浅析传感器技术在机电一体化中的应用.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date浅析传感器技术在机电一体化中的应用厢式压滤机拉板机械手的设计与改进西南科技大学网络教育毕业设计（论文）题目名称： 浅析传感器技术在机电一体化中的应用 年 级： 08秋 层次： 本科专科学生学号： 88160250354 指导教师： 侯霞 学生姓名： 杨洪伟 技术职称： 讲师 学生专业： 机电一体化技术 学习中心名称： 武汉学习中心 西南科技大学网络教育学院制-毕业设计

2、（论文）任 务 书题目名称 浅析传感器技术在机电一体化中的应用 题目性质 真实题目 虚拟题目学生学号 88160250354 指导教师 侯霞 学生姓名 杨洪伟 专业名称 机电一体化技术 技术职称 讲 师 学生层次 高起专 学习中心名称 武汉学习中心 2010年 5 月 26 日毕业设计（论文）内容与要求： 1. 本课题是浅析传感器技术在机电一体化中的应用，传感器技术被广泛的应用于机电一体化系统中，在机电一体化领域具有重要的地位；传感器正向着小型化、一体化、多功能化和智能化的方向发展，为机电一体化的进一步发展打下了基础。2在机械加工过程的传感检测技术中，讨论了切削过程和机床运行过程的传感技术、工

3、件的过程传感、刀具/砂轮的检测传感。3 在汽车自动控制系统中，例举了汽车用传感器及检测对象、汽车发动机控制用传感器、非发动机用传感器，详尽说明了传感器在汽车自动控制系统中的应用。4对于机器人用传感器，分析了触觉、压觉、力觉、滑觉、接近觉等机器人外部传感器的应用。 毕业设计领导小组负责人： （签字）2010年 月 日毕业设计（论文）成绩考核表过程评分评阅成绩答辩成绩总成绩百分制等级制1、 指导教师评语建议成绩 指导教师签字： 2010年 月 日2、 论文评阅教师评语建议成绩 评阅教师签字： 2010年 月 日3、 毕业答辩专家组评语建议成绩 答辩组长签字： 年 月 日4、 毕业设计领导小组推优评

4、语组长签字： 年 月 日摘 要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。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。文章概述传感器研究现状与发展，并分析我国传感器技术发展的若干问题及发展方向。讨论了传感器在机床，汽车，机器人等系统中的应用，充分说明了传感器技术在机电一化应用中的重要地位。关键词： 传感器技术 ；

5、 机电一体化 ； 应用ABSTRACTThis article introduced one kind of use tubular semifinished materials compression loses in the steady distortion forming tube wall the concave components new method. The practice proved, this method uses the mold structure simple, the movement reliable, the construction cost is l

6、ow, may obtain satisfaction the formed effect.This manipulators design is referring.Absorbs in the overseas advanced experience structure foundation to research and develop designs.Through and pulled the fingernail to the spring the reasonable use to avoid many kinds of deficiencies which beforehand

7、 ribbon board manipulator existed.Had guaranteed the mechanical work stable and has saved the production cost greatly.This design only uses a spring to connect two to pull the fingernail, may guarantee two fingernail movement synchronization.The reed silk looks down upon the scene to decide greatly,

8、 ought to be able to guarantee pulls under the fingernail smooth geostatic pressure and the replacement, like this may replace in the original design the pendulum arm module and the torsional spring function, when also can the corrosion break pull after the spring the fingernail falls naturally prom

9、ptly finds out the breakdown and to the equipment carries on the maintenance.Key words：Sensor technology ； Mechatronics ； Application 目 录引 言1第一章 传感器在机电一体化技术中的重要地位2第二章 传感器技术概述32.1 传感器的构成与基本原理32.2 传感器的分类32.3 传感器的数学模型42.4 传感器的主要技术指标4第三章 传感器在机电一体化系统中的应用63.1 机械加工过程的传感检测技术63.2汽车自动控制系统中的传感技术73.3机器人用传感器93.3

10、.1触觉传感器103.3.2压觉传感器123.3.3力觉传感器123.3.4滑觉传感器143.3.5接近觉传感器15第四章 我国传感器技术发展的若干问题及发展方向18结 论19致 谢20参考文献21引 言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一章 传感器在机电一体化技术中的重要地位机电一体化的特征是使机械系统具有完善的信息采集和处理功能，以此来取代人对机域的绝大部分控制功能。操作机器的人用

11、五官获取相应的信息，因此机电一体化系统应具有替代以至延伸人类五官的器件。这一替代的器件称为“传感器”，其核心变换部件称为“敏感元件”。传感器的俗称为“探头”。传感器是机电一体化系统获取外部信息的触角。传感器是采集控制系统及环境的信息并进行变换，供控制系统进行分析、判断和决策。传感器是机械闭环控制系统的重要环节，对系统性能的好坏起着至关重要的作用。当今控制系统的“大脑”微型电子计算机的功能日益强大，但要发挥其功效，必须有灵敏、可靠和分辨力高的传感器与之配合。如果传感器误差很大，微型电子计算机再精确也不可能构成一个精良的机械测控系统，这好比：聪明的大脑，迟钝的五官“之情形。就目前的水平而言，以微型

12、计算机为核心的控制技术已经获得长足的发展，相比之下传感器技术的发展水平还不尽人意。一些性能先进的机械测控系统往往因传感器的失效而失效，特别是在矿山井下恶劣环境下工作的系统，问题尤为突出。机电一体化系统要进一步提高和完善性能，传感器技术是“瓶颈”问题之一。第二章 传感器技术概述传感器是能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，主要用于检测机电一体化系统自身与操作对象、作业环境状态，为有效控制机电一体化系统的运作提供必须的相关信息。随着人类探知领域和空间的拓展，电子信息种类日益繁多，信息传递速度日益加快，信息处理能力日益增强，相应的信息采集传感技术也将日益发展，传感器也将无所不

13、在。从20世纪80年代起，逐步在世界范围内掀起一股“传感器热”，各先进工业国都极为重视传感技术和传感器研究、开发和生产。传感技术已成为重要的现代科技领域，传感器及其系统生产已成为重要的新兴行业。2.1 传感器的构成与基本原理传感器中从输入量到输出量的转换过程，可能经过一次变换，但大多经过一个或一个以上中间量的变换，再由中间量转换成最终形式。一般的传感器构成如图2.1所示。其中敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。敏感元件转换元件接口电路辅助电源电信号非电物理量图2.12.2 传感器的分类传感器有多种

14、分类方法。按被测物理量的不同，可分为位移传感器、力传感器、温度传感器、压力传感器等；按传感器的工作原理的不同，可分为电学式传感器、磁学式传感器、光电式传感器、半导体型传感器等；按信号变换特征也可概括分为物性型传感器与结构型传感器；根据敏感元件与被测对象之间的能量关系，也可分为能量转换型传感器与能量控制型传感器；按输出信号分类，可分为模拟式传感器和数字式传感器等。他们被广泛的应用于机电一体化中，是机电一体化应用领域中不可或缺的元素。2.3 传感器的数学模型传感器的静态数学模型是指在静态信号的作用下，传感器输出与输入量间的一种函数关系。一般可以用n次多项式表示 y = a0 + a1x + a2x

15、2 + + anxn 传感器的动态数学模型是指在随时间变化的动态信号作用下，传感器输出输入量间的函数关系，动态数学模型一般采用微分方程和传递函数描述 微分方程 ： 传递函数： 2.4 传感器的主要技术指标传感器应能准确、迅速地反映被测物理量，无论在什么情况下其输入和输出都应是一一对应的。这是对物理传感器的要求，但不能100%地达到，因而对传感器的性能必须用一些定量的指标去描述。从应用角度看，传感器的性能指标分为两大类：一种是输入不随时间变化的特性，即静态特性；一种是输入随时间变化的输出信号的响应特性，反映传感器静态特性的指标主要有灵敏度、线性度、迟滞性和重复性。动态特性的主要指标有：频率响应范

16、围、固有频率、阻尼系数和时间常数等。一个动态特性好的传感器，无论输入信号变化多么迅速，输出都能很好地跟随；一个静态特性很好的传感器，不一定能够真实地反映动态的被测物理量。输入信号和输出信号的差距总是存在的，不过可用一些指标去估计这些误差的大小。第三章传感器在机电一体化系统中的应用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：3.1 机械加工过程的传感检测技术1.切削过程和机床运行过程的传感技术。切削过程传感检测的目的在于优化切削过程的生产率、制造成本或（金属）材料的切除率等。切削过程传感检测的目标有切削过程的切削力及其变化、切削过程颤震、刀具与工件的接触

17、和切削时切屑的状态及切削过程辨识等，而最重要的传感参数有切削力、切削过程振动、切削过程声发射、切削过程电机的功率等。对于机床的运行来讲，主要的传感检测目标有驱动系统、轴承与回转系统、温度的监测与控制及安全性等，其传感参数有机床的故障停机时间、被加工件的表面粗糙度和加工精度、功率、机床状态与冷却润滑液的流量等。2.工件的过程传感。与刀具和机床的过程监视技术相比，工件的过程监视是研究和应用最早、最多的。它们多数以工件加工质量控制为目标。20世纪80年代以来，工件识别和工件安装位姿监视要求也提到日程上来。粗略地讲，工序识别是为辨识所执行的加工工序是否是工（零）件加工要求的工序；工件识别是辨识送入机床

18、待加工的工件或者毛坯是否是要求加工的工件或毛坯，同时还要求辨识工件安装的位姿是否是工艺规程要求的位姿。此外，还可以利用工件识别和工件安装监视传感待加工毛坯或工件的加工裕量和表面缺陷。完成这些识别与监视将采用或开发许多传感器，如基于TV或CCD的机器视觉传感器、激光表面粗糙度传感系统等。3.刀具/砂轮的检测传感。切削与磨削过程是重要的材料切除过程。刀具与砂轮磨损到一定限度（按磨钝标准判定）或出现破损（破损、崩刃、烧伤、塑变或卷刀的总称），使它们失去切/磨削能力或无法保证加工精度和加工表面完整性时，称为刀具/砂轮失效。工业统计证明，刀具失效是引起机床故障停机的首要因素，由其引起的停机时间占NC类机

19、床的总停机时间的1/5-1/3.此外，它还可能引发设备或人身安全事故，甚至是重大事故。3.2汽车自动控制系统中的传感技术随着传感器技术和其它新技术的应用，现代化汽车工业进入了全新时期。汽车的机电一体化要求用自动控制系统取代纯机械式控制部件，这不仅体现在发动机上，为更全面地改善汽车性能，增加人性化服务功能，降低油耗，减少排气污染，提高行驶安全性、可靠性、操作方便和舒适性，先进的检测和控制技术已扩大到汽车全身。在其所有重点控制系统中，必不可少地使用曲轴位置传感器、吸气及冷却水温度传感器、压力传感器、气敏传感器等各种传感器。汽车传感器大致有两类：一类是使司机了解汽车各部分状态的传感器；另一类传感器是

20、用于控制汽车运行状态的控制传感器。表3.1示出了汽车常用传感器及检测对象。表3.1 汽车用传感器及检测对象项目检测对象与检测量温度冷却水、排出气体（催化剂）、吸入空气、发动机油、室外（内）空气压力吸气压（计示压力、绝对压力）、大气压、燃烧压、发动机油压、制动压、各种泵压、轮胎压转数曲柄转角、曲柄转数、车轮速度、发动机转速速度、加速度车速（绝对）、角加速度流量吸入空气量、燃料流量、排气再循环量、二次空气量液量燃料、冷却水、电池液、洗窗器液、发动机轴、制动油位移方位节流阀开口度、排气再循环阀升降温量、车高（悬置、位移）、行驶距离、行驶方位排出气体O2、CO2、C0、NOX、碳氢化合物、柴油烟其他转

21、矩、爆震、燃料酒精成分、湿度、玻璃结露、饮酒鉴别、睡眠状态、电池电压、电池储能多寡、灯泡断线、载荷、冲击物、轮胎失效率、液位等汽车发动机控制用传感器是在发动机产生的热、震动、汽油蒸汽以及轮胎产生的污泥和飞溅的水花等恶劣环境下工作的，因此汽车发动机用传感器与一般传感器相比，其耐恶劣环境的指标要高得多。表3.2为汽车发动机控制用传感器。表3.2 汽车发动机控制用传感器传感器名称测量范围精度要求例空气吸入量传感器5500m3/h(2000mL发动机)2%旋转板、电位计式卡尔曼涡流式、涡轮式、红外线式、离子漂移式、超声式吸气管压力传感器大气压传感器（0.131.04）x105pa（绝对压力）（0.71

22、.04）x105pa（绝对压力）2%真空膜盒式气压计/差分变压器式真空膜盒式气压计/电位计式振动膜/半导体应变计式电容器式振动膜/声表面波式、振动膜/晶体振动式、振动膜/碳堆式温度传感器（水温、吸气温度）-40120 C2%热敏电阻式线绕电阻式、半导体式、临界温度电阻式（开关用）、正温度系数热敏电阻式（开关用）、热敏铁氧体式（开关用）曲柄转角传感器（曲柄基准位置传感器）发动机转数传感器13000.5%电磁传感器式、磁敏晶体管式磁感应式霍尔元件式、压电式、光电式、韦格纳效应式、可变电感式位置传感器（排气再循环式阀的升降、节气门角度）05mm3%电位差式差分变压器式车速传感器0170km/h1%4

23、%舌簧接点开关式电磁传感器式氧传感器0.4%1.4%1%ZrO2元件、TiO2元件、CO元件（低级的空燃比A/F传感器）爆震传感器110 kHz1%压电元件式磁致伸缩式发动机控制用传感器的精度多以百分数表示，这个百分数值必须在各种不同条件下满足燃料经济性指标和排气污染指标规定。控制活塞式发动机，基本上就是控制曲轴的位置。利用检测曲轴位置的传感器，可测出曲轴转角位置从而计算点火提前角，并用微机计算出发动机转速，其信号以时序脉冲形式输出。燃料供给信号可以用二种方法获得，一种是直接测量空气的质量流量；另一种是检测曲轴位置，再由技管绝对压力(MAP)和温度计算出每个汽缸的空气量。燃料控制环路多采用第二

24、种方法，或采用测量空气质量流量的方法。因此MAP传感器和空气质量流量传感器都是重要的汽车用传感器。 MAP传感器有膜盒线性差动变换传感器、电容盒MAP传感器和硅膜压力传感器。 在空气流量传感器中，离子迁移式、热丝式、叶片式传感器是真正的空气质量流量计。涡流式、涡轮式是测量空气流速的，需把它换算成质量流量。为算出恰当的点火时刻，需要检测曲轴指示脉冲、发动机转速和发动机负荷三个参量。为了确定发动机的初始条件或随时进行状态修正，还装了爆震传感器，如空气温度传感器、冷却水温度传感器等，在某些汽车中，还装了爆震传感器，涡轮增压发动机在中速或高负荷状态下，震动较大，从而带来许多问题，安装爆震传感器后，当震

25、动超过某一限度时，就自动推迟点火时间，直至震动减弱为止。这就是说，发动机在无激烈震动时提前点火，找出了最佳超前量。机械共振传感器、带通振动传感器和磁致伸缩传感器可以提供这种震动信息。为了提高汽车行驶的安全、可靠、操纵方便及舒适性，还采用了非发动机用传感器，如表3.3所示。工业自动化领域用的各类传感器直接或稍加改进，即可作为汽车非发动机用传感器使用。表3.3 非发动机用传感器项目所用传感器防打滑制动器对地速度传感器、车轮转数传感器液压转向装置油压传感器、车速传感器行车速度自动控制车速传感器、加速踏板位置传感器气胎雷达、G传感器死角报警超声波传感器、图像传感器自动空调室内温度传感器、吸气温度传感器

26、、风量传感器、湿度传感器亮度自动控制光传感器自动门锁系统磁传感器自动（电子式）驾驶磁传感器、气流速度传感器3.3机器人用传感器机器人传感技术是20世纪70年代发展起来的,是一类专门用于机器人技术的新型传感器,与普通传感器的工作原理基本相同,但又有其特殊性,对传感信息种类和智能化处理的要求更高,包括机器人触觉传感器、机器人接近觉传感器、机器人视觉传感器、机器人嗅觉传感器、机器人味觉传感器、机器人听觉传感器等。之所以能够准确操作,是因为它能够通过各种传感器来准确感知自身、操作对象及作业环境的状态。机器人传感器可分为内部检测传感器和外部检测传感器两大类。内部检测传感器是以机器人本身的坐标轴来确定其位

27、置，它安装在机器人自身中用来感知机器人自己的状态，以调整和控制机器人的行动。它通常由位置、加速度、速度及压力传感器组成。外部检测传感器用于机器人对周围环境、目标物的状态特征获取信息，使机器人和环境能发生交互作用，从而使机器人对环境有自我校正和自适应能力。表3.4列出了这些传感器的分类和功用。表3.4 机器人用外界检测传感器的分类传感器检测内容检测器件应用触觉接触把握力荷重分布压力多元力力矩滑动限制开关应变计、半导体感压元件弹簧变位测量计导电橡胶、感压高分子材料应变计、半导体感压元件压阻元件、马达电流计光学旋转检测器、光纤动作顺序控制把握力控制张力控制、指压力控制姿势、形状判别装配力控制协调控制

28、滑动判定、力控制接近觉接近间隔倾斜光电开关、LED、激光、红外光敏晶体管、光敏二极管电磁线圈、超声波传感器动作顺序控制障碍物躲避轨迹移动控制、探索视觉平面位置距离形状缺陷ITV摄像机、位置传感器测距器线图像传感器面图像传感器位置决定、控制移动控制物体识别、判别检查、异常检测听觉声音超声波麦克风超声波传感器语言控制（人机接口）移动控制嗅觉气体成分气体传感器、射线传感器化学成分探测味觉味道离子传感器、pH计化学成分探测机器人的触觉，实际上是人的触觉的某些模仿。它是有关机器人和对象物之间直接接触的感觉，包括的内容较多，通常指以下几种；触觉：手指与被测物是否接触，接触图形的检测。压觉：垂直于机器人和对

29、象物接触面上的力传感器。力觉：机器人动作时各自由度的力感觉。滑觉：物体向着垂直于手指把握面的方向移动或变形。3.3.1触觉传感器触觉是接触、冲击、压迫等机械刺激感觉的综合，触觉可以用来进行机器人抓取，利用触觉可进一步感知物体的形状、软硬等物理性质。对机器人触觉的研究，只能集中于扩展机器人能力所必需的触觉功能，一般把检测感知和外部直接接触而产生的接触觉、压力、触觉及接近觉的传感器称为机器人触觉传感器。举例：触觉传感器，如图3.1所示。1. 结构：平板上安装着多点通、断传感器附着板的装置2. 原理：平常为通态，当与物体接触时，弹簧收缩，上、下间电流断开。它的功能相当于一开关，即输出0和1两种信号3

30、. 可用于控制机械手的运动方向和范围、躲避障碍物等。图3.1 触觉传感器1. 导电橡胶；2.金属；12.衬底；13.引线人工皮肤触觉传感器的研究重点1. 选择更为合适的敏感材料，现有的材料主要有导电橡胶、压电材料、光纤等；2. 将集成电路工艺应用到传感器的设计和制造中，使传感器和处理电路一体化，得到 在规模或超大规模阵列式触觉传感器触觉传感器的工作重点集中在阵列式触觉传感器信号的处理上，目的是辨识物体接触物体的形状。阵列式触觉传感器如图3.5所示。图3.5 PVF2阵列式触觉传感器这种信号的处理涉及到信号处理、图像处理、计算机图形学、人工智能、模式识别等学科，是一门比较复杂、比较困难的技术，还

31、不是很成熟，有待于进一步研究和发展。3.3.2压觉传感器压觉指的是对于手指给予被测物的力，或者加在手指上的外力的感觉。它用于握力控制与手的支撑力的检测。目前的压觉传感器主要是分布型压觉传感器，即通过把分散敏感元件排列成矩阵式格子来设计的。导电橡胶、感应高分子、应变计、光电器件和霍尔元件常被用作敏感元件阵列单元。压觉传感器的工作原理：这种传感器是对小型线性调整器的改进。在调整器的轴上安装了线性弹簧。一个传感器有10mm的有效行程。在此范围内，将力的变化转换为遵从虎建定律的长度位移，以便进行检测。在一侧手指上，每个6mmX8mm的面积分布一个传感器来计算，共排列了28个（四行七排）情感器。左右两侧

32、总共有56个体感器输出。用四路A/D转换器，变速多路调制器对这些输出进行转换后进入计算机。图3.6（a）为手指抓住物体的状态；图3.6（b）为手指从a状态稍微握紧的状态。图3.63.3.3力觉传感器力觉是指对机器人的指、肢和关节等运动中所受力的感知，主要包括腕力觉、关节力觉和支座力觉等，根据被测对象的负载，可以把力传感器分为测力传感器（单轴力传感器）、力矩表（单轴力矩传感器）、手指传感器（检测机器人手指作用力的超小型单轴力传感器）和六轴力觉传感器。力觉传感器根据力的检测方式不同，可以分为：检测应变或应力的应变片式；利用压电效应的压电元件式；用位移计测量负载产生的位移的差动变压器、电容位移计式，

33、其中应变片被机器人广泛采用。力觉传感器的作用：感知是否夹起了工件或是否夹持在正确部位；控制装配、打磨、研磨抛光的质量；装配中提供信息、以产生后续的修正补偿运动来保证装配质量和速度；防止碰撞、卡死和损坏机件。在选用力传感器时，首先要特别注意额定值，其次在机器人通常的力控制中，力的精度意义不大，重要的是分辨率。另外，在机器人上实际安装使用力觉传感器时，一定要事先检查操作区域，清除障碍物。这对实验者的人身安全、对保证机器人及外围设备不受损害有重要意义。图3.7为关节力传感器，图3.8为腕力传感器，图3.9为基座力传感器。图3.7 关节力传感器图3.8 腕力传感器图3.9 基座力传感器3.3.4滑觉传

34、感器滑觉：机器人在抓取不知属性的物体时，其自身应能确定最佳握紧力的给定值。当握紧力不够时，要检测被握紧物体的滑动，利用该检测信号，在不损害物体的前提下，考虑最可靠的夹持方法，实现此功能的传感器称为滑觉传感器。滑觉传感器有滚动式和球式，还有一种通过振动检测滑觉的传感器。物体在传感器表面上滑动时，和滚轮或环相接触，把滑动变成转动。 磁力式滑觉传感器中，滑动物体引起滚轮滚动，用磁铁和静止的磁头，或用光传感器进行检测，这种传感器只能检测到一个方向的滑动。球式传感器用球代替滚轮，可以检测各个方向的滑动，振动式滑觉传感 器表面伸出的触针能和物体接触，物体滚动时，触针与物体接触而产生振动，这个振动由压点传感

35、器或磁场线圈结构的微小位移计检测。图3.10为滑觉传感器图3.10 滑觉传感器3.3.5接近觉传感器接近觉传感器的主要作用是在接触对象之前获得必要的信息，用来探测在一定距离范围内是否有物体接近、物体的接近距离和对象的表面形状及倾斜等状态，一般用“1”和“0”两种态表示。在机器人中，主要用于对物体的抓取和躲避。接近觉一般用非接触式测量元件，如霍尔效应传感器、电磁式接近开关和光学接近传感器。电磁式：利用涡流效应产生接近觉。如图3.11所示，加有高频信号Is的励磁线圈L 产生的高频电磁场作用于金属板，在其中产生涡流，该涡流反作用于线圈，通过检测线圈的输出可反映出传感器与被接近金属间的距离，这种接近觉

36、传感器精度高，响应快，可在高温环境中使用，但检测对象必须是金属。图3.11 电磁式接近传感器电容式：利用电容量的变化产生接近觉。电容接近绝传感器如图3.12所示，传感器本体由2个极板组成，极板1由一个固定频率正弦波电压激励，极板2外接电荷放大器，0为被接近物，在传感器两极板和被接近物三者之间形成了一个交变电场。当靠近被接近物时，电场变化引起了极板1、2间电容C的变化。由于电压幅值恒定，所以电容变化又反映为极板上的电荷的变化，从而可检测出与被接近物的距离。电容式接近觉传感器具有对物体的颜色、构造和表面都不敏感且实时性好的优点。但一般按上述结构制作的传感器要求障碍物是导体且必须接地，并且容易受到对

37、地寄生电容的影响。图3.12 电容接近觉传感器第四章我国传感器技术发展的若干问题及发展方向传感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。我国传感器的研究主要集中在专业研究所和大学，始于20世纪80年代，与国外先进技术相比，我们还有较大差距，主要表现在：（1）先进的计算、模拟

38、和设计方法；（2）先进的微机械加工技术与设备；（3）先进的封装技术与设备；（4）可靠性技术研究等方面。因此，必须加强技术研究和引进先进设备，以提高整体水平。传感器技术今后的发展方向可有几方面：1.提高抗干扰技术的能力,使用稳定的电源。 2.加速开发新型敏感材料:通过微电子、光电子、生物化学、信息处理等各种学科,各种新技术的互相渗透和综合利用,可望研制出一批基于新型敏感材料的先进传感器。 3.向高精度发展:研制出灵敏度高、精确度高、响应速度快、互换性好的新型传感器以确保生产自动化的可靠性。 4.向微型化发展:通过发展新的材料及加工技术实现传感器微型化将是近十年研究的热点。 5.向微功耗及无源化发

39、展:传感器一般都是非电量向电量的转化,工作时离不开电源,开发微功耗的传感器及无源传感器是必然的发展方向。 6.向智能化数字化发展:随着测控系统的自动化、智能化的发展,对传感器的准确度、可靠性、稳定性提出了更高的要求,同时还应具有一定的数据处理能力和自检、自校、自补偿功能。传统传感器已不能满足这些要求,而制造高性能的传感器,仅靠改进材料工艺也很困难。计算机技术的发展使传感器技术发生了巨大的变革,将计算机和传感器融合,研制出了具有信息检测、信号处理、信息记忆、逻辑思维与判断等功能强大的智能传感器。 结 论通过对传感器在机床、汽车、机器人等机电一体化领域的应用举例及分析，我们了解到机电系统中使用的传

40、感器种类和数量越来越多，每种传感器都有一定的使用条件和感知范围，并且又能给出环境或对象的部分或整个侧面的信息。由此可见，传感器作为机电一体化的“感官”其作用至关重要。今天，人类已进入科学技术空前发展的信息社会，机电一体化技术的迅速发展，迫切需要形形色色的传感器。传感器是机电一体化技术的一个重要组成部分，与机电一体化技术总体发展相协调。传感器正向着小型化、一体化、多功能化和智能化的方向发展。新一代高性能高可靠性的传感器将为机电一体化技术的进一步发展打下基础。致 谢在完成本篇毕业论文的过程中，本人得到了指导老师的帮助，是他为此付出了心血和精力，在此请允许我向他表示最衷心的感谢！我要感谢我的导师。当

41、然，这些都离不开父母和老师们平时的谆谆教诲和的尽心辅导。本篇论文从提纲到初稿乃至成稿，都经过他们精心的指导和修改，提出了严格的要求和许多宝贵的意见。可以说，我的整篇论文凝聚着他们的心血。其次，我要感谢教学中心的老师。是他们对论文选题、选材、编写格式等方面给予了细心的指导，使本人的毕业论文设计得以有条不紊地进行。最后，我要感谢所有参考文献的作者。我论文是建立在他们研究基础上的。参考文献1. 韩连英，王晓红.光纤传感器在机械设备检测中的应用，.光机电信息出版社，2006.32 张开逊.现代传感技术在信息科学中的地位，.工业计量出版社，2006.13 金发庆.传感器技术与应用，机械工业出版社，2004.84 张建民.机电一体化系统设计 ，高等教育出版社，2000.7