传感器技术在机电一体化系统中的应用研究.docx

在整个机电一体化系统当中，传感器是非常全要的一个组成部分，可以说是整个系统当中的一个核心装置。传感器的存在可以使机电体化系统能够更加快速，更加准确地获取到各种各样的信息.并且面时着各种兔杂的外部环境，传感器都能够确保机电一体化系统可以正常的运营和发挥。如果机出一体化系统当中缺少了传感器的话，那么就不能够再精准的检测信息，也没有办法维持稳定运行的系统状态，这时的系统将不能够正常的进行。传感器的研究发展状况传感器在世界各国潦行起来，是在20世纪80年代左右开始的，有许多先进的工业国家都开始引入了传感器技术，并且对其进行了研发以及使用，通过进一步研究，进步开发来生产传感器。在当时，传感器技术属丁世界领先的工业技术.传感器以及传感器系统的生产和发展成为了当时的一个工业发展热门行业.现如今，全球的传感器市场的错传总额大约突破了二百亿美元左右。并且全球性的传感器的销传额每年的增长率基本上为80%左右，全球的传感器的产品的品类超过/两万种.传感器的应用领域是非常广泛的，比方说这些传感器类的产品可以应用在金融行业、汽车行业、农业、机械制造行业以及家电行业等等众多行业当中。在八五期间，我国正式把传感罂技术纳入到了国家的重点研发计划当中。并且传感器技术也成为我国一个长期的发展的重点技术.传感器技术在21世纪得到了更加迅速的发展，而21世纪为我们带来了更加先进的科学技术，技术创新突破可以说无处不在，所以说这为传感涔的开发跟发展提供了非常便利的条件。相信传感器技术的不断发展能够更好地促进我国的国民经济的发展。在机电一体化系统中的具体表现传感器技术属于机电一体化系统当中的一个核心技术，现如今在各种自动化产品当中都能够体现出传感器技术的应用。将传感检测技术应用在挖泥船挖泥船的主要工作项目就是完成水下的土石方施工的任务，日常的工作就是需要进行挖深以及清理现有的一些航道或者是港口,也包括去开发一些新的航道或者是运河。如果水卜杷吸管比较大，那么杷吸式挖泥船就很难再挖掘时具体的了解到水下的情况，并I1.也很难把握耙头的位置以及挖泥的深度。我们必须要套优秀的操作显示装置来迸行辅助，从而时杷吸管的工作情况迸行实时的监测.而我们通常将领角传感器应用在整个制吸管工作的过程当中。在帧角传感器的作用F.我们就可以测量出两侧的排气管的水平以及其水卜的深度，包括船舶的倾斜方向。能够进步的得出具体的船体吃水的深度的数据。如果船体的倾斜度超过门收制值的话，那么，能够及时的输出报警信号，让工作人员J'解到具体的情况。将传感检测技术应用在机械加工当中在整个机械加工的切削环节以及机床的运行基本上都会使用到传感技术。在机械加工的切削环节当中，应用传感技术能够有效地提高整个环节的生产效率。在切削环节中使用传感器检测，主要的传感目标就是为了使切削力的水平以及其刀具等发生变化，改变切屑的状态以及切削整个过程的辨识度。比较重要的传感数据包括切削力以及切削过程当中的靛动，包括切削过程当中电机的频率。在机床运行过程中使用传感器，主要的传感目标是包括机床的驱动和温度的监测以及控制，以及推个机床运行的安全性等等。机床运行环节的重要的传感参数主要包括机床因为故障而停机的时间以及机床加工时的功率，和被加工的工作件的表面的粗糙度以及其加工的状态.工件的过程监视技术。相较于刀具以及机床的过程监测来说，工件的过程监测其应用的范围是比较广的，并且在整个学术领域当中也拥有了许多非常有效率的理论研究成果。在工件的过程监测当中，最重要的一个部分就是为r能够控制好工件的加工质量。在20世纪80年代，工件的识别以及安装开始受到了逐渐的亚视.工序识别的主要的工作内容就是要查看所要施行的施工工序和我们已经既定好的加工工序是否政。工件的识别主要是针对于马上要进行加工的机床以及其毛坯有没有达到具体的施工要求，并且对相关的一些需求进行辨识.除此之外，还需要辨识工件安装的位置和工艺要求是否相符。工件的识别还包括对整个加工的毛坯以及其表面的缺陷进行有效的识别。跟工件过程监测比较相近的一种监视手段，就是工艺过程的监视，这主要是针对于毛坯或者是其加工工件的表面是否粗糙，以及其表面的质量跟尺寸进行相关的监视.这些因素会直接影响着工件加工完毕之后的质量以及工件的成品率和产品的生产率。所以说，这些因素开始逐步受到了重视，如果想要圆满的完成上述所说的识别以及监视的话，我们必须要去开发大量的传感器，比方说基于TV的视觉传感器等等。对刀具以及砂轮进行检测跟传感。无论是切削过程还是磨削过程，其主要的作用都是为了切除材料。在切除材料的过程当中，刀具跟砂轮都会发生一定程度的磨损。有时还会出现烧伤或者是崩刃等破坏情况，这就会导致切割的能力以及磨削的能力逐渐下降。因此,所加工的工件很有可能不能够达到加工的精度标准，有时还会破坏加工零件的完整性。这种情况我们聘其视为刀具或者是砂轮失效。根据现有的工具统计，可以表明导致机床因为故障而停机的最主要的原因就是因为刀具出现了失效情况。刀具失效的情况造成的时间可以达到所有的停机时间的1/4左右.除此之外，刀具的失效有可能还会带来人身安全和设备安全等问题。因此，现阶段各个制造领域都开始不断的重视起了刀具以及砂轮的失效监视。尤其是近20年以来，刀具的破损以及磨损监视技术直都处在不断的发展当中.关r刀具以及砂轮的磨损传感法主耍包括直接法、间接法和多感知融合法等等。直接法包括了接触法以及放射线法，间接法包括了扭距法、功率法、电潦法、切削温度等等。多感知融合法主要包括各种传感潜的组合。刀具和砂轮的破损传感法具体分类可以分成两种，一种是直接法，一种是间接法。直接法主要包括光学图像以及接触这两种，而间接法主要包括功率、履动以及超声波等等。汽车自动控制系统中传感技术的具体表现现如今，伴随着时间的不断发展，科学技术也有了相应的突破，传感涔技术通过不断的研究也实现了不断的突破，可以结合其他现在技术共同应用，将传感器技术应用在汽车行业当中，有效地促进/汽车工业的发展.在汽车的机电一体化系统当中，使用自动控制系统代替了传统的机械式的控制系统。除了可以把其应用在汽车发动机上面，还可以应用在改善汽车其他性能方面能够有效地帮助汽车降低油耗，还可以实现汽乍的节能诚排，能够实现在运行的过程当中的安全性，并且也比较方便操作.现如今在汽车的整体车身上面基本上都涵盖了先进的检测技术以及控制技术。在汽车的重点控制系统当中使用了大量的传感涔装置，比方说在曲轴位置，我们使用了压力传感器，包括些其他的部位的传感器，比方说气敏传感器以及吸气或者是冷却水温度传感罂等等.我国传感器技术的未来发展趋势从20世纪80年代开始，我国开始不断对传感器技术进行研究。主要的研究地点以研究所或者是大学为生。我国对于传感器的技术研究相较于西方国家来说，仍然有者一定的差距.具体的差距可以表现为四点，第一点就是西方国家的计算以及设计方式是比较领先的。第二点，西方国家的微机械加工技术和设备都比我国要领先，第三点是其封装技术和设备比较领先，第四点是其优越的技术研究更加的深入，因此我国在发展的过程当中，除了要注重研究以外，还应该从西方发达国家引进一些先进的设备来提高整体的技术水平.传感器未来的发展主要是围绕着以下几个方面进行的：新型敏感材料的研发在发展的过程当中，应该注重结合生物化学，光电了等学科。这样有利于实现技术的综合利用，可以研制出新型的敏感材料所制作出来的传感器.高精度研发方向随着科学技术的不断更新换代，我们可以在研究传感涔的时候向更灵敏、更加精确度高的方向发展，这样有利于传感罂的反应速度的增强。宽温度范围，高可靠性方向在传感器的研究过程当中，其温度范围一直都是难以攻破的一个难点。当前大多数的传感涔，其工作时的温度范围都在零卜2()C到70t。军用系统的传感器所需要的使用温度是零下40C到85C。工业当中的传感器的需求是零下20到120C航天用的温度范围一般为80C以下200C以上。传感器在使用过程当中，其可靠性直接决定着电子设备的运行效率以及抗干扰的能力，因此必须要提高其可辨性。综上所述，现如今，我们已经迈入了个科学技术不断突破.不断发展的阶段当中，因此传感器技术也会不断的突破和创新.把传感器技术跟机电一体化技术互相融合起来，能够有效的实现机电一体化系统的不断的提升。附参考资料：传感落在机电一体化中的应用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。、传感器的研究现状与发展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，电了信息种类日益繁多，信息传递速度日益加快，信息处理能力日益增强，相应的信息采集一一传感技术也将日益发展，传感器也将无所不在从20世纪80年代起，逐步在世界范用内掀起一股“传感器热”，各先进工业国都极为重视传感技术和传感潺研究、开发和牛产。传感技术已成为重要的现代科技领域，传感罂及其系统生产已成为垂要的新兴行业。二、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）发屣的盎要技术之一，广泛应用于各种自动化产品之中：1机器人用传感潜工业机器人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，包括：其自身状态信息的获取通过内部传感器（位置、位移、速度、加速度等）来完成，操作对象与外部环境的感知通过外部传感罂来实现，这个过程非常重要，足以为机罂人控制提供反馈信息。2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11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耶动系统、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员和表面缺陷。完成这些识别与监视将采用或开发许多传感器，如基TTV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。刀具与砂轮磨损到定限度（按磨钝标准判定）或出现破损（破损、崩刃、烧伤、鳖变或卷刀的总称），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类机床的总停机时间的1/5/3.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.在其所有盎点控制系统中，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。三、我国传感罂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、自动调节的关钺环节，也是机电一体化系统不可缺少的关健技术之一，其水平高低在很大程度上影响和决定若系统的功能;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特换成易于传送和处理的信号，我们所需要的川丁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)可兆性技术研窕等方面。因此，必须加强技术研究和引进先进设备，以提卷整体水平.传感器技术今后的发展方向可有几方面：1、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，可望研制出批基于新型敏感材料的先进传感器。2、向高精度发展：研制出灵敏度高、精确腰高、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罪性。3、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。4、向微功耗及无源化发展：传感器一般都是非电量向电量的转化，工作时离不开电源，开发微功耗的传感落及无源传感罂是必然的发展方向。5、向智能化数字化发展：陋着现代化的发展，传感器的功能已突破传统的功能，其输出不再是一个单一的模拟信号(如O-IOmV),而是经过微电脑处理好后的数字信号，有点甚至带有控制功能，即智能传感器。传感潺技术在机电技术中的应用传感器在机电技术中起着重要的作用,它是机电系统的关键,相当于人体内的感觉器官,主要用来快速精确的获取信息,它是机电技术达到高水平的保障.如果传感器出现了问题,那么机电系统的控制决策,信息处理等方面的功能符不能够有效的实现,由此看来传感涔在机电系统中起着不可或缺的作用。、关于传感器传感器检测装置，其可以被测是感测信息，并能够!觉到按照一定的规则的测量信息，或者其他形式的电信号转换成输出信息，传递信息，以满足处理，存储，显示，控制，等等，它是实现自动检测和自动控制的首要环节。近年来，全球逐渐掀起了传感错热潮，许多先进的工业国家都十分重视利用传感器。机电传感器可以探测物体，如操作系统本身，可以有效控制的机械和电气系统的操作。二、传感器的研究现状与发展传感器的质量现代计算机测试和控制系统的核心被越来越广泛地应用于各个行业。在技术发展的现况，传感器网络具有巨大的应用前兔，被认为是21世纪将产生技术的巨大影响之一。许多不同类型的传感器已被用丁各种领域，现有和潜在的传感器的应用包括：机械加工，环境监测，航空航天，电力,冶金，化工，医疗，建筑物监测，并依此类推。随着传感器技术，无线通信技术，计算机技术和各种传感器网络的改进的不断发展将遍布我们的生活环境。三、传感器在机电技术中的地位让机械系统具有完善的信息采集和处理功能是机电技术的一个显著的特征.实现机电一体化可以取代人对机械的大部分控制功能。人兼感官获取相应的信期将传感器应用到机电技术当中,它可以取代甚至延伸人的感官,从而做到敏锐的操控系统.传感器俗称“探头”,它的核心变换部件称之为“敏感元件传感器可以帮助机电技术获取外部信息,它能够采集控制系统和环境信息,并且能鲂将这些信息进行有效的转换。还可以为控制系统提供分析,判断和决策的能力,他是机械闭环控制系统中的重要环节,对于系统性能的优劣起着重要的作用。头脑发达四肢迟钝则无法协调的工作,对于机器也是一样。当今这个时代,信息技术大爆炸.微电子计.算机技术日益壮大,在这种环境卜.如果想要更加完善机电技术.就需要有足够灵敏可考的传感器与之相配合。避免由于传感罂的误差较大，引起系统出现不严密的现象.为了进一步提裔机电一体化的表现,然后提高传感器的形成是首要问题,“现在，作为一个微电脑控制技术为核心取得了显著的发展，相反，关于传感器技术相对落后，“这将导致因缺乏传感器的灵敏度，以先进的机械和控制系统，并没有收到预期的效果，”该传感器在机械和电气系统的一个非常重要的地位，它是实现机电一体化的关键是实现机电一体化的保障。四、传感器在机电技术中的应用传感罂是80年代以来,国内外迅速发展起来的项高科技产品,传感器与整机系统结合起来,就可以其准确、及时获取并发送信息的作用,可以有效的解决信息处理飞速发展与读取信息落后两者之间的矛盾。它是现代科技的歪要组成部分,是对信息捕捉的重要手段,随著时代的发展.传感器被越来越广泛的应用到了机电技术当中.并广泛的运用到了各种自动化产品之中。1、汽车自控系统的传感技术当代汽车工业的发展,己经将传感技术充分的运用到了汽车工业当中,这使汽车行业进入了一个全新的时期。当代汽车要求自动控制系统取代纯机械的操控部件,大大的提高了发动机的使用性能.增加了汽乍的人性化服务.仃利于减少环境污染,降低汽车的耗油,更为安全驾驶提供r可靠性和便利性。目前,这种先进的检测和控制技术己经逐步的应用到了汽车的全身。并且在其玳点的控制系统中.加入了曲轴位置传感涔.吸气传感器以及冷却水温传感馔等各种传感装置。2、传感器在机器人身上的应用随若科技的逐渐进步,机器人己经逐渐成为我们重要的工作和生活帮手，它起着从上个世纪在工作和生活中，机器人传感技术非常应要的作用在七十年代开发的，该传感器是专门用于人类的机器人技术的新型传感涔传输。虽然传感器的般原则基本相同，但它也有其自身的特殊性，它的种类更高的传感器信息处理要求和智能化,取决于机器人传感器检测到物体时，传感器可分为内部和外部的传感器。该传感器是用来检测机器人本身的传感耦的内部状态，以检测多传感器的位置和角度。外部传感器，用于检测环境中的机器人。具体而言，物体识别传感器，物体检测传感器，接近传感器，距离传感器，力传感罂，传感罂等必须听取，其包括个主要视觉传感器，一个是图像采桀，图像处理,图像是理解“在这些年来，图像理解技术还比较落后一点。在安装现场力传感器来讲，可分为关节力传感蹲，力传感器手腕和手指的传感器。作为补充视觉触觉表面性能和可感测对象物的物理特性。研究方法的传感器，目的是使该机器人以获得所需的化合物中的移动的操作的接近或移动机器人，以避开障碍物来实现的，因为机器人的动作速度，以避免造成的影响目标。听觉传感器可分为两种类型，一种是特别收听人的语音识别系统系统。3、机械加工过程的传感检测技术关r切削过程和机器操作的传感技术，在切割过程的目的是优化传感器检测到生产效率和降低成本的过程。它是用于机器的运行，主要检测驱动系统中，轴承系统，旋转系统等等，而且对温度的检测和控制进行有效的干预。监测和工件上的感测的过程的研究，该方法是在第工件的大多数的应用中，通常工件的质反控制为目标.通常，这主要是识别当前正在执行的识别处理步骤是加工工件的工序不是必需的步骤：确定工件的识别处理的是一个工件要加工不工件的要求。此外，您还可以利用工作的识别和监控传感和加工工件安装工件的表面缺陷。传感器上的刀具，切削和研磨的过程是重要的材料的加工中，当刀具和车轮损坏到一定程度，就会失去其应有的切割或研磨效果，或者甚至会导致人身安全事故.因此，传感工具也是非常必要的.五、传感器机电技术中的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者系统的功能；其水平越爵.系统的自动化程度就越高。传感器在科学技术领域、工农业生产以及日常生活中发挥着越来越重要的作用。更高的自动化要求是传感器技术发展的动力。科学水平的提高为传感器的发展提供了条件。传感活技术今后的发展方向主要有以下几个方面：I、采用新技术、新材料:传感器工作的将本原理是建立在人们不断探索与发展各种新的物理现软、化学效应和生物效应以及具有特殊物理、化学特性的功能材料的基础Jt.因此，发现与应用新的现象、反应、材料与研制新颖的特性与功能的材料是现代传感器的重要基础.2、微型化发展:目前的微机械加工技术已获得高速发展，有氧化、光刻、扩散、沉枳等传统的微电子技术，还发展了平面电子工艺技术、各向异性腐蚀、固相键台工艺和机械分断技术等新型微加工技术，都为新的微型传感器的研制开发提供r良好的条件“3、集成化发展:集成传感器是新型传感器至要的发展方向之一。具有体积小、重量轻、可靠性高、响应速度快、稳定等特点，而且便于批量生产，成本较低。4、数字化、多功能化和智能化发展:随着现代化的发展,传感器的功能已突破传统的功能,其输出不再是一个单一的模拟信号（如OdOmV）,而是经过微电脑处理好后的数字信号,有点甚至带有控制功能,即智能传感器。结语：随着机电体化技术的发展，各种产品和设备已经实现机电体化，这表明中国的机械及电气技术也正在开发中在使用中的机械和电气技术的传感器也是非常全要的，因此提高传感器的性能在我国来说是至关全要的。参考资料：于彤.传感器原理及应用M.北京：机械工业出版社.2014年2刘伟.传感器实训教程M.南京:东南大学出版社.2014年王芳芝.传感器应用技术M北京.西北工业大学出版社.2014年