畢業(yè)論文----傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用及發(fā)展的研究

1、<p><b>　　畢 業(yè) 論 文</b></p><p>　　題 目：傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用及發(fā)展的研究</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　作為機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，在將來(lái)工作學(xué)習(xí)中都會(huì)以機(jī)電為主，所以必須對(duì)機(jī)電專(zhuān)業(yè)的相關(guān)知識(shí)有所了解，然而傳感器在機(jī)電一體化中占據(jù)了很重要

2、的地位。它是檢測(cè)中首先感受被測(cè)量、并將它轉(zhuǎn)換成與被測(cè)量有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的電量器件，它是檢測(cè)和控制系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部分。機(jī)電一體化是在機(jī)械的主功能、動(dòng)力功能、信息功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱(chēng)。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中,傳感器處在系統(tǒng)之首,其作用相當(dāng)于系統(tǒng)感受器官,能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受?chē)?yán)酷環(huán)境考驗(yàn),是機(jī)電一體化系統(tǒng)達(dá)到高水平的保證。如果缺少這些傳感器對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)和信息精確而可靠的自動(dòng)

3、檢測(cè),系統(tǒng)的信息處理、控制決策等功能就無(wú)法談及和實(shí)現(xiàn)。傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，是機(jī)電產(chǎn)品中是必不可少的器件之一。本文簡(jiǎn)述了傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的作用及其地位，也講述了在機(jī)電一體化中常見(jiàn)的傳感器類(lèi)型、特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)及用途等，還介紹了在機(jī)電一體化中傳感器的選擇指標(biāo)以及傳感器在以后的發(fā)展方向和未來(lái)發(fā)展前景。</p><p>　　關(guān)鍵詞：傳感器 機(jī)電一體化系統(tǒng) 傳感器技術(shù) 應(yīng)用領(lǐng)域</p&

4、gt;<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)............................4</p><p>　　（一）、傳感器的定義和組成...................................4　?。ǘ?、傳感器的分類(lèi)...................................

5、......... ...6</p><p>　?。ㄈ?、常用傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、及用途.................6</p><p>　　二、機(jī)電一體化系統(tǒng)...................................9</p><p>　　三、如何為機(jī)電一體化系統(tǒng)選擇傳感器（舉例說(shuō)明）.....................12</p>

6、<p>　　(一)、傳感器——機(jī)電一體化系統(tǒng)之首.....................12</p><p>　　（二）、如何選擇傳感器...............................................13</p><p>　　（三）、霍爾式傳感器的結(jié)構(gòu)、表現(xiàn)形式及應(yīng)用........................15</p>&

7、lt;p>　　四、機(jī)電一體化系統(tǒng)中傳感器的發(fā)展方向及未來(lái)發(fā)展前景............17</p><p>　?。ㄒ唬?、我國(guó)傳感技術(shù)的發(fā)展方向及若干問(wèn)題................17</p><p>　?。ǘ⑽覈?guó)傳感器技術(shù)今后的發(fā)展方向.....................................19</p><p>　　五、結(jié)束語(yǔ)..

8、....................................21六、致謝..........................................22</p><p>　　七、參考文獻(xiàn)...................................22</p><p>　　一、傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)</p><p>　?。ㄒ唬鞲衅鞯亩x和

9、組成</p><p>　　信息處理技術(shù)取得的進(jìn)展以及微處理器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，都需要在傳感器的開(kāi)發(fā)方面有相應(yīng)的進(jìn)展。微處理器現(xiàn)在已經(jīng)在測(cè)量和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著這些系統(tǒng)能力的增強(qiáng)，作為信息采集系統(tǒng)的前端單元，傳感器的作用越來(lái)越重要。傳感器已成為自動(dòng)化系統(tǒng)和機(jī)器人技術(shù)中的關(guān)鍵部件，作為系統(tǒng)中的一個(gè)結(jié)構(gòu)組成，其重要性變得越來(lái)越明顯。 </p><p>　　最廣義地來(lái)說(shuō)，傳感器

10、是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號(hào)的器件。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC:InternationalElectrotechnicalCommittee)的定義為：“傳感器是測(cè)量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測(cè)量的信號(hào)”。按照Gopel等的說(shuō)法是：“傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件”[4]，而“傳感器系統(tǒng)則是組合有某種信息處理(模擬或數(shù)字)能力的傳感器”。傳感器是傳感器系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，它是被測(cè)量信號(hào)輸入的第一道

11、關(guān)卡。</p><p>　　傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、信號(hào)調(diào)節(jié)電路和其他輔助電路組成。如圖2所示。</p><p>　　圖2 傳感器構(gòu)成框圖</p><p>　　一般進(jìn)入傳感器的信號(hào)幅度是很小的，而且還會(huì)混雜有干擾信號(hào)和噪聲。為了方便隨后的處理過(guò)程，首先要將信號(hào)整形成具有最佳特性的波形，有時(shí)還需要將信號(hào)線(xiàn)性化，此項(xiàng)工作是由放大器、濾波器以及其他一些模擬電路完成的

12、。在某些情況下，這些電路的一部分是和傳感器部件直接相鄰的。成形后的信號(hào)隨后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并輸入到微處理器。</p><p>　　傳感器系統(tǒng)的性能主要取決于傳感器，傳感器把某種形式的能量轉(zhuǎn)換成另一種形式的能量。有兩類(lèi)傳感器：有源傳感器和無(wú)源傳感器。有源傳感器能將一種能量形式直接轉(zhuǎn)變成另一種，不需要外接的能源或激勵(lì)源。而無(wú)源傳感器不能直接轉(zhuǎn)換能量形式，但它能控制從另一輸入端輸入的能量或激勵(lì)能。 </p>

13、<p>　　傳感器承擔(dān)著將某個(gè)對(duì)象或過(guò)程的特定特性轉(zhuǎn)換成數(shù)量的工作。其“對(duì)象”可以是固體、液體或氣體，而它們的狀態(tài)可以是靜態(tài)的，也可以是動(dòng)態(tài)(即過(guò)程)的。對(duì)象特性被轉(zhuǎn)換量化后可以通過(guò)多種方式進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)象的特性可以是物理性質(zhì)的，也可以是化學(xué)性質(zhì)的。按照其工作原理，傳感器將對(duì)象特性或狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)換成可測(cè)定的電學(xué)量，然后將此電信號(hào)分離出來(lái)，送入傳感器系統(tǒng)加以評(píng)測(cè)或標(biāo)示。</p><p>　?。ǘ?、傳感器

14、的分類(lèi)</p><p>　　傳感器可以從不同角度進(jìn)行分類(lèi)：</p><p>　　1、按被測(cè)量的屬性分類(lèi)：可分為位移、速度、加速器、力、壓力、流量、溫度等傳感器。</p><p>　　2、按傳感器的工作原理分類(lèi)：可分為電阻式、電感式、電容式、壓電式、磁電式、激光式、光電式等傳感器。</p><p>　　3、按信號(hào)轉(zhuǎn)換特征分類(lèi)：可分為結(jié)構(gòu)型傳感器

15、、物性型傳感器。結(jié)構(gòu)型傳感器是被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成敏感元件結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化而工作的（如電容、電感傳感器等），物性型傳感器則是利用敏感元件材料的物理性質(zhì)的某一特點(diǎn)而工作的（如壓電、磁電、光電傳感器等）。 </p><p>　　4、按傳感器輸出參量的狀態(tài)分類(lèi):可分為模擬傳感器、數(shù)字傳感器。</p><p>　　5、按工作時(shí)是否需要外部能源分類(lèi)：可分為參量型傳感器、發(fā)典型

16、傳感器。參量型傳感器（也稱(chēng)為無(wú)源傳感器、能量控制型傳感器）必須借助與外加能源才能產(chǎn)生輸出信號(hào)（如電容、電感傳感器等），發(fā)電型傳感器（也稱(chēng)為有源傳感器、能量轉(zhuǎn)換型傳感器）則在感受被測(cè)量時(shí)自身產(chǎn)生具有能量的信號(hào)（如壓電、磁電傳感器等）。</p><p>　?。ㄈ⒊Ｓ脗鞲衅鞯慕Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)及用途.</p><p>　　隨著材料科學(xué)的發(fā)展，物理型傳感器將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。電阻應(yīng)變式、電感式、電容

17、式、壓電式等傳感器是測(cè)量工作中使用最多的傳感器，他們的工作原理簡(jiǎn)單，測(cè)量轉(zhuǎn)化電路也基本固定，應(yīng)用技術(shù)比較成熟，下面就此幾種常用的傳感器進(jìn)行一下分析，首先我們必須了解他們的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)以及在生活中的用途。</p><p>　　1、電阻應(yīng)變式傳感器</p><p>　　電阻應(yīng)式變傳感器具有悠久的歷史，是應(yīng)用最廣泛的傳感器之一。電阻應(yīng)變式傳感式是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變?yōu)殡娮枳兓膫鞲衅鳌?lt;/p

18、><p><b>　　應(yīng)變式傳感器特征：</b></p><p>　　不同材料類(lèi)型：金屬應(yīng)變片、半導(dǎo)體應(yīng)變片</p><p>　　應(yīng)變范圍：應(yīng)變力、壓力、轉(zhuǎn)矩、位移、加速度。</p><p>　　主要優(yōu)點(diǎn)：使用簡(jiǎn)單、精度高、范圍大、體積小。</p><p><b>　　2、電感式傳感器<

19、;/b></p><p>　　電感式傳感器 ：是利用電磁感應(yīng)把被測(cè)的物理量如位移，壓力，流量，振動(dòng)等轉(zhuǎn)換成線(xiàn)圈的自感系數(shù)和互感系數(shù)的變化，再由電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出，實(shí)現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　電感式傳感器具有以下特點(diǎn)： </p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳感器無(wú)活動(dòng)電觸點(diǎn)，因此工作可靠壽命長(zhǎng)。 </p><

20、p>　?。?）靈敏度和分辨力高，能測(cè)出0.01微米的位移變化。傳感器的輸出信號(hào)強(qiáng)，電壓靈敏度一般每毫米的位移可達(dá)數(shù)百毫伏的輸出。 </p><p>　?。?）線(xiàn)性度和重復(fù)性都比較好，在一定位移范圍（幾十微米至數(shù)毫米）內(nèi)，傳感器非線(xiàn)性誤差可達(dá)0.05%~0.1%。同時(shí)，這種傳感器能實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)距離傳輸、記錄、顯示和控制，它在工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中廣泛被采用。但不足的是，它有頻率響應(yīng)較低，不宜快速動(dòng)態(tài)測(cè)控等缺點(diǎn)。

21、</p><p>　　電感式傳感器種類(lèi)很多，常見(jiàn)的有自感式，互感式和渦流式三種。電感式傳感器主要用于位移測(cè)量和可以轉(zhuǎn)換成位移變化的機(jī)械量（如力、張力、壓力、壓差、加速度、振動(dòng)、應(yīng)變、流量、厚度、液位、比重、轉(zhuǎn)矩等）的測(cè)量。</p><p><b>　　3、電容式傳感器</b></p><p>　　把被測(cè)的機(jī)械量，如位移、壓力等轉(zhuǎn)換為電容量變化的

22、傳感器。它的敏感部分就是具有可變參數(shù)的電容器。其最常用的形式是由兩個(gè)平行電極組成、極間以空氣為介質(zhì)的電容器。電容式傳感器可分為極距變化型、面積變化型、介質(zhì)變化型三類(lèi)。極距變化型一般用來(lái)測(cè)量微小的線(xiàn)位移或由于力、壓力、振動(dòng)等引起的極距變化。面積變化型一般用于測(cè)量角位移或較大的線(xiàn)位移。介質(zhì)變化型常用于物位測(cè)量和各種介質(zhì)的溫度、密度、濕度的測(cè)定。</p><p>　　電容器傳感器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,價(jià)格便宜，靈敏度高,過(guò)

23、載能力強(qiáng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好和對(duì)高溫、輻射、強(qiáng)振等惡劣條件的適應(yīng)性強(qiáng)等。缺點(diǎn)是輸出有非線(xiàn)性，寄生電容和分布電容對(duì)靈敏度和測(cè)量精度的影響較大，以及聯(lián)接電路較復(fù)雜等。70年代末以來(lái),隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了與微型測(cè)量?jī)x表封裝在一起的電容式傳感器。這種新型的傳感器能使分布電容的影響大為減小，使其固有的缺點(diǎn)得到克服。電容式傳感器是一種用途極廣，很具發(fā)展?jié)摿Φ膫鞲衅鳌?lt;/p><p><b>　　4、壓電式傳感

24、器</b></p><p>　　壓電式傳感器是一種自發(fā)電式和機(jī)電轉(zhuǎn)換式傳感器。它的敏感元件由壓電材料制成。壓電材料受力后表面產(chǎn)生電荷。此電荷經(jīng)電荷放大器和測(cè)量電路放大和變換阻抗后就成為正比于所受外力的電量輸出。壓電式傳感器用于測(cè)量力和能變換為力的非電物理量，如壓力、加速度等(見(jiàn)壓電式壓力傳感器、加速度計(jì))。</p><p>　　它的優(yōu)點(diǎn)是頻帶寬、靈敏度高、信噪比高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工

25、作可靠和重量輕等。缺點(diǎn)是某些壓電材料需要防潮措施，而且輸出的直流響應(yīng)差，需要采用高輸入阻抗電路或電荷放大器來(lái)克服這一缺陷。配套儀表和低噪聲、小電容、高絕緣電阻電纜的出現(xiàn)，使壓電傳感器的使用更為方便。它廣泛應(yīng)用于工程力學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、電聲學(xué)等技術(shù)領(lǐng)域。</p><p>　　傳感器在生活中應(yīng)用很廣泛，不只是以上幾種傳感器在生活中有應(yīng)用，還有很多很多，例如：霍爾式傳感器、熱電偶傳感器等等。</p><

26、p><b>　　二、機(jī)電一體化系統(tǒng)</b></p><p>　　機(jī)電一體化又稱(chēng)機(jī)械電子學(xué)，英文稱(chēng)為Mechatronics，它是由英文機(jī)械學(xué)Mechanics 的前半部分與電子學(xué)Electronics 的后半部分組合而成。機(jī)電一體化最早出現(xiàn)在1971年日本《機(jī)械設(shè)計(jì)》雜志的副刊上，隨著機(jī)電一體化技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)電一體化的概念被人們廣泛接受和普遍使用。1996年出版的WEBSTER大詞

27、典收錄了這個(gè)日本造的英文單詞，這不僅意味著 “Mechatronics”這個(gè)單詞得到了世界各國(guó)學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的認(rèn)可，而且還意味著“機(jī)電一體化”的哲理和思想為世人所接受。</p><p>　　圖1機(jī)體化與其他學(xué)科的關(guān)系</p><p>　　到目前為止，就機(jī)電一體化這一概念的內(nèi)涵國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界還沒(méi)有一個(gè)完全統(tǒng)一的表述。目前，較普遍的提法是“日本機(jī)械振興協(xié)會(huì)經(jīng)濟(jì)研究所”于1981年的解釋?zhuān)骸皺C(jī)電一

28、體化是在機(jī)械主功能、動(dòng)力功能、信息功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱(chēng)”。機(jī)電一體化是以機(jī)械學(xué)、電子學(xué)和信息科學(xué)為主的多門(mén)技術(shù)學(xué)科在機(jī)電產(chǎn)品發(fā)展過(guò)程中相互交叉、相互滲透而形成的一門(mén)新興邊緣性技術(shù)學(xué)科。這里面包含了三重含義：首先，機(jī)電一體化是機(jī)械學(xué)、電子學(xué)與信息科學(xué)等學(xué)科相互融合而形成的學(xué)科。圖1形地表達(dá)了機(jī)電一體化與機(jī)械學(xué)、電子學(xué)和信息科學(xué)之間的相互關(guān)系；其次，機(jī)電一體化是一個(gè)發(fā)展中的

29、概念，早期的機(jī)電一體化就像其字面所表述的那樣，主要強(qiáng)調(diào)機(jī)械與電子的結(jié)合，即將電子技術(shù)“溶入”到機(jī)械技術(shù)中而形成新的技術(shù)與產(chǎn)品。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，以計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)為特征的信息技術(shù)（即所謂的“3C”技術(shù)：Computer、Communication和 Control Technology）“滲透”到機(jī)械技術(shù)中，豐富了機(jī)電一體化的含義，現(xiàn)代的機(jī)電一體化不僅僅指機(jī)械、電子與信息技術(shù)的結(jié)合</p><p

30、>　　因此，機(jī)電一體化是多種技術(shù)學(xué)科有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物，而不是它們的簡(jiǎn)單疊加。機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化的主要區(qū)別有：①電氣機(jī)械在設(shè)計(jì)過(guò)程中不考慮或少考慮電器與機(jī)械的內(nèi)在聯(lián)系，基本上是根據(jù)機(jī)械的要求，選用相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)或電氣傳動(dòng)裝置；②機(jī)械和電氣裝置之間界限分明，它們之間的聯(lián)結(jié)以機(jī)械聯(lián)結(jié)為主，整個(gè)裝置是剛性的；③裝置所需的控制是基于電磁學(xué)原理的各種電器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，屬于強(qiáng)電范疇，其主要支撐技術(shù)是電工技術(shù)。機(jī)械工程技術(shù)由純機(jī)械發(fā)展到機(jī)械電氣化，

31、仍屬傳統(tǒng)機(jī)械，主要功能依然是代替和放大人的體力。但機(jī)電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的延伸，具有“智能化”的特征是機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化在功能上的本質(zhì)差別。</p><p>　　從概念的外延來(lái)看，機(jī)電一體化包括機(jī)電一體化技術(shù)和機(jī)電一體化產(chǎn)品兩個(gè)方面。機(jī)電一體化技術(shù)是從系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)出發(fā)，將機(jī)械、電子和信息等有關(guān)技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)或產(chǎn)品整體最優(yōu)的綜合性技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)主要包括技

32、術(shù)原理和使機(jī)電一體化產(chǎn)品（或系統(tǒng)）得以實(shí)現(xiàn)、使用和發(fā)展的技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)是一個(gè)技術(shù)群（族）的總稱(chēng)，包括檢測(cè)傳感技術(shù)、信息處理技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、機(jī)械技術(shù)及系統(tǒng)總體技術(shù)等。機(jī)電一體化產(chǎn)品有時(shí)也稱(chēng)為機(jī)電一體化系統(tǒng)，它們是兩個(gè)相近的概念，通常機(jī)電一體化產(chǎn)品指獨(dú)立存在的機(jī)電結(jié)合產(chǎn)品，而機(jī)電一體化系統(tǒng)主要指依附于主產(chǎn)品的部件系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)實(shí)際上也是機(jī)電一體化產(chǎn)品。機(jī)電一體化產(chǎn)品是由機(jī)械系統(tǒng)（或部件）與電子系統(tǒng)（或部件）及信息處

33、理單元（硬件和軟件）有機(jī)結(jié)合、而賦予了新功能和新性能的高科技產(chǎn)品。由于在機(jī)械本體中“溶入”了電子技術(shù)和信息技術(shù)，與純粹的機(jī)械產(chǎn)品相比，機(jī)電一體化產(chǎn)品的性能得到了根本的提高，具有滿(mǎn)足人們使用要求的最佳功能。在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，工作過(guò)程的各種參數(shù)、工作狀態(tài)以及與工作過(guò)程有關(guān)的相應(yīng)信息都要通過(guò)傳感器進(jìn)行接收，并通過(guò)相應(yīng)的信號(hào)檢測(cè)裝置進(jìn)行測(cè)量，然后送入</p><p>　　傳感器技術(shù)的發(fā)展正進(jìn)入集成化、智能化研究階段。把

34、傳感器件與信號(hào)處理電路集成在一個(gè)芯片上，就形成了信息型傳感器；若再把微處理器集成到信息型傳感器的芯片上，就是所謂的智能型傳感器。大力開(kāi)展傳感器研究，對(duì)于機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展具有十分重要的意義。</p><p>　　三、如何為機(jī)電一體化系統(tǒng)選擇傳感器（舉例說(shuō)明）</p><p>　　（一）傳感器——機(jī)電一體化系統(tǒng)之首</p><p>　　一個(gè)典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框

35、圖如圖3所示。</p><p>　　圖3 機(jī)電一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　從這個(gè)方框圖中可以看到，其中有一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)就是測(cè)量模塊。測(cè)量模塊涉及采集有關(guān)系統(tǒng)狀態(tài)和行為的信息，由傳感器、調(diào)理電路、變換電路等組成。其輸入?yún)?shù)是確定機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊性能的物理參數(shù)，例如，強(qiáng)壓、壓力、位移、速度、力（力矩）以及變形等。輸出參數(shù)是被測(cè)量的特征參數(shù)，如電壓、電流、相位、頻率等。系統(tǒng)對(duì)測(cè)量模塊

36、的要求，就是不失真地反映被測(cè)量物理參數(shù)的時(shí)間變化曲線(xiàn)。這里包含了分辨率、精度、線(xiàn)性范圍、動(dòng)態(tài)響應(yīng)等一系列技術(shù)指標(biāo)[5]。</p><p>　　由此可見(jiàn)，在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，傳感器處于系統(tǒng)之首，其作用相當(dāng)于系統(tǒng)的感受器官，它能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受?chē)?yán)酷環(huán)境的考驗(yàn)，是機(jī)電一體化系統(tǒng)達(dá)到高水平的保證。如果缺少這些傳感器對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)和對(duì)象信息精確而可靠的自動(dòng)檢測(cè)，那么系統(tǒng)的信息處理、控制決策等功能就無(wú)法談及和實(shí)現(xiàn)。&

37、lt;/p><p>　　（二）如何選擇傳感器</p><p>　　選擇傳感器主要考慮傳感器的類(lèi)型、靈敏度、頻率響應(yīng)特性、線(xiàn)性范圍、可靠性與穩(wěn)定性、精度、工作方式等幾個(gè)方面的因素。</p><p><b>　　1、傳感器類(lèi)型</b></p><p>　　為實(shí)現(xiàn)對(duì)某一參數(shù)的測(cè)試，可供選用的傳感器類(lèi)型可能會(huì)有很多。不同類(lèi)型的傳感器

38、在原理、測(cè)量方式、信號(hào)輸出方式、精度、動(dòng)態(tài)特性等諸多方面有著很大的差異。例如，測(cè)試機(jī)床主軸的振動(dòng)時(shí)，可以選用電容式位移傳感器，而用電感式位移傳感器則無(wú)法滿(mǎn)足要求。 </p><p><b>　　2、靈敏度</b></p><p>　　一般來(lái)說(shuō)，傳感器的靈敏度越高越好，因?yàn)殪`敏度高的傳感器所能感受的最小被測(cè)參數(shù)變化小，當(dāng)被測(cè)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，傳感器將會(huì)產(chǎn)生較大的輸出變化。

39、但應(yīng)注意：</p><p>　　靈敏度越高，外部干擾、噪聲就越容易混入。</p><p>　?。?）一般來(lái)說(shuō)，靈敏度越高測(cè)量（線(xiàn)性）范圍越小。（2）如果被測(cè)參數(shù)為二維或三維向量，則各測(cè)量方向上的單向靈敏度越高越好、交叉靈敏度越低越好。</p><p><b>　　3、頻率響應(yīng)特性</b></p><p>　　在被測(cè)參數(shù)的

40、頻帶內(nèi)，所選傳感器應(yīng)能實(shí)現(xiàn)近似的不失真測(cè)試；與幅頻特性對(duì)應(yīng)的靈敏度應(yīng)盡可能高些，與相頻特性對(duì)應(yīng)的響應(yīng)時(shí)間越短越好。物性型傳感器的頻響特性比結(jié)構(gòu)型傳感器要好；非接觸式傳感器的頻響特性比接觸式傳感器要好。 </p><p><b>　　4、線(xiàn)性范圍</b></p><p>　　任何傳感器都有一定線(xiàn)性工作范圍。在線(xiàn)性范圍內(nèi)輸出與輸入成比例關(guān)系，線(xiàn)性范圍愈寬，則表明傳感器的工

41、作量程愈大。傳感器工作在線(xiàn)性區(qū)域內(nèi)，是保證測(cè)試精度的基本條件。 線(xiàn)性范圍一般與靈敏度相互矛盾。</p><p><b>　　5、可靠性與穩(wěn)定性</b></p><p>　　可靠性是指儀器、裝置及其它產(chǎn)品在規(guī)定的條件下、規(guī)定的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)指定功能的能力。傳感器的可靠性主要取決于設(shè)計(jì)、制造及使用時(shí)的工作環(huán)境條件等因素，特別是受后者的影響很大。穩(wěn)定性指的是測(cè)試裝置在長(zhǎng)時(shí)間工作

42、后或工作條件發(fā)生變化后保持其性能不變的能力。穩(wěn)定性主要有時(shí)間穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性。穩(wěn)定性是傳感器可靠工作的條件和保證。</p><p><b>　　6、精度</b></p><p>　　傳感器的精度表示其輸出與輸入的被測(cè)量值的一致程度。傳感器是測(cè)試系統(tǒng)最前沿的環(huán)節(jié)，其輸出能否真實(shí)準(zhǔn)確地反映輸入的被測(cè)量值，將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的使用性能。選用傳感器時(shí)，要綜合考慮精度的使用要

43、求與經(jīng)濟(jì)性。一般在滿(mǎn)足精度使用要求的前提下，盡可能選用價(jià)廉的傳感器。</p><p><b>　　7、工作方式：</b></p><p>　?。?）接觸測(cè)量與非接觸測(cè)量</p><p>　?。?）破壞性檢驗(yàn)與非破壞性檢驗(yàn)</p><p>　?。?）在線(xiàn)測(cè)試與非在線(xiàn)測(cè)試</p><p><b&

44、gt;　　8、其它</b></p><p>　　選用傳感器時(shí)還要兼顧結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、價(jià)格便宜、易于維護(hù)等因素。</p><p>　　據(jù)此上述要求我們來(lái)講一下霍爾式傳感器，在講述之前首先我們必須了解此傳感器的概念、效應(yīng)以及表現(xiàn)形式和應(yīng)用。</p><p>　?。ㄈ┗魻柺絺鞲衅鞯慕Y(jié)構(gòu)、表現(xiàn)形式及應(yīng)用</p><p>　　霍

45、爾式傳感器是一種磁電轉(zhuǎn)換元件，它利用某些半導(dǎo)體材料所具有的霍爾效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)某些參數(shù)的測(cè)量。</p><p>　　霍爾效應(yīng)將一金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中并在相對(duì)的兩個(gè)控制電極之間通入電流時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)的電子在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力的作用而在另兩個(gè)電極的位置產(chǎn)生電子堆積，從而在這兩個(gè)電極上形成電動(dòng)勢(shì)，稱(chēng)為霍爾電勢(shì)，上述現(xiàn)象就稱(chēng)為霍爾效應(yīng)?；魻栯妱?shì)為</p><p><b>　　霍爾效應(yīng)與霍爾

46、元件</b></p><p>　　霍爾效應(yīng) b) 霍爾元件結(jié)構(gòu)示意圖 c) 符號(hào) d) 封裝</p><p>　　式中 ——霍爾電勢(shì)；——霍爾元件的靈敏度；——磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；——控制電流；——控制電流方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的夾角。改變、、中的任何一個(gè)參數(shù)都會(huì)使霍爾電勢(shì)發(fā)生變化。</p><p>　　霍爾元件霍爾傳感器的核心是霍爾元件?；魻栐?/p>

47、用的半導(dǎo)體材料是N型硅，其他還有銻化銦（1nSb）、砷化銦（1nas）、砷化鎵（GaAs）等。</p><p>　　霍爾元件的結(jié)構(gòu)示意圖、霍爾元件的符號(hào)、霍爾元件的封裝形式。</p><p><b>　　2、集成霍爾傳感器</b></p><p>　?。?）線(xiàn)性集成霍爾傳感器</p><p><b>　　線(xiàn)性集

48、成霍爾感器</b></p><p>　　a) 單端輸出 b) 差動(dòng)輸出</p><p>　?。?）開(kāi)關(guān)型集成霍爾傳感器</p><p>　　開(kāi)關(guān)型集成霍爾傳感器</p><p>　　3、霍爾傳感器的應(yīng)用</p><p>　?。?）能轉(zhuǎn)換為磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的參量的測(cè)量（如位移、轉(zhuǎn)速、加速度、壓力等）</

49、p><p>　?。?）能轉(zhuǎn)換為電流變化的參量的測(cè)量</p><p>　?。?）用作乘法器（電功率測(cè)量中的電流與電壓的相乘等）</p><p>　　圖3-40 霍爾傳感器的幾種應(yīng)用</p><p>　　a) 線(xiàn)位移測(cè)量b) 角位移測(cè)量c) 信號(hào)相乘運(yùn)算d) 零件計(jì)數(shù)e) 轉(zhuǎn)速測(cè)量 f) 壓力測(cè)量</p><p>　　四、機(jī)電

50、一體化系統(tǒng)中傳感器的發(fā)展方向及發(fā)展前景</p><p>　　(一)我國(guó)傳感技術(shù)的發(fā)展方向及若干問(wèn)題</p><p>　　當(dāng)前，傳感器技術(shù)的主要發(fā)展動(dòng)向:一是開(kāi)展基礎(chǔ)研究，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，開(kāi)發(fā)傳感器的新材料和新工藝；二是實(shí)現(xiàn)傳感器的集成化與智能化。</p><p>　　1、發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，開(kāi)發(fā)新材料，——新現(xiàn)象、新原理、新材料是發(fā)展傳感器技術(shù)，研究新型傳感器的重要基礎(chǔ)，每一種

51、新原理、新材料的發(fā)現(xiàn)都會(huì)伴隨著新的傳感器種類(lèi)誕生。</p><p>　　2、集成化，多功能化——向敏感功能裝置發(fā)展 傳感器的集成化，最近積極地應(yīng)用了半導(dǎo)體集成電路技術(shù)及其開(kāi)發(fā)思想用于傳感器制造。如采用微細(xì)加工技術(shù)制作微型傳感器 ；采用厚膜和薄膜技術(shù)制作傳感器等。 </p><p>　　3、向未開(kāi)發(fā)的領(lǐng)域挑戰(zhàn)——生物傳感器 到目前為止，人們正大力研究開(kāi)發(fā)的傳感器大多為物理傳感器，今后應(yīng)積

52、極開(kāi)發(fā)研究化學(xué)傳感器和生物傳感器。特別是智能機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，需要研制各種模擬人的感覺(jué)器官的傳感器，如已有的機(jī)器人力覺(jué)、觸覺(jué)傳感器、味覺(jué)傳感器等。</p><p>　　傳感器技術(shù)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是機(jī)電一體化系統(tǒng)不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)之一，其水平高低在很大程度上影響和決定著系統(tǒng)的功能；其水平越高，系統(tǒng)的自動(dòng)化程度就越高。在一套完整的機(jī)電一體化系統(tǒng)中，如果不能利用傳感檢測(cè)技術(shù)對(duì)被控對(duì)象的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行

53、及時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)出并轉(zhuǎn)換成易于傳送和處理的信號(hào)，我們所需要的用于系統(tǒng)控制的信息就無(wú)法獲得，進(jìn)而使整個(gè)系統(tǒng)就無(wú)法正常有效的工作。</p><p>　　我國(guó)傳感器的研究主要集中在專(zhuān)業(yè)研究所和大學(xué)，始于20世紀(jì)80年代，與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)相比，我們還有較大差距，主要表現(xiàn)在：</p><p>　　1．先進(jìn)的計(jì)算、模擬和設(shè)計(jì)方法；</p><p>　　2．先進(jìn)的微機(jī)械加工技術(shù)與設(shè)備

54、；</p><p>　　3．先進(jìn)的封裝技術(shù)與設(shè)備；</p><p>　　4. 可靠性技術(shù)研究等方面。</p><p>　　因此,我們必須加強(qiáng)技術(shù)研究和引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備,以提高整體水平。</p><p>　　（二）我國(guó)傳感器技術(shù)今后的發(fā)展方向</p><p>　　1.加速開(kāi)發(fā)新型敏感材料</p><p&g

55、t;　　通過(guò)微電子、光電子、生物化學(xué)、信息處理等各種學(xué)科，各種新技術(shù)的互相滲透和綜合利用，可望研制出一批基于新型敏感材料的先進(jìn)傳感器。</p><p><b>　　2. 向高精度發(fā)展</b></p><p>　　研制出靈敏度高、精確度高、響應(yīng)速度快、互換性好的新型傳感器以確保生產(chǎn)自動(dòng)化的可靠性。</p><p><b>　　3. 向微

56、型化發(fā)展</b></p><p>　　通過(guò)發(fā)展新的材料及加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳感器微型化將是近十年研究的熱點(diǎn)。</p><p>　　4. 向微功耗及無(wú)源化發(fā)展</p><p>　　傳感器一般都是非電量向電量的轉(zhuǎn)化,工作時(shí)離不開(kāi)電源，開(kāi)發(fā)微功耗的傳感器及無(wú)源傳感器是必然的發(fā)展方向。</p><p>　　5. 向智能化數(shù)字化發(fā)展</p&

57、gt;<p>　　隨著現(xiàn)代化的發(fā)展，傳感器的功能已突破傳統(tǒng)的功能，其輸出不再是一個(gè)單一的模擬信號(hào)（如0-10mV），而是經(jīng)過(guò)微電腦處理好后的數(shù)字信號(hào)，有點(diǎn)甚至帶有控制功能，即只能傳感器。</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　綜上所述，機(jī)電一體化技術(shù)是眾多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。它促使

58、機(jī)械工業(yè)發(fā)生戰(zhàn)略性的變革，使傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)概念發(fā)生著革命性的變化。大力發(fā)展新一代機(jī)電一體化產(chǎn)品，不僅是改造傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備的要求，而且是推動(dòng)機(jī)械產(chǎn)品更新?lián)Q代和開(kāi)辟新領(lǐng)域、發(fā)展與振興機(jī)械工業(yè)的必由之路。而在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，傳感器處系統(tǒng)之首，其作用相當(dāng)于系統(tǒng)感受器官，能快速、準(zhǔn)確地獲取信息并能經(jīng)受?chē)?yán)酷環(huán)境考驗(yàn)，是機(jī)電一體化系統(tǒng)達(dá)到高水品的保證。可以說(shuō)，在信息科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展今天，傳感器技術(shù)作為信息獲取、處理的方法和手段，它在機(jī)電一體

59、化系統(tǒng)中已扮演著越來(lái)越重要的角色。在本次論文設(shè)計(jì)過(guò)程中，我也學(xué)到了很多很多知識(shí)，從開(kāi)始的懵懂到現(xiàn)在的了解，從開(kāi)始的陌生到現(xiàn)在的熟悉，使我對(duì)傳感器有了不一般的認(rèn)識(shí)。為了此次撰寫(xiě)傳感器論文，我在圖書(shū)館借閱了一些資料，同時(shí)也在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行了相關(guān)知識(shí)的搜索，借此我了解到了很多以前完全未曾涉及到的傳感器知識(shí)，通過(guò)對(duì)這些知識(shí)的探索，使我更進(jìn)一步加深了對(duì)傳感器知識(shí)的認(rèn)識(shí)理解，對(duì)在其社會(huì)上的所取的重要性也有了一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，也加深了對(duì)本專(zhuān)業(yè)知識(shí)的認(rèn)識(shí)。

60、</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本篇論文是在老師的精心指導(dǎo)下完成的，從選題到論文內(nèi)容都給予了我精心的指導(dǎo)和嚴(yán)格的教誨，無(wú)論從學(xué)術(shù)水平還是學(xué)術(shù)造詣上都使我受益非淺,。不僅是我學(xué)到了許多社會(huì)經(jīng)驗(yàn)，更重要的是讓我開(kāi)拓了眼界，是我意識(shí)到現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以及它的優(yōu)越性。</p><p>　　在這次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)中，我第

61、一次親身嘗試到了作為一個(gè)缺乏社會(huì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生所面臨的困難。使我學(xué)會(huì)了如何利用所學(xué)的知識(shí),把理論結(jié)合于實(shí)踐中這些對(duì)以后的工作和學(xué)習(xí)都是一筆不菲的財(cái)富，真的受益匪淺。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 芮延年.《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》.北京機(jī)械工業(yè)出版社.2004:17-18.</p><p>　　[2

62、] 李運(yùn)華.《機(jī)電控制》.北京航空航天大學(xué)出版社.2003:22-23.</p><p>　　[3] 章浩,張西良,周士沖.《機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用》.北京農(nóng)機(jī)化研究出版社.2006:44-45.</p><p>　　[4] 周樂(lè)挺《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》。高等教育出版社，2009，（05）</p><p>　　[5] 鄒慧君,張青,田志斌.《機(jī)電一體化系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)