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1、传感器在机械中的应用（ 姓名： 班级： 序号：）摘 要 介绍了光电传感器在播种、喷雾和移栽等方面的应用情况 指出了光电传感器在我国农业机械中具有广阔的应用前景。光纤传感器在国内外桥梁检测及其他领域中的应用状况,并论述了光纤传感器在诸多重要领域中可发挥的独特优势。此外,还对光纤传感器的基本组成、原理、分类及工作特点进行了介绍。由于在大型机械设备的检测中,不能破坏检测对象,因而重点介绍了光纤传感器在大型机械设备检测中的应用。根据光纤传感器的诸多特点及在桥梁检测中的应用,光纤传感器能够满足机械设备的检测要求,实现对机械设备的无损检测。关键词 光电传感器 激光转角传感器 农业机械 机械设备 无损检测一
2、 光电传感器在机械中的应用光电传感器由于反应速度快,能实现非接触测量,而且精度高、分辨力高、可靠性好,加之半导体光敏器件具有体积小、质量小、功耗低、便于集成等优点,因而被广泛应用于军事、检测与农业机械等多种领域中。1 光电传感器光电传感器一般由光源、光学通路、光电元件等 三个部分组成。其基本原理是以光电效应为基础,把被测量的变化转换成光信号的变化,然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电效应是指用光照射某一物体,可以看作是一连串带有一定能量的光子轰击在这个物体上,此时光子能量就传递给电子,并且是 个光子的全部能量一次性地被 1个电子所吸收,电子得到光子传递的能量后其状态就会发生变化,从
3、而使受光照射的物体产生相应的电效应。通常把光电效应分为3类: 在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应; 在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象称为内光电效应; 在光线作用下,物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应。2 光电传感器在播种机械中的应用播种是农业增收的第一环,播种机性能检验是为了达到高效、高质量的播种效果。快速、可靠、高自动化的播种装备检测系统是我国农业检测装备中急需解决的关键问题之一。目前,国内外的种子粒距检测均以光电传感器检测手段为主,属于间接测量,不能直接反映播种机运行情况及播种精度。李伟教授研制的“ 非接触式种子粒距测量系统”是集CCD计算机、光电、图像处
4、理、机械、控制为一体的综合技术手段,具有检测准确、可靠,检测数据具有可溯源性。史智兴等借鉴感光材料行业的感光测定方法,将标准光楔作为光电传感器抗尘性能的量化测量工具,把光学密度值作为光电传感器抗尘性能的量化指标。分析了直射光、漫射光的差异,设计了具体测量方案,提出了抗尘指数的概念。量化方案的提出填补了长期以来无法对光电传感器在田间尘土环境工作性能进行评价的空白。杨景芝等在基于光电传感器的精密播种机排种监测报警系统中充分考虑到田间作业条件,开发了基于 的PIC16F873 8行精密播种机排种监测报警系统,当缺种、堵塞时产生声光报警,并且显示出故障及故障位置,从电路功能及软件上解决了报警逻辑、监测
5、行设置等问题。设计了光电传感器在排种通路的安装结构以及整个系统的供电方案,田间使用结果表明,该装置能够适应田间工作环境,可取代农机手实现可靠监测报警。该设计监测传感器分别监测种子箱有无种子,排种管仅为种通过,开沟器是否堵塞。由于发光器件 LED的直径只有35mm,受光器件光敏二极管或光敏三极管受光面直径为5 mm或8mm等几种。用上述器件构成的光电传感器,发光面直径35mm, 受光面直径38mm,而播种机排种管的直径通常为2530mm,大豆、玉米等种子的直径基本在10 mm以下,高粱、小麦种子则更小。因此,对于排种器和开沟器的检测,如果只简单地安装一支发光器件LED 和光电传感器,其检测范围无
6、法覆盖整个排种管的截面,明显存在检测不到的“盲区”。排种管、开沟器的光电传感器结构见图 。3 光电传感器在喷雾机械中的应用随着工业化技术水平的全面提高,在大型喷雾设备上,采用液压机构控制喷杆的工作姿态、平衡与稳定,采用电子技术对作业速度、作业面积、喷雾压力、喷雾量等进行监测和自动调整,改善了机手的劳动条件,提高了作业效率和准确性。王庆中等在“光电传感器在水库测量中的应用研究”中指出,红外光电传感器具有灵敏度高、体积小、环境适应能力强等优点,适合在特殊环境中应用。根据光电传感器原理和泥沙颗可有效探测水库浑水层深度和厚度。4 光电传感器在移栽机械中的应用在日本,广泛采用软的乙烯盆8001000棵,
7、但连续工作会使人疲劳,很难长久保持高效率。现在研制出来的移栽机器人有 2条传送带,一条用于传送插盘,另一条用于传送盆状容器。其他的主要部件是插入式拔苗器,杯状容器传送带,漏插分选器和插入式栽培器。在开发该系统时,采用光电传感器、发射机和接收机。当杯中的植物从发射器与接收器之间经过时,如果光线被茎或叶子挡住,就可以断定真实的苗在杯中。传感器可以上下调整以改变拒绝低于标准的劣苗的阀门,通过杯传送带的转动将劣苗抛在废料箱中。由于他能在不停止运动的情况下进行探测,所以这是最为简单、快速和经济的方法。5 展望随着技术进步,要求传感器准确度高、可靠性高、稳定性好,而且有一定的数据处理能力,并能够自检、自校
8、、自补偿,传统的光电传感器已不能满足这样的要求了,而智能光电传感器是当今国际科技界研究的热点。总之,当光电传感器技术产生较快的发展时,必将为农业、工业等领域的新发展、新进步带来新的动力与活力。参考文献：(华中农业大学理学院 王贤锋 文献标志码TP212.1 A)二 光纤传感器在机械中的应用众所周知,描述光波特征的参量很多,如光强、波长、振幅、相位、偏振态和模式分布等。这些参量在光纤传输中都可能会受外界影响而发生改,特别如温度、压力、加速度、电压、电流、位移、振动、转动、弯曲、应力、应变以及化学量生物化学量等对光路产生影响时,都会使这些参量发生相应变化。光纤传感器就是根据这些参量随外界因素的变化
9、关系来检测各相应物理量的大小。,经光纤进入调制光源发出的光耦合进入光纤测量区 ,在调制区内外界被测参数作用于进入(调制区)区内的光信号,使其光学性质如光强、波长、频率、相位偏振态等发生变化成为被调制的信号;再经过光纤送入光检测器,光检测器对进来的光信号进行转换后输出电信号;最后对电信号进行信号处理而得到可用信号,从而获得被测参数。光纤传感器可以测量的环境参量主要有应力、位移、振动、转动、压力、弯曲、应力、应变、加速度、电流、磁场、电压、温度、声场、流量、浓度、pH值等。光纤传感器是用光在不同的物理状态下,在光纤中传播光的干涉、衍射、偏振、反射等物理,进行各种物理量的测量装置。来自光源的光线通过
10、接口进入光纤,然后将检测的参数调制成幅度、相位、色彩或偏振信息特征的变化,最后利用微处理器进行信息处理。简言之,光纤传感器的原理就是用被测量的变化调制传输光光波的某一参数,使其随之变化,然后对已调制的光信号进行检测,从而得到被测参量,即将被测参量转换为光信号参数的变化。三 激光传感器在工程机械中的应用激光传感器一般是由激光发生器、光学零件和光电器件所构成的，它能把被测物理量 （如距离、流量、速度等）转换成光信号，然后应用光电转换器把光信号变成电信号，通过相应电路的过滤、放大和整流得到输出信号，从而算出被测量。借助于激光所具有的优点 （如方向性好、亮度高、单色性好、相干性好等），激光传感器通常具
11、有结构简单可靠、抗干扰能力强、非机械接触、分辨率较高、精度高 （在测量长度时能达到几个纳米）、示值误差小、稳定性好、宜用于快速测量等优点。1 激光传感器在摊铺机找平系统中的使用摊铺机自动找平系统的性能高低集中体现在能否在动态检测过程中具有优良的平滑、过滤功能，从而获得平稳变化的探测值，使得系统的调整动作也是平稳、顺畅的，最终反映为高指标的摊铺平整度。RSS自动找平系统采用 LMS200 型激光扫描器作为其传感元件，其扫描范围为180度，用于摊铺机时理论扫描长度为无限大，实际上可在1-18米内任选，激光射线分度为1度，扫描范围半径可达80米。每一条射线与路基的交点就是一个测点，即该扫描器工作时可
12、形成如图 所示由相隔D的激光射线组成的密集扫描范围。系统将各个测点的高度平均计算后，得到当前高度测量值，与初始高度值 （虚拟基准）比较后输出控制信号。正是由于激光扫描器能够对于路基、路面进行多点密集探测，在相同的探测长度上获得的数据量比其他类型的自动找平系统大得多，因此，系统计算得到的平均值能更真实地反映路基、路面的实际状况，从而大大提高系统的准确性。图所示为 RSS系统在 10m区域内对梯形凸起区域的平滑处理过程，平滑处理过程见式 数据处理过程利用面积相等的原则，将不平区域截面积等效成长方区域截面积，平滑处理后得到的实际探测基准与初始基准之间的偏差可用式计算：式中 S为不平区域纵向截面面积；
13、l为不平区域长度；h 为不平区域高度；H 为探测长度。可见，偏差值H的大小与不平区域的截面积S成正比，与探测长度L 成反比 （参见图2），使得该系统的平滑作用非常显著。另外，该系统利用空间域平滑过滤技术，采用简单平均算法对路基局部缺陷 （凸包、凹坑）探测数据进行平滑处理。由于激光扫描的多点密集性以及扫描范围较大，即邻域较大，使路基上的局部缺陷对探测平均值的影响程度减小，从而大大提高了系统的过滤效果。根据路面纵向断面在探测范围内的平均高度计算定义: 假设扫描区域内路基的缺陷 （凸包、凹坑）使得n根探测激光线中的 ( 个探测值发生变化，则必然引起平均值的变化，参见图3。设该变化为： 可见，对于同样
14、的路基条件，激光扫描器的总扫描点数越多即n 值越大，探测值的变化量越小。若考虑扫描到路基的局部缺陷激光线数量m的大小，则探测值的变化量大小取决于m/n 的比值。由于激光扫描器的扫描范围大、扫描点数量多，比值 m/n要比其他形式的找平系统小，参见图4。表明该系统对于路基上的局部缺陷具有很好的过滤功能。四 微型传感器在汽车机械中的应用 发动机的电子控制一直被认为是 技术在汽车中的主要应用领域之一 发动机控制系统用传感器是整个汽车传感器的核心种类很多包括温度传感器压力传感器位置和转速传感器流量传感器气体浓度传感器和爆震传感器等这些传感器向发动机的电子控制单元提供发动机的工作状况信息 供电子控制单元对
15、发动机工作状况进行精确控制以提高发动机的动力性降低油耗减少废气排放和进行故障检测。1 温度传感器汽车用温度传感器主要用于检测发动机温度吸入气体温度、冷却水温度、燃油温度以及催化温度；温度传感器有热敏电阻式线绕电阻式和热偶电等阻式三种主要类型这三种类型传感器各有特点其中通用型的测温范围为50- +30度，其精度为15%，响应时间为10ms, 高温型为精度为:6001000摄氏度。精度：5%.响应时间为10ms.线绕电阻式温度传感器的精度高但响应特性差热偶电阻式温度传感器的精度高测量温度范围宽但需要配合放大器和冷端处理一起使用,其他已实用化的产品有铁氧体式温度传感器，或半导体膜空气温度传感器。2
16、爆震传感器爆震传感器用于检测发动机的振动 通过调整点火提前角控制和避免发动机发生爆震，为了最大限度地发挥发动机功率而不产生爆燃 点火提前角应控制在爆燃产生的临界值当发动机产生爆燃时，传感器将爆燃引起的震动转变成电信号 并传给电子控制单元检测爆震有检测气缸压力发动机机体振动和燃烧噪声等三种方法 爆震传感器有磁致伸缩式和压电式 磁致伸缩式爆震传感器的使用温度频率范围为压电式在一定范围内具有良好线性度。五 传感器在机械制造中的应用在机械制造中，传感器技术是实现测试与自动控制的重要环节。在机械制造测试系统中，被作为一次仪表定位，其主要特征是能准确传递和检测出某一形态的信息，并将其转换成另一形态的信息。具体地说，传感器是指那些对被测对
