机电系统设计方案与分析作业

1、检测传感技术在机械工业当中的应用随着机械制造业在我国的迅速发展，诞生了许许多多的机械设备，用 于不同的领域生产中，而在不同的领域中，不同的机械设备有着不同 的作用。这些机械设备能帮助人们完成人们不能的任务，并使机械生 产任务更加快速，甚至能实现全自动化生产制造。而要更加精确的完 成机械加工，传感技术的发展为其提供了很好的平台。一.传感 技术的概念传感技术是关于从自然信源获取信息，并对之进行处理（变换）和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术，它涉及传 感器（又称换能器）、信息处理和识别的规划设计、开发、制/建造、 测试、应用及评价改进等活动。传感技术是当前代表国家综合科研水 平的重要技术，传

2、感技术的具体应用是传感技术转化的重要途径和方 法。加强对传感技术应用的研究也是了解传感技术发展现状并对其未 来发展进行预测的基础和前提。主要传感技术大概可分为光电传感技 术、多传感技术和生物传感技术，其中光电传感技术又称为光传感技 术，是将光信号转化为电信号的一种传感技术。光电传感技术可用于 检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体 成分分析等，也可用来检测能转换成光电量变化的其他非电量，如零 件直径、表而粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度、以及物体 形状、工作状态等，光电传感技术具有非接触、响应快、性能可靠等 特点，目前主要应用于工业自动化装置和机器人技术中。二. 传

3、感技术的发展早期由于敏感技术的落后，主要是直接机械量输出或电参量输出的机 械型传感器。随着微电子加工技术的发展，产生了固态敏感元件。利 用材料的不同特性和物理量、化学效应，制成了敏感元件传感器。纤 维光学的飞速发展，随后也使光纤进入传感检测领域。现在，生物传 感器成为传感器发展的一个新方向，是集现代生物技术与先进电子技 术于一体的高科技产品。传感检测技术的发展，无疑也使机械手得到 了升级换代。传感检测技术用于检测系统本身、操作对象和作业环境 的状态，为有效控制系统的运行提供了必须的相关信息。随着熄灯号 程度的进一步加强，传感检测技术己渗透到军事、医疗、环保、能源、 服务、娱乐等各个领域。三.

4、传感技术在我国机械领域的应用传感器就是运用传感技术发展而成的一种检测装置，它是将各种 非电量按一定规律转接成电量输出的装置，以便于对其进行分析处理 和调整受控制装置的工作状态，先进的传感器大多与微处理器结合形 成自控装置。光电传感器在机械中的应用：光电传感器由于反应速度快，能实现 非接触测量,而且精度高、分辨力高、可靠性好,加之半导体光敏器件 具有体积小、质量小、功耗低、便于集成等优点，因而被广泛应用于 军事、检测与农业机械等多种领域中。光电传感器具有一下几.个优点：检测距离长。对检测物体的限制少。响应时间短。 分辨率高。能通过高级设计使投光光束集中在小光点，或通过构成特 殊的受光光学系统，来

5、实现高分辨率。也可进行微小物体的检测和高 精度的位置检测。可实现非接触的检测。可无机械接触地检测物体， 因此不会对检测物体和传感器造成损伤。因此，传感器能长期使用。 可实现颜色判别。通过检测物体形成的光的反射率和吸收率根据被 投光的光线波长和检测物体的颜色组合而有所差异。利用这种性质， 可对检测物体的颜色进行检测。便于调整。在投射可视光的类型中， 投光光束是眼睛可见的，便于对检测物体的位置进行调整。正因为光 电传感器具有这些优点，才使得它可以用来测量工件表面的缺陷，测 量速度等，在机械领域具有不可或缺的作用。光纤传感器在机械中的应用：众所周知,描述光波特征的参量很多, 如光强、波长、振幅、相位

6、、偏振态和模式分布等。这些参量在光纤 传输中都可能会受外界影响而发生改,特别如温度、压力、加速度、 电压、电流、位移、振动、转动、弯曲、应力、应变以及化学量，生 物化学量等对光路产生影响时，都会使这些参量发生相应变化。光纤 传感器就是根据这些参量随外界因素的变化关系来检测各相应物理 量的大小。，经光纤进入调制光源发岀的光耦合进入光纤测量区，在 调制区内外界被测参数作用于进入（调制区）区内的光信号，使其光学 性质如光强、波长、频率、相位偏振态等发生变化成为被光检测器对 进来的光信号进,调制的信号。再经过光纤送入光检测器.行转换后输出电信号。最后对电信号进行信号处理而得到可用信号， 从而获得被测参

7、数。光纤传感器可以测量的环境参量主要有应力、位 移、振动、转动、压力、弯曲、应力、应变、加速度、电流、磁场、 电压、温度、声场、流量、浓度、pH值等。光纤传感器是用光在不 同的物理状态下，在光纤中传播光的干涉、衍射、偏振、反射等物理, 进行各种物理量的测量装置。来自光源的光线通过接口进入光纤，然 后将检测的参数调制成幅度、相位、色彩或偏振信息特征的变化，最 后利用微处理器进行信息处理。简言之，光纤传感器的原理就是用被 测量的变化调制传输光光波的某一参数,使其随之变化，然后对己调 制的光信号进行检测，从而得到被测参量，即将被测参量转换为光信 号参数的变化。激光传感器在机械中的应用：激光传感器一般

8、是由激光发生器、 光学零件和光电器件所构成的，它能把被测物理量（如距离、流量、 速度等）转换成光信号，然后应用光电转换器把光信号变成电信号, 通过相应电路的过滤、放大和整流得到输出信号，从而算岀被测量。 借助于激光所具有的优点（如方向性好、亮度高、单色性好、相干 性好等），激光传感器通常具有结构简单可靠、抗干扰能力强、非机 械接触、分辨率较高、精度高（在测量长度时能达到几个纳M）、示 值误差小、稳定性好、宜用于快速测量等优点。传感器在机械制造中的应用：在机械制造中，传感器技术是实现测试 与自动控制的重要环节。在机械制造测试系统中，被作为一次仪表定 位，其主要特征是能准确传递和检测出某一形态的信

9、息，并将. 其转换成另一形态的信息。具体地说，传感器是指那些对被测对象的 某一确定的信息具有感受（或响应）与检岀功能，并使之按照一定规 律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置。如果没有传感器对 被测的原始信息进行准确可靠的捕获和转换，一切准确的测试与控制 都将无法实现；即使最现代化的电子计算机，没有准确的信息（或转 换可靠的数据）、不失真的输入，也将无法充分发挥其应有的作用。在机械制造中的应用，高品质传感器的主要特性体现为：寿命长，可 靠性高，抗干扰能力强；满足精度和速度要求；使用维护方便，适 合机床运行环境；成木低，便于与计算机联接。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

10、的在于 优化切削过程的生产率、制造成木或（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。四. 传感器在机械领域的发展趋势随着科学技术的发展，传感器技术发展的趋势将是开发新材料与 传感器技术日臻成，传感器智能化发展相结合。

11、随着材料科学的进步. 熟，其种类越来越多，除了早期使用的半导体材料、陶瓷材料以外，光 导纤维以及超导材料的开发，为传感器的发展提供了物质基础。例如, 根据以硅为基体的许多半导体材料易于微型化、集成化、多功能化、 智能化，以及半导体光热探测器具有灵敏度高、精度高、非接触性等 特点，发展红外传感器、激光传感器、光纤传感器等现代传感器。在 敏感材料中，陶瓷材料、有机材料发展很快，可采用不同的配方混合原 料,在精密调配化学成分的基础上,经过高精度成型烧结，得到对某一 种或某几种气体具有识别功能的敏感材料，用于制成新型气体传感器。 此外,高分子有机敏感材料，是近几年人们极为关注的具有应用潜力 的新型敏感

12、材料,可制成热敏、光敏、气敏、湿敏、力敏、离子敏和 生物敏等传感器。传感器技术的不断发展，也促进了更新型材料的开 发，如纳M材料等。由于采用纳M材料制作的传感器，具有庞大的界面， 能提供大量的气体通道，而且导通电阻很小，有利于传感器向微型化 发展，随着科学技术的不断进步将有更多的新型材料诞生。其次，80 年代发展起来的智能化传感器是微电子技术、微型电子计算机技术与 检测技术相结合的产物，具有测量、存贮、通信、控制等特点。智能 化传感器一般主要由主传感器、辅助传感器及微机硬件系统三大部分 构成。也就是说，智能化传感器是一种带有微处理器的传感器,它兼有 检测判断和信息处理功能。智能化传感器是传感器技术未来发展的主 要方向。在今后的发展中，智能化传感器无疑将会进一步扩展到化学、 电磁、光学和核物理等研究领域。在科技迅速发展的今天，计算机与微电子技术也在高速的发展，使 得传感检测技术