2022年机电一体化大学本科方案设计书传感器在机电一体化系统中的应用及发展的研究 .docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 陕西航空职业技术学院机电一体化专业毕业论文题目：传感器在机电一体化系统中的应用及进展的讨论 系部：机电工程系 班级：姓名：学号： 35 指导老师： 2022 年 11 月名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - - - - - 目 录名师归纳总结 摘要 3第 2 页,共 42 页1.1 传感器技术的进展 41.2 机电一体化系统的进展 81.3 传感器在机电一体化系统的应用 27 1.4 如何为机电一体化系统挑选传感器 33 1.5 机电一体化系统中常用传感器的进展 36 结论 38 参考

2、文献 40 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 摘要传感器是检测中第一感受被测量、并将它转换成与被测量有确定对应关系的电量器件,它是检测和掌握系统中最关键的部分；机电一体化是机械的主功能、动力功能、信息功能和掌握功能上引进微电子技术,并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称；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、精确地猎取信息并能经受严酷环境考查 , 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牢靠的自动检测, 系统的信息处理、掌握决策等功能就无法谈及和实现；传感器

3、在机电一体化系统中应用广泛,是机电 产品中是必不行少的器件之一；名师归纳总结 关键词：传感器机电一体化系统第 3 页,共 42 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 传感器技术 传感器来自“ 感觉” 一词,人们用视觉、听觉、味觉、嗅觉和 触觉等感官感受外界的有关信息,如物体的大小、外形和颜色,感 觉到的声音、气味等；在视觉情形下,绝不是靠眼睛本身进行感 觉,而是从眼睛进入的外界刺激信号通过神经传送到大脑,有大脑 感知物体的大小和颜色,然后由大脑供应命令信号支配行动；听觉 和嗅觉等也完全一样；然而,要使大脑受到这些刺激,第一必需有 接受外界刺激的“ 五官”

4、 ,人的“ 五官” 可以称之为传感器；它们 的基本功能是第一接受外界的刺激信号,然后产生作用于各种神经 传递信号的能量,最终在传送到大脑；在传感器的系统中,传感器 模拟人“ 五官” 的这些作用,将外界刺激信号转换为能传递的信 号,即使特定的被测量（包括物理量、化学量、生物量等）依据一 定的规律转换成某种可用的输出信号；传感器是一种以肯定的精确度把被测量转换为与之有确定对应 关系的、便于应用的另一种量的测量装置；传感器的定义详细包 含：传感器是测量装置,能、完成检测任务；它的输入量是某 一被测量,可能是物理量,也可能是化学量、生物量等；它的输 出量是某种物理量,这种量应便于传输、转换、处理、显示

5、等,它 可以是气、光、电,但主要是电量；传感器一般由敏锐元件和转换 元件两大部分组成；但很多时候也将转换电路及帮助电路作为其组 成部分,由于传感器作为一个完整的器件,绝大部分都是把转换电 路及必要的帮助电源单元与敏锐元件、转换元件一起做成一体化的名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - - - - - 器件；传感器的作用包括信息的收集、信号数据的转换和掌握信息 的采集；传感器是检测和掌握系统中最关键的部分；在实际工程应用中,传感器的种类很多；同一种被测量可以用 不同的传感器来测量；而同一种原理的传感器,通常又可以测量多 种物理量；因此,传

6、感器的分类方法也是形形色色,目前尚没有统 一的方法：按传感器工作原理分类：电阻式传感器、电容式传感 器、电感式传感器、压电式传感器、霍尔式传感器、光电式传感 器、光栅式传感器、热电偶式传感器；按被测量（或传感器的用 途）分类：位移传感器、力传感器、速度传感器、温度传感器、流 量传感器、气体传感器、物位传感器、成分传感器；按输出信号 的性质分类：开关型传感器、模拟式传感器、数字式传感器；传感 器所测量常常处在各种各样的变动中,例如测量机床车刀的切削 时,如材质匀称,切削力的值可能特别稳固；如遇到材质不匀称甚 至有小缺陷时,切削力的值可能有缓慢起伏或者周期性脉动变化,甚至显现突变的尖峰力；传感器能

7、否将这些被测量的变化不失真地-输入特 变换成相应的电量,涉及传感器本身的基本特性,即输出 性；这种特性通常用传感器的静态特性和动态特性来描述；传感器变换的被测量的数值处在稳固状态时,传感器的输出与 输入的关系称为传感器的静态特性；描述传感器静态特性的技术指 标是：灵敏度、线性度、迟滞和重复性；灵敏度 传感器在稳态标准条件下,输出变化对输入变化的比值称灵敏名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - - - - - 度,对于线性传感器来说,它的灵敏度是一个常数；线性度传感器的静态特性是稳态标准条件下,利用肯定等级的校准设备,对传感进行往复循环测

8、试,得出的输出-输入特性（列表或画曲线）；通常,期望这一特性为线性,这样,会对标定和数据处理带来便利；但实际的输出-输入特性一般都是非线性的,因此,采纳各种补偿环节,如非线性电路补偿环节或运算机软件,进行线性化 处理；在传感器非线性幂次不高,输入量变化范畴较小时,用一条 直线（切线或割线）近似地代表实际曲线的一段；对传感器的输出-输入特性线性化的方法,称为直线拟合法；实际曲线与拟合直线之 间的偏差称为传感器的非线性误差或线性度,取其中最大值与输出 满度值之比作为评判线性度（或非线性误差）的指标；在常用的拟 合法中,即使是同类传感器,拟合方法不同,其象形度也不同,用 最小二乘法求取的拟合直线的精

9、确度最高；迟滞 迟滞是指在相同工作条件下,传感器正行程特性和反行程特性 的不一样程度；其数值为对应同一大小的输出量,应采纳的行程方 向不同,传感器的输出量值不相等,这就是迟滞现象；产生迟滞现 象的缘由,主要是传感器机械部分存在不行防止的缺陷,如轴承摩 擦、间隙、紧固件松动和材料内摩擦等；重复性 传感器的输入量在同一方向（增加或削减）变化时,在全量程名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - - - - - 内连续进行重复测量所得到的输出-输入特性曲线不一样的程度；产生不一样的缘由与产生迟滞现象的缘由相同；多次重复测试的曲线 越重合,说明传感

10、重视复性越好,使用误差越小；动态特性是指传感器测量动态信号时,输出对输入的响应特 性；传感器测量静态信号时,被测量不随时间变化,测量和记录的 过程不受时间限制；实际大量的被测量是随时间变化的动态信号,传感器的输出不仅要精确地显示被测量的大小,仍要显示被测量随 时间变化的规律；动态特性好的传感器,其输出随时间的变化规律 将再现输入随时间变化的规律,即它们具有相同的时间函数；但 是,除了抱负情形外,实际传感器的输出信号与输出入信号不会具 有相同的时间函数,输出与输入之间会显现差异；这种输出与输入 之间的差异称为动态误差,讨论这种误差的性质称为动态特性分 析；由于传感器在实际工作中随时间变化的输入信

11、号是千变万化 的,而且由于随机因素的影响,往往事先并不知道其特性,故工程 上通常采纳标准信号函数的方法来讨论,并据此确定如干评定动态 特性的指标；常用的标准信号函数是正弦函数和阶跃函数,由于它 们即便于求解又便于实现；大多数情形下对非正弦周期信号,可以 通过数学方法利用傅里叶级数分解为含多次谐波的正弦函数；对其 他非争先非周期信号,可通过傅里叶变换分解出各次正弦谐波来分 析；而阶跃信号是瞬时发生的变化,它有可能是输入信号中最坏的名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - - - - - 一种,传感器如能复现这种信号,就就能较简洁复现其他各种

12、输入 信号,所以将它们作为标准信号函数；阶跃响应法：当输入信号 为阶跃函数时,由于他是时间的函数,故传感器的响应是在时域里 发生的,因此称她为阶跃响应法；频率响应法：当输入信号时正 弦函数时,由于它频率的函数,故传感器的响应是在频域内发生 的,因此称它为频率响应法；传感器是检测中第一感受被测量、并将它转换成与被测量有确 定对应关系的电量器件,它是检测和掌握系统中最关键的部分；传 感器的性能由传感器的静态特性和动态特性来评判；机电一体化系统机电一体化又称机械电子学,英文称为Mechatronics ,它是由英文机械学 Mechanics 的前半部分与电子学Electronics 的后半部分组合而

13、成；机电一体化最早显现在1971 年日本机械设计杂志的副刊上,随着机电一体化技术的快速进展,机电一体化的概念被人们广泛接受和普遍使用；1996 年出版的 WEBSTER 大词典收录了这个日本造的英文单词,这不仅意味着“ Mechatronics ” 这个单词得到了世界各国学术界和企业界的认可,而且仍意味着“ 机电一体化” 的哲理和思想为世人所接受；名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 1 机体化与其他学科的关系 到目前为止,就机电一体化这一概念的内涵国内外学术界仍没 有一个完全统一的表述；目前,较普遍的提法是“ 日

14、本机械振兴协 会经济讨论所” 于 1981 年的说明：“ 机电一体化是在机械主功能、动力功能、信息功能和掌握功能上引进微电子技术,并将机械装置 与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称” ；机电一体化 是以机械学、电子学和信息科学为主的多门技术学科在机电产品发 展过程中相互交叉、相互渗透而形成的一门新兴边缘性技术学科；这里面包含了三重含义：第一,机电一体化是机械学、电子学与信息科学等学科相互融合而形成的学科；图1 形地表达了机电一体化与机械学、电子学和信息科学之间的相互关系；其次,机电一体化 是一个进展中的概念,早期的机电一体化就像其字面所表述的那 样,主要强调机械与电子的结合,即将电子技

15、术“ 溶入” 到机械技 术中而形成新的技术与产品；随着机电一体化技术的进展,以运算 机技术、通信技术和掌握技术为特点的信息技术（即所谓的“3C”技术： Computer、Communication 和 Control Technology）“ 渗 透” 到机械技术中,丰富了机电一体化的含义,现代的机电一体化 不仅仅指机械、电子与信息技术的结合,仍包括光（光学）机电一名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - - - - - 体化、机电气（气压）一体化、机电液（液压）一体化、机电仪（仪器外表）一体化等；最终,机电一体化表达了技术之间相互结 合

16、的学术思想,强调各种技术在机电产品中的相互和谐,以达到系 统总体最优；因此,机电一体化是多种技术学科有机结合的产物,而不是它 们的简洁叠加；机电一体化与机械电气化的主要区分有：电气机 械在设计过程中不考虑或少考虑电器与机械的内在联系,基本上是 依据机械的要求,选用相应的驱动电机或电气传动装置；机械和 电气装置之间界限分明,它们之间的联结以机械联结为主,整个装 置是刚性的；装置所需的掌握是基于电磁学原理的各种电器来实 现,属强电范畴,其主要支撑技术是电工技术；机械工程技术由纯 机械进展到机械电气化,仍属传统机械,主要功能依旧是代替和放 大人的体力；但机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延长,仍是

17、人的感官与头脑的延长,具有“ 智能化” 的特点是机电一体化与机 械电气化在功能上的本质差别；从概念的外延来看,机电一体化包括机电一体化技术和机电一 体化产品两个方面；机电一体化技术是从系统工程的观点动身,将 机械、电子和信息等有关技术有机结合起来,以实现系统或产品整 体最优的综合性技术；机电一体化技术主要包括技术原理和使机电 一体化产品（或系统）得以实现、使用和进展的技术；机电一体化 技术是一个技术群（族）的总称,包括检测传感技术、信息处理技 术、伺服驱动技术、自动掌握技术、机械技术及系统总体技术等；名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 42 页精选学习资料 - - - -

18、 - - - - - 机电一体化产品有时也称为机电一体化系统,它们是两个相近的概 念,通常机电一体化产品指独立存在的机电结合产品,而机电一体 化系统主要指依附于主产品的部件系统,这样的系统实际上也是机 电一体化产品；机电一体化产品是由机械系统（或部件）与电子系 统（或部件）及信息处理单元（硬件和软件）有机结合、而给予了 新功能和新性能的高科技产品；由于在机械本体中“ 溶入” 了电子 技术和信息技术,与纯粹的机械产品相比,机电一体化产品的性能 得到了根本的提高,具有满意人们使用要求的正确功能；现实生活中的机电一体化产品比比皆是；我们日常生活中使用 的全自动洗衣机、空调及全自动照相机,都是典型的机

19、电一体化产 品；在机械制造领域中广泛使用的各种数控机床、工业机器人、三 坐标测量仪及全自动仓储,也是典型的机电一体化产品；而汽车更 是机电一体化技术胜利应用的典范,目前汽车上胜利应用和正在开 发的机电一体化系统达数十种之多,特殊是发动机电子掌握系统、汽车防抱死制动系统、全主动和半主动悬架等机电一体化系统在汽 车上的应用,使得现代汽车的乘坐舒服性、行驶安全性及环保性能 都得到了很大的改善；在农业工程领域,机电一体化技术也在肯定 范畴内得到了应用,如拖拉机自动驾驶系统、悬挂式农具的自动调 节系统、联合收成机工作部件（如脱粒清选装置）的监控系统、温 室环境自动掌握系统等；如今,机电一体化已从原先以机

20、械为主的 领域拓展到目前的汽车、电站、外表、化工、通信、冶金等领域；而且机电一体化产品的概念不再局限在某一详细产品的范畴,如数名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - - - - - 控机床、机器人等,现在已扩大到掌握系统和被掌握系统相结合的 产品制造和过程掌握的大系统,例如柔性制造系统（FMS）、运算机 集成制造系统（ CIMS）以及各种工业过程掌握系统；传统的机械产品主要是解决物质流和能量流的问题,而机 电一体化产品除明白决物质流和能量流外,仍要解决信息流的问 题；如图 2 所示电一体化系统的主要功能就是对输入的物质、能量 与信息（

21、即所谓工业三大要素）依据要求进行处理,输出具有所需 特性的物质、能量与信息；系统的主功能包括三个目的功能：变换（加工、处理）功 能；传递（移动、输送）功能；储存（保持、积蓄、记录）功 能；主功能是系统的主要特点部分,是实现系统目的功能直接必需 的功能,主要是对物质、能量、信息或其相互结合进行变换、传递 和储备；图 2 机电一体化系统的主功能 以物料搬运、加工为主,输入物质（原料、毛坯等）、能量（电能、液能、气能等）和信息（操作及掌握指令等）,经过加工 处理,主要输出转变了位置和外形的物质的系统（或产品）,称为 加工机,如各种机床、交通运输机械、食品加工机械、起重机械、名师归纳总结 - - -

22、- - - -第 12 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - - - - - 纺织机械、印刷机械、轻工机械等；以能量转换为主,输入能量（或物质）和信息,输出不同能量（或物质）的系统（或产品）,称为动力机,其中输出机械能的为 原动机,如电动机、水轮机、内燃机等；以信息处理为主,输入信息和能量,主要输出某种信息（如数 据、图像、文字、声音等）的系统（或产品）,称为信息机,如各 种仪器、外表、传真机以及各种办公机械等；3 所 机电一体化系统除了具备上述必需的主功能外,仍应具备图 示的内部功能；即动力功能、检测功能、掌握功能、构造功能；动 力功能是向系统供应动力、让系统得以运转的功能；检测

23、功能和控 制功能的作用是解决各种信息的猎取、传输、处理和利用,从而能 够依据系统内部信息和外部信息对整个系统进行掌握,使系统正常 运转,实施目的功能；而构造功能就是使构成系统的子系统及元、部件爱护所定的时间和空间上的相互关系所必需的功能；从系统的输入 / 输出来看,除有主功能的输入/ 输出之外,仍需要有动力输入和掌握信息的输人 / 输出；此外,仍有因外部环境引起的干扰输入以 及非目的性输出（如废弃物等）；例如汽车的废气和噪音对外部环 境影响,从系统设计开头就应予以考虑；名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 3 系

24、统的五种内部 从机电一体化系统的功能看,人类是机电一体化系统抱负的参照 物；如图 4（a）所示,构成人体的五大要素分别是头脑、感官（眼、耳、鼻、舌、皮肤）、四肢、内脏及躯干；相应的功能如图 4（b）所示,内脏供应人体所需要的能量（动力）及各种激素,维 持人体活动；头脑处理各种信息并对其它要素实施掌握；感官猎取 外界信息；四肢执行动作；躯干的功能是把人体各要素有机地联系 为一体；通过类比就可发觉,机电一体化系统内部的五大功能与人 体的上述功能几乎是一样的,而实现各功能的相应构成要素如图 4（c）所示；表 1 列出了机电一体化系统构成要素与人体构成要素的 对应关系；因此,一个较完善的机电一体化系统

25、,应包括以下几个基本要 素：机械本体、动力系统、检测传感系统、执行部件、信息处理及 掌握系统,各要素和环节之间通过接口相联系；名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - - - - - 表 1 机电一体化系统构成要素与人体构成要素的对应关系机电一体化系统中机械部分是主体,这不仅是由于机械本体是系 统重要的组成部分,而且系统的主要功能必需由机械装置来完成,否就就不能称其为机电一体化产品；如电子运算机、非指针式电子 表等,其主要功能已由电子器件和电路等完成,机械已退居次要地 位,这类产品应归属于电子产品,而不是机电一体化产品；因此,机械系统是

26、实现机电一体化产品功能的基础,从而对其提出了更高 的要求,需在结构、材料、工艺加工及几何尺寸等方面满意机电一 体化产品高效、牢靠、节能、多功能、小型轻量和美观等要求；除 一般性的机械强度、刚度、精度、体积和重量等指标外,机械系统 技术开发的重点是模块化、标准化和系列化,以便于机械系统的快 速组合和更换；其次,机电一体化的核心是电子技术,电子技术包括微电子技术 和电力电子技术,但重点是微电子技术,特殊是微型运算机或微处 理器；机电一体化需要多种新技术的结合,但首要的是微电子技 术,不和微电子结合的机电产品不能称为机电一体化产品；如非数 控机床,一般均有电动机驱动,但它不是机电一体化产品；除了微

27、电子技术以外,在机电一体化产品中,可依据需要进行一种或多种名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - - - - - 技术相结合；因此,机电一体化是以机械为主体、以微电子技术为核心,强 调各种技术的协同和集成的综合性技术；机电一体化技术和产品的应用范畴特别广泛,涉及到工业生产过 程的全部领域,因此,机电一体化产品的种类很多,而且仍在不断 地增加；依据机电一体化产品的功能,可以将其分成下述几类；1数控机械类 数控机械类主要产品为数控机床、工业机器人、发动机掌握系统和自动洗衣机等；其特点为执行机构是机械装置；2电子设备类 电子设备类主要产品为

28、电火花加工机床、线切割加工机床、超声波缝纫机和激光测量仪等；其特点为执行机构是电子装置；3机电结合类 机电结合类主要产品为自动探伤机、外形识别装置和 CT 扫描 仪、自动售货机等；其特点为执行机构是机械和电子装置的有机结 合；4电液伺服类 电液伺服类主要产品为机电一体化的伺服装置；其特点为执行机构是液压驱动的机械装置,掌握机构是接受电信号的液压伺服阀；5信息掌握类 信息掌握类主要产品为电报机、磁盘储备器、磁带录像机、录音 机以及复印机、传真机等办公自动化设备；其主要特点为执行机构名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - - - - -

29、的动作完全由所接收的信息类掌握；此外,机电一体化产品仍可依据机电技术的结合程度分为功能附 加型、功能替代型和机电融合型三类；按产品的服务对象领域和对 象,可将机电一体化产品分成工业生产类、运输包装类、储存销售 类、社会服务类、家庭日常类、科研仪器类、国防武器类以及其它 用途类等不同的种类；机电一体化技术的进展大体上可分为三个阶段；20 世纪 60 岁月 以前为第一阶段,这一阶段称为初期阶段；在这一时期,人们自觉 或不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能；20 世纪 7080 岁月为其次阶段,可称为蓬勃进展阶段；这一时 期,运算机技术、掌握技术、通信技术的进展,为机电一体化的发 展奠

30、定了技术基础；大规模、超大规模集成电路和微型运算机的迅 猛进展,为机电一体化技术的进展供应了充分的物质基础；20 世纪 90 岁月后期,开头了机电一体化技术向智能化方向迈进 的新阶段,一方面光学、通信技术等进入了机电一体化,微细加工 技术也在机电一体化中崭露头角,显现了光机电一体化和微机电一 体化等新分支；另一方面对机电一体化系统的建模设计、分析和集 成方法,机电一体化的学科体系和进展趋势都进行着深化讨论；我国是从上世纪80 岁月初才开头这方面讨论和应用；国务院成立了机电一体化领导小组并将该技术列为“863 方案” 中；机械工业在制定“ 九五” 规划和2022 年进展纲要时充分考虑了国际上关于

31、名师归纳总结 机电一体化技术的进展动向和由此可能带来的影响；经过20 多年的第 17 页,共 42 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 努力,在航天、国防以及经济建设的一些重大工程带动下,我国已 在机电一体化很多领域跻身于世界先进行列；理论基础 系统论、信息论、掌握论的建立,微电子技术特殊是运算机技 术的迅猛进展,引起了科学技术的又一次革命,诱发了机械工程的 机电一体化；系统论、信息论、掌握论无疑是机电一体化技术的理 论基础,是机电一体化技术的方法论；开展机电一体化技术讨论时,无论在工程的构思、规划、设计 方面,仍是在它的实施或实现方面,都不能只着眼于

32、机械或电子,不能只看到传感器或运算机,而是要用系统的观点,合懂得决信息 流与掌握机制问题,有效地综合各有关技术,才能形成所需要的系 统或产品；机电一体化技术是从系统工程观点动身,应用机械、微电子等 有关技术,使机械、电子有机结合,实现系统或产品整体最优的综 合性技术；小型的生产、加工系统,即使是一台机器,也都是由许 多要素构成的,为了实现其“ 目的功能” ,仍需要从系统角度出 发,不拘泥于机械技术或电子技术,并寄期望于能够使各种功能要 素构成正确结合的柔性技术与方法；机电一体化工程就是这种技术 和方法的统一；机电一体化系统是一个包括物质流、能量流和信息流的系统,有效地利用各种信号所携带的丰富信

33、息资源,就有赖于信号处理和 信息识别技术；考察全部机电一体化产品,就会看到精确的信息获名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - - - - - 取、处理、利用在系统中所起的实质性作用；关键技术 微电子技术、精密机械技术是机电一体化的技术基础；微电子技 术的进步,特殊是微型运算机技术的快速进展,为机电一体化技术 的进步与进展制造了前提；机电一体化产品中的很多重要零部件都 是利用超精密加工技术制造的；就连微电子技术本身的进展也离不开精密机械技术；例如,大规模集成电路（LSI）制造中的微细加工就是精密机械技术的进步成果；因此,精密机械加工技术

34、促进了微 电子技术的不断进展,微电子技术的不断进展又推动了精密机械技 术中加工设备的不断更新；由于机电一体化是一个工程和大系统,进展该技术面临以下共性 的关键技术及其进展：传感检测技术、信息处理技术、伺服驱动技 术、自动掌握技术、接口技术、精密机械技术及系统总体技术等,同时也要受到社会条件、经济基础的重大影响；传感器检测技术 在机电一体化产品中,工作过程的各种参数、工作状态以及与工 作过程有关的相应信息都要通过传感器进行接收,并通过相应的信 号检测装置进行测量,然后送入信息处理装置以及反馈给掌握装 置,以实现产品工作过程的自动掌握；机电一体化产品要求传感器 能快速和精确地猎取信息并且不受外部工

35、作条件和环境的影响,同 时检测装置能不失真地对信息信号进行放大、输送和转换；传感器技术的进展正进入集成化、智能化讨论阶段；把传感器件名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - - - - - 与信号处理电路集成在一个芯片上,就形成了信息型传感器；如再 把微处理器集成到信息型传感器的芯片上,就是所谓的智能型传感 器；大力开展传感器讨论,对于机电一体化技术的进展具有特别重 要的意义；信息处理技术 信息处理技术是指在机电一体化产品工作过程中,与工作过程 各种参数和状态以及自动掌握有关的信息输入、识别、变换、运 算、储备、输出和决策分析等技术；信

36、息处理得是否准时、精确,直接影响机电一体化系统或产品的质量和效率,因而也是机电一体 化的关键技术；在机电一体化产品中,实现信息处理技术的主要工具是运算机；运算机信息处理装置是产品的核心,它掌握和指挥整个机电一体化 产品的运行；信息处理是否正确、准时,直接影响到系统工作的质 量和效率,因此运算机应用及信息处理技术已成为促进机电一体化 技术进展和变革的最活跃的因素；人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术等都属于运算机信 息处理技术；自动掌握技术 自动掌握是在没有人直接参加的情形下,通过掌握器使被控对 象或过程自动地依据预定的规律运行；自动掌握技术的广泛应用,不仅大大提高了劳动生产率和产品质量,改

37、善了劳动条件,而且在 人类战胜大自然、探究新能源、进展空间技术与改善人类物质生活名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - - - - - 等方面起着极为重要的作用；机电一体化将自动掌握作为重要的支 撑技术,自动掌握装置是它的重要组成部分；伺服驱动技术 伺服驱动技术主要是指机电一体化产品中的执行元件和驱动装置 设计中的技术问题,它涉及设备执行操作的技术,对所加工产品的 质量具有直接的影响；机电一体化产品中的执行元件有电动、气动 和液压等类型,其中多采纳电动式执行元件,驱动装置主要是各种 电动机的驱动电源电路,目前多由电力电子器件及集成化的

38、功能电 路构成；执行元件一方面通过接口电路与运算机相联,接受掌握系 统的指令,另一方面通过机械接口与机械传动和执行机构相联,以 实现规定的动作；因此,伺服驱动技术直接影响着机电一体化产品 的功能执行和操作,对产品的动态性能、稳固性能、操作精度和控 制质量等具有打算性的影响；接口技术 机电一体化系统是机械、电子和信息等性能各异的技术融为一 体的综合系统,其构成要素和子系统之间的接口极其重要；从系统 外部看,输入 / 输出是系统与人、环境或其它系统之间的接口；从系 统内部看,机电一体化系统是通过很多接口将各组成要素的输入 / 输 出联系成一体的系统；因此,各要素及各子系统之间的接口性能就 成为综合

39、系统性能好坏的打算性因素；机电一体化系统最重要的设 计任务之一往往就是接口设计；精密机械技术名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - - - - - 精密机械技术是机电一体化的基础,由于机电一体化产品的主 功能和构造功能大都以机械技术为主来得以实现；随着高新技术引 入机械行业,机械技术面临着挑战和变革；在机电一体化产品中,它不再是单一地完成系统间的连接,在系统结构、重量、体积、刚 性与耐用性方面对机电一体化系统有着重要的影响；机电一体化产 品对机械部分零部件的静、动态刚度、热变形等机械性能有更高的 要求；特殊是关键零部件,如导轨、滚珠丝

40、杠、轴承、传动部件等 的材料、精度对机电一体化产品的性能、掌握精度影响极大；在制造过程的机电一体化系统中,经典的机械理论与工艺应借助 于运算机帮助技术,同时采纳人工智能与专家系统等,形成新一代 的机械制造技术；这里原有的机械技术以学问和技能的形式存在,是任何其他技术代替不了的；如运算机帮助工艺规划（CAPP）是目 前 CAD/CAM系统讨论的瓶颈,其关键问题在于如何将广泛存在于各 行业、企业、技术人员中的标准、习惯和体会进行表达和陈述,从 而实现运算机的自动工艺设计与治理；系统总体技术 系统总体技术就是从整体目标动身,用系统的观点和方法,将机 电一体化产品的总体功能分解成如干功能单元,找出能够

41、完成各个 功能的可能技术方案,再把功能与技术方案组合成方案组进行分 析、评判,综合优选出相宜的功能技术方案；系统总体技术是最能 表达机电一体化设计特点的技术,也是保证其产品工作性能和技术 指标得以实现的关键技术；名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - - - - - 在机电一体化产品中,机械、电气和电子是性能、规律截然不同 的物理模型,因而存在匹配上的困难；电气、电子又有强电与弱 电、模拟与数字之分,必定遇到相互干扰与耦合的问题；系统的复 杂性带来的牢靠性问题；产品的小型化增加了状态监测与修理的困 难；多功能化造成诊断技术的多样性等等

42、；因此就要考虑产品整个 寿命周期的总体综合技术；为了开发出具有较强竞争才能的机电一体化产品,系统总体设计除 考虑优化设计外,仍包括牢靠性设计、标准化设计、系列化设计以 及造型设计；机电一体化是集机械、电子、光学、掌握、运算机、信息等多 学科的交叉融合,它的进展和进步依靠并促进相关技术的进展和进 步；因此,机电一体化的主要进展方向如下：1智能化 智能化是 21 世纪机电一体化技术进展的一个重要进展方向；这 里所说的“ 智能化” 是对机器行为的描述,是在掌握理论的基础 上,吸取人工智能、运筹学、运算机科学、心理学、生理学和混沌 动力学等新思想、新方法,模拟人类智能,使它具有判定推理、逻 辑思维、自

43、主决策等才能,以求得到更高的掌握目标；2. 模块化 模块化是一项重要而又艰难的工程；由于机电一体化产品种类和 生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接 口、环境接口的机电一体化产品单元是一项特别复杂但又是特别重名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - - - - - 要的事；如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元,具有 视觉、图像处理、识别和测距等功能的掌握单元,以及各种能完成 典型操作的机械装置；这样,可利用标准单元快速开发出新的产 品,同时也可扩大生产规模；明显,从电气产品的标准化、系列化 带来的好处可以确定

44、,无论是对生产标准机电一体化单元的企业仍 是对生产机电一体化产品的企业,模块化将给机电一体化企业带来 更大的收益；3网络化 20 世纪 90 岁月,运算机技术的突出成就是网络技术；各种网络 将全球经济、生产连成一片,企业间的竞争也全球化；机电一体化 新产品一旦研制出来 , 只要其功能独到,质量牢靠,很快就会畅销全 球；由于网络的普及,基于网络的各种远程掌握和监视技术方兴未 艾,而远程掌握的终端设备本身就是机电一体化产品；现场总线和 局域网技术使家用电器网络化已成大势,利用家庭网络（Home Net）将各种家用电器连接成以运算机为中心的运算机集成家电系统（Computer Integrated Appliance System,CIAS）,使人们在家里充共享受各种高技术带来的便利和欢乐；因此,机电一体化产品 无疑朝着网络化方向进展；4. 微型化 微型化兴起于 20 世纪 80 岁月末,指的是机电一体化向微型机器 和微观领域进展的趋势；国外将其称为微电子机械系统（Micro Electro Mechanical System, MEMS）,或微机电一体化系统,泛名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - - - - -