现代传感器与执行器技术(研究生07)

1、汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 孙 宝 元2006. 2. 23汽车课件下载汽车课件下载 http:/ l前言:l各位知道多少传感器与执行器？l1 .现代传感器与执行器(S&A)的概念与定义l2 .机械与电子工程常用的典型S&Al3 .S&A的统一理论及其物理基础l4 .S&A的多种能量间物性效应及其模型l5 .S&A的技术现状与发展趋势l结语汽车课件下载汽车课件下载 http:/ l从国家计委(计军)78-264号国防科研谈起l1977-2003(27年)的传感器的研发历程l支撑现代文明与制造业信息化的S&A术: S&A与C的关

2、系：“电脑电五官电手足” 机电工程领域:CIMS,机器人 宇宙开发:天文1号卫星,阿破波罗10号:传感器集合体,火箭部2077个(温度559,信号501遥测142);飞船部1218个(离散信号392).耗资300亿美元, 40万人参与。神5我校的贡献，25亿元；轨姿控火箭发动机推力测试系统 资源调查,环境保护,安全监控 基础科学领域:宏观上千光年宇宙微观10-13cm微粒,时间数十亿年天体演变10-24秒瞬变,温度1亿度等离子体0.01K超导体,超强超弱电、磁、能量场 生活领域等 从茫茫太空到浩瀚海洋,从各种工程系统到人们衣食住行,几乎每种现代项目,都离不开S&A。汽车课件下载汽车课件

3、下载 http:/ l传感器定义:(已讲过?)“为测量目的将感受到的物理量（一般为非电量）按照相应的关系转化成另一种物理量（一般为电量）输出的装置叫传感器。在传感器中直接感受被测物理量部分叫做敏感元件。”（QJ30-81标准）“能感受（或响应）规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的电子线路所组成。”（GB7665-87）。该定义同美国仪表协会（ISA）的定义相似。汽车课件下载汽车课件下载 http:/ l执行器定义:l凡是利用物性（物理、化学、生物）法则、定理、定律、效应等进行能量转换与信息转换，并

4、且输出与输入严格一一对应，以便达到对对象物的驱动、控制、操作和改变其状态的目的的装置与器件均可称谓执行器。所谓现代执行器，是在上述定义基础上，利用先进理论、原理与先进的制造技术利用物性效应做成的执行元器件。主要应用在国防与民用的高新技术领域和产业部门以及3A（办公自动化、家庭自动化、工厂自动化）设备与装置上。l由上述S&A的定义可以看出:对于物性型S&A动作原理与运行过程正式互逆的。所以，有人将这种S&A称为“双向传感器”。汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ l现代传感器与执行器:l力学

5、量、电学量、光学量、声学量、热学量、磁学量、l化学量、生物量、l放射线、l微传感器与执行器汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 ht

6、tp:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 41) 动或致动作用;42) 施加载荷（力、力矩、扭矩等）作用;43) 控制与调节作用;44) 能量与信息转换功能;45)物质状态与成分的控制功能，依据珀耳帖效应制作的温差电致冷器（固态热泵）、半导体致冷器、以及微型节流致冷器等都是控制温度状态的执行器，这种执行器在宏观上并没有移动现象。又如控制物质酸碱度（P

7、H值）的化学执行器，是属于控制物质成分的执行器。汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 htt

8、p:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 图10-4管内无线监测系统图10-5使用多层PZT双晶片执行器的移动机构运动机理图10-4管内无线监测系统汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 图10-21直线跟踪型微机器人汽车课件下载汽车课件下载 http:/ l 现代执行器和传感器都是利用某种物性效应或者规律实现对被测控对象的检测与控制的，所以，两者在利用物质效应和规律方面有许多共同的性质和规律。许多传感器理论对执行器也将是适合的。将两者合在一起进行研究，将有助于对执行器的认识与了解。实际上，许多机电变换、电磁变换、热电变换等器件都具有双向可逆特性，

9、在一个方向变换为传感器时，而在其相反方向则为执行器。 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ l利用同一种物性效应的传感器与执行器，两者的工作原理相同，只是各自所利用效应互为逆效应。如果把S&A比喻成四端网络的话（图2-9），两者的传递方向完全相反。l（ 见前“可逆四端网络”，不再说明）汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 汽车课件下载汽车课件下载 http:/ PV声能，P为有效声压（示强变量，广义力） ，V有效质点速度（示容变量，广义位移） ；q，r1，2，3；当*G 0时 ， 则 物 质 内 能rq

10、ponmlkjiVPKBHDESTSU*qrijjjdPVdtSdSTdSdSdu*dddUw61rqponmlkjjVPKBHDESTSUG*汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 531kkLiljiZYXiX被示参量的i维矢量（单列矩阵） ， 若x为标量，如 ，S， 等，则i=1, 若x为一阶张量，如E,D,H,B,K,P等等，则i=1,2,3 若x为二阶张量，并可化为6维矢量，如T,S等等，则i1，2，6 j所示参量的个序数，6个广义力和6个广义位移，故i=1,2,12 ilY两种参量之间的耦合系数矩阵 Z第k个与ix耦合的自变量参量， 当Z为标量时，1 当Z为一阶张量时，1，2，3

11、当Z为二阶张量时，并可转化为6维矢量时，1，2，6汽车课件下载汽车课件下载 http:/ l3.3 物性效应研究的新进展物性效应研究的新进展:l(1)压电二次和二次以上的感生效应l 二次效应的证明与实验方法;l(2)压电扭转效应的开发l 扭转效应的实验证明;l 晶片的切型优化l 新型扭转传感器的研发l(3)压电弯曲效应的开发l(4)基于晶体变形的压电效应分类体系汽车课件下载汽车课件下载 http:/ 功能材料的新发展：半导体材料；功能复合材料、有机高聚物；功能陶瓷；功能金属材料光纤材料；纳米材料等。多功能与复合化：“气敏湿敏”，“湿敏热敏”，“力敏温敏”，复合血液离子传感器等。集成化（固体化）：结构集成与信息集成。集成超微粒