素是时间与环境。为了保证稳定性，在选择传感器时，一般应注意两个问题。其一，根据环境条件选择传感器。例如，选择电阻应变式传感器时，应考虑到湿度会影响其绝缘性，湿度会产生零漂，长期使用会产生蠕动现象等。又如，对变极距型电容式传感器，因环境湿度的影响或油剂浸人间隙时，会改变电容器的介质。光电传感器的感光表面有尘埃或水汽时，会改变感光性质。其二，要创造或保持一个良好的环境，在要
13、求传感器长期地工作而不需经常地更换或校准的情况下，应对传感器的稳定性有严格的要求。传感器的精确度是表示传感器的输出与被测量的对应程度。如前所述，传感器处于测试系统的输入端，因此，传感器能否真实地反映被测量，对整个测试系统具有直接的影响。 然而，在实际中也并非要求传感器的精确度愈高愈好，这还需要考虑到测量目的，同时还需要考虑到经济性。因为传感器的精度越高，其价格就越昂贵，所以应从实际出发来选择传感器。 在选择时，首先应了解测试目的，判断是定性分析还是定量分析。如果是相对比较性的试验研究，只需获得相对比较值即可，那么应要求传感器的重复精度高，而不要求测试的绝对量值准确。如果是定量分析，那么必须获得
14、精确量值。但在某些情况下，要求传感器的精确度愈高愈好。例如，对现代超精密切削机床，测量其运动部件的定位精度，主轴的回转运动误差、振动及热形变等时，往往要求它们的测量精确度在0.10.01m范围内，欲测得这样的精确量值，必须有高精确度的传感器。传感器在实际条件下的工作方式，也是选择传感器时应考虑的重要因素。例如，接触与非接触测量、破坏与非破坏性测量、在线与非在线测量等，条件不同，对测量方式的要求亦不同。 在机械系统中，对运动部件的被测参数(例如回转轴的误差、振动、扭力矩)，往往采用非接触测量方式。因为对运动部件采用接触测量时，有许多实际困难，诸如测量头的磨损、接触状态的变动、信号的采集等问题，都
15、不易妥善解决，容易造成测量误差。这种情况下采用电容式、涡流式、光电式等非接触式传感器很方便，若选用电阻应变片，则需配以遥测应变仪。 在某些条件下，可以运用试件进行模拟实验，这时可进行破坏性检验。然而有时无法用试件模拟，因被测对象本身就是产品或构件，这时宜采用非破坏性检验方法。例如，涡流探伤、超声波探伤、核辐射探伤以及声发射检测等。非破坏性检验可以直接获得经济效益，因此应尽可能选用非破坏性检测方法.在线测试是与实际情况保持一致的测试方法。特别是对自动化过程的控制与检测系统，往往要求信号真实与可靠，必须在现场条件下才能达到检测要求。实现在线检测是比较困难的，对传感器与测试系统都有一定的特殊要求。例如，在加工过程中，实现表面粗糙度的检测，以往的光切法、千涉法、触针法等都无法运用，取而代之的是激光、光纤或图像检测法。研制在线检测的新型传感器，也是当前测试技术发展的一个方面。除了以上选用传感器时应充分考虑的一些因素外，还应尽可能兼顾结构简单、体积小。重量轻、价格便宜、易于维修、易于更
