自学考试本科毕业论文机电一体化

1、自学考试本科毕业论文题 目: 传感器在机电一体化中的应用 专 业: 机电一体化工程 学生姓名: 张建宇 指导老师: 刘定军 起讫日期: 2011年09月17日2011年11月05日 摘 要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。文章概述传感器研究现状与发展，探讨传感器在机电一体化系统中的应用，并分析传感器技术发展的若干问题及发展方向。关键词：传感器技术； 机电一体化； 应用目 录摘要.1第一

2、章 绪论.3概述.3第二章 传感器的基本知识.42.1 传感器的分类及特性.42.2 常用传感器的类型及特点.4第三章 常用传感器的类型、特点、结构及用途.53.1 电阻式传感器.53.2 电容式传感器.73.3 电感式传感器.83.4 压电式传感器.103.5 霍尔式传感器.11第四章 传感器在机电一体化系统中的应用.144.1 传感器在工业机器人中的应用144.2 传感器在机械制造中的应用14第五章 机电一体化系统中传感器的选择.155.1 数控机床对传感器的要求.155.2 位移的检测.155.3 位置的检测.165.4 速度的检测.165.5 压力的检测. .175.6 温度的检测.1

3、75.7 刀具磨损的监控.17第六章 传感器技术的发展趋势.19结束语.21致谢.22参考文献.23第一章 绪论概述对于传感器的研究始于本世纪30年代。当今，在世界范围内掀起一股“传感器热”，各先进工业国都极为重视传感技术和传感器研究、开发和生产。传感技术已成为重要的现代科技领域，传感器及其系统生产已成为重要的新兴行业。传感器技术是一项当今世界令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱。如果说计算机是人类大脑的扩展,那么传感器就是人类五官的延伸，当集成电路、计算机技术飞速发展时，人们才逐步认识信息摄取装置传感器没有跟

4、上信息技术的发展而惊呼“大脑发达、五官不灵”。 传感器技术是测量技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技术、微电子学、光学、声学、精密机械、仿生学、材料科学等众多学科相互交叉的综合性高新技术密集型前沿技术之一。如今它已经渗透到生产和生活的各个领域，从尖端武器装备、航空航天技术，到机械设备、工业过程控制、交通运输、纺织印刷、家用电器、医疗卫生、办公设备及环境保护等领域，均得到广泛应用，在机电一体化技术革命中正在发挥重要作用。第二章 传感器的基本知识从20世纪80年代起，逐步在世界范围内掀起一股“传感器热”，各先进工业国都极为重视传感技术和传感器研究、开发和生产。传感技术已成为重要的现代科技领域，

5、传感器及其系统生产已成为重要的新兴行业，文章概述传感器研究现状与发展，探讨传感器在机电一体化系统中的应用，并分析我国传感器技术发展的若干问题及发展方向。2.1传感器的分类及特性传感器一般由敏感元件，转换元件及基本转换电路三部分组成。1.传感器按其测量对象可分为检测机电一体化系统内部状态的内部信息传感器及系统外部环境状态的外部信息传感器。2传感器按控工作机理可分制电动机可以分为物理型和结构型。3传感器按能量源分类可分为无源型和有源型。4按输出信号的性质可将传感器分为开关型，模拟型和数字型。 传感器的特性主要是指输出与输入之间的关系，有静态特性和动态特性之分。传感器的静态特性；当传感器的输入量为常

6、量或随时间作缓慢变化时，传感器的输出与输入之间的关系称为静态特性。传感器的动态特性；传感器的输出量对于随时间变化的输入量的响应特性称为传感器的动态特性。2.2常用传感器的类型及特点。电阻式传感器：这类传感器结构简单，尺寸小，性能稳定。受环境影响小。不需放大。滑线变阻器式传感器精度可达0.1。电容式传感器：温度稳定性好，结构简单，动态响应好，可进行非接触测量，然而，输入阻抗高，负载能力差。电容式传感器精度可达0.01。电感式传感器：无活动触点、可靠度高、寿命长；分辨率高；灵敏度高；线性度高、重复性好；测量范围宽(测量范围大时分辨率低)；无输入时有零位输出电压，引起测量误差；对激励电源的频率和幅值

7、稳定性要求较高；不适用于高频动态测量。压电式传感器：高阻抗、低能量；但是无静态输出，要求有很高的电输出阻抗。需用低电容的低噪声电缆。霍尔传感器：在静止状态下，具有感受磁场的独特能力，并且具有结构简单、体积小、噪声小、频率范围宽(从直流到微波)、动态范围大(输出电势变化范围可达1000:1)、寿命长等特点。第三章 常用传感器的类型、特点、结构及用途传感器已广泛应用于航天、航空、国防科研、信息产业、机械、电力、能源、交通、冶金、石油、建筑、邮电、生物、医学、环保、材料、灾害预测预防、农林、渔业生产、食品、烟酒制造、机器人、家电等诸多领域,可以说几乎渗透到每个领域。下面，我就几类基本类型的传感器做些

8、介绍：3.1 电阻式传感器电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器.按工作的原理可分为：变阻器式、电阻应变式、热敏式、光敏式、电敏式。变阻器式传感器变阻器式传感器的等效电路如图3.1：图3.1如果电阻丝的直径和材料确定，单位位移的电阻值为一常数，传感器的输出与输入成线性关系。变阻式传感器又称为电位器式传感器。它们是由电阻元件及电刷(活动触点)两个基本部分组成。电刷相对于电阻元件的运动可以是直线运动、转动和螺旋运动，因而可以将直线位移或角位移转换为与其成一定函数关系的电阻或电压输出。这类传感器结构简单，尺寸小，性能稳定。受环境影响小。不需放大。滑线变阻器式传感器精度可达0.1。在生活中，

9、应用实例诸多，如重量的自动检测-配料设备、煤气包储量检测等。(2)电阻应变式传感器电阻应变式传感器由弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成，可根据具体测量要求设计成多种结构形式。弹性敏感元件受到所测量的力而产生变形，并使附着其上的电阻应变计一起变形。电阻应变计再将变形转换为电阻值的变化，从而可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。金属应变片的电阻相对变化为 ， 称为金属电阻丝的轴向应变，简称纵向应变。称为电阻丝的径向应变，简称横向应变。当电阻丝沿横向伸长时，两者之间的关系为，其中为电阻丝材料的泊桑比，则，金属电阻材料的很小，即其压阻效应很弱，这样上式可简化为，其灵敏度为。

10、为了将电阻应变式传感器的电阻变化转换成电压或电流信号，在应用中一般采用电桥电路作为其测量电路。电桥电路具有结构简单、灵敏度高、测量范围宽、线性度好且易实现温度补偿等优点。能较好地满足各种应变测量要求，因此在应变测量中得到了广泛的应用。电桥电路按辅助电源分有直流电桥和交流电桥，由于直流电桥的输出信号在进一步放大时易产生零漂，故交流电桥的应用更为广泛。直流电桥只用于较大应变的测量，交流电桥可用于各种应变的测量。电桥电路按其工作方式分有单臂、双臂和全桥三种 图3.2。图3.2 直流电桥的连接方式a)半桥单臂b)半桥双臂c)全桥金属应变片的稳定性和温度特性好，但其灵敏度小；而半导体应变片应变灵敏度大;

11、体积小;能制成具有一定应变电阻的元件，但它的缺点是温度稳定性和可重复性不如金属应变片。它的应用实例如桥梁固有频率测量、电子称、桶式测力传感器等。图3.3 电子称3.2 电容式传感器把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。电容量为当被测参数变化使得上式中的A、d 或 发生变化时，电容量C也随之变化。若保持其中两个参数不变，而仅改变其中一个参数，就可把该参数的变化转换为电容量的变化，通过测量电路就可转换为电量输出。电容式传感器的等效电路如 图3.4：图3.4电容式传感器的测量电路同样为电桥电路，如图3.5：图3.5电容式传感器的温度稳定性好，结构简单，动态响应好，可进行非接触测量，

12、然而，输入阻抗高，负载能力差。电容式传感器精度可达0.01。其运用实例有电容传声器、转速测量、电容测厚仪、电容式油量表等。3.3 电感式传感器电感式传感器是利用电磁感应把被测的物理量如位移，压力，流量，振动等转换成线圈的自感系数和互感系数的变化，再由电路转换为电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换。电感式传感器具有以下特点： (1) 结构简单，传感器无活动电触点，因此工作可靠寿命长。 (2) 灵敏度和分辨力高，能测出0.01微米的位移变化。传感器的输出信号强，电压灵敏度一般每毫米的位移可达数百毫伏的输出。(3) 线性度和重复性都比较好，在一定位移范围(几十微米至数毫米)内，传感器非线性

13、误差可达0.05%0.1%。同时，这种传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制，它在工业自动控制系统中广泛被采用。但不足的是，它有频率响应较低，不宜快速动态测控等缺点。 电感式传感器种类很多，常见的有自感式，互感式和涡流式三种图图3.6图3.6中介绍的是自感式传感器。由铁心和线圈构成的将直线或角位移的变化转换为线圈电感量变化的传感器，又称电感式位移传感器。这种传感器的线圈匝数和材料导磁系数都是一定的，其电感量的变化是由于位移输入量导致线圈磁路的几何尺寸变化而引起的。当把线圈接入测量电路并接通激励电源时，就可获得正比于位移输入量的电压或电流输出。电感式传感器的特点是：无活动触点、可靠度高、

14、寿命长；分辨率高；灵敏度高；线性度高、重复性好；测量范围宽(测量范围大时分辨率低)；无输入时有零位输出电压，引起测量误差；对激励电源的频率和幅值稳定性要求较高；不适用于高频动态测量。电感式传感器主要用于位移测量和可以转换成位移变化的机械量(如力、张力、压力、压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、液位、比重、转矩等)的测量。常用电感式传感器有变间隙型、变面积型和螺管插铁型。在实际应用中，这三种传感器多制成差动式，以便提高线性度和减小电磁吸力所造成的附加误差。 变间隙型电感传感器 这种传感器的气隙随被测量的变化而改变,从而改变磁阻。它的灵敏度和非线性都随气隙的增大而减小，因此常常要考虑两者兼顾。一

15、般取在0.10.5毫米之间。 变面积型电感传感器 这种传感器的铁芯和衔铁之间的相对覆盖面积(即磁通截面)随被测量的变化而改变,从而改变磁阻。它的灵敏度为常数，线性度也很好。 螺管插铁型电感传感器 它由螺管线圈和与被测物体相连的柱型衔铁构成。其工作原理基于线圈磁力线泄漏路径上磁阻的变化。衔铁随被测物体移动时改变了线圈的电感量。这种传感器的量程大，灵敏度低，结构简单，便于制作。电感式传感器的应用实例有：测厚、零件计数、侧转速、无损探伤、测微技术等。图3.73.4 压电式传感器压电式传感器的工作原理是基于某些介质材料的压电效应, 是典型的有源传感器。当材料受力作用而变形时, 其表面会有电荷产生，从而

16、实现非电量测量。压电式传感器的等效电路：压电元件两电极间的压电陶瓷或石英晶体为绝缘体，因此可以构成一个电容器，晶体上聚集正负电荷的两表面相当于电容的两个极板, 极板间物质等效于一种介质, 则其电容量为：，压电元件受外力时，两表面产生等量的正负电荷，压电元件的开路电压为：。压电传感器可以等效为一个电荷源与一个电容并联。如下图3.8 (a)并联图压电传感器也可以等效为一个电荷源与一个电容相串联的电压源。如下图3.8 (b)串联图图3.8电压灵敏度与电荷灵敏度之间的关系为：压电式传感器的测量电路： 测量时，需把压电传感器用电缆接于前置放大器，前置放大器作用： 一是放大传感器输出的微弱信号；二是把它的

17、高输出阻抗变换为低输出阻抗。电压放大器如图(a)： 电荷放大器如图(b)： (b)图3.9压电式传感器的性能特点：高阻抗、低能量；但是无静态输出，要求有很高的电输出阻抗。需用低电容的低噪声电缆。压电式传感器的应用有：压电式测力传感器、压电式加速度传感器、压电式金属加工切削力测量、压电式玻璃破碎报警器等。压电式金属加工切削力测量：图 3.10压电式玻璃破碎报警器：图 3.113.5 霍尔式传感器霍尔传感器是利用霍尔元件基于霍尔效应原理而将被测量转换成电动势输出的一种传感器。由于霍尔元件在静止状态下，具有感受磁场的独特能力，并且具有结构简单、体积小、噪声小、频率范围宽(从直流到微波)、动态范围大(

18、输出电势变化范围可达1000:1)、寿命长等特点，因此获得了广泛应用。 金属或半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种现象称霍尔效应。如下图：图3.12霍尔元件的主要性能参数：(1) 输入电阻和输出电阻输入电阻：控制电极间的电阻输出电阻：霍尔电极之间的电阻(2) 额定控制电流和最大允许控制电流额定控制电流：当霍尔元件有控制电流使其本身在空气中产生10温升时，对应的控制电流值。最大允许控制电流：以元件允许的最大温升限制所对 应的控制电流值(3) 不等位电势：当霍尔元件的控制电流为额定值时，若元件所处位置的磁感应强度

19、为零，测得的空载霍尔电势。(4) 寄生直流电势 霍尔元件零位误差的一部分当没有外加磁场，霍尔元件用交流控制电流时，霍尔电极的输出有一个直流电势，控制电极和霍尔电极与基片的连接是非完全欧姆接触时，会产生整流效应。两个霍尔电极焊点的不一致，引起两电极温度不同产生温差电势(5) 霍尔电势温度系数在一定磁感应强度和控制电流下，温度每变化1度时，霍尔电势变化的百分率。霍尔传感器的灵敏度和线性度主要取决于磁路系统和霍尔元件的特性。霍尔传感器动态性能好。霍尔传感器的基本测量电路如下：激励电流由电压源E供给，其大小由可变电阻来调节。图3.13霍尔型传感器的应用有：霍尔转速表、霍尔式微压力传感器、各种位移传感器

20、等。图3.14第四章 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)发展的重要技术之一，广泛应用于各种自动化产品之中。4.1 传感器在工业机器人中的应用工业机器人的准确操作取决于对其自身状态、操作对象及作业环境的准确认识，这种准确认识均通过传感器的感觉功能实现。机器人自身状态信息的获取通过其内部传感器(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器来实现，这个过程非常重要，足以为机器人控制提供反馈信息。 4.2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

21、确传递和检测出某一形态的信息，并将其转换成另一形态的信息。具体的说，传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息有感受与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元件或装置。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

22、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 第五章 机电一体化系统中传感器的选择传感器的应用范围广，种类繁多。如何为我们机电一体化系统选择合适的传感器呢？下面我们就以数控机床为例讲讲机电一体化系统中传感器的选择。数控机床综合了机械、自动化、计算机、测量、微电子等最新技术，使用了多种传感器，由于高精度、高速度、高效率及安全可靠的特点，在制造业技术设备更新中，数控机床正迅速地在企业得到普及。数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床，能够根据已编好的程序，使机床动作并加工零件。它综合了机械、自动化、计算机、测量、微电子等最新技术，使用了多种传感器。5.

23、1 数控机床对传感器的要求(1) 可靠性高和抗干扰性强；(2) 满足精度和速度的要求；(3) 使用维护方便，适合机床运行环境；(4) 成本低不同种类数控机床对传感器的要求也不尽相同，一般来说，大型机床要求速度响应高，中型和高精度数控机床以要求精度为主。5.2 位移的检测位移检测的传感器主要有脉冲编码器、直线光栅、旋转变压器、感应同步器等。(1) 脉冲编码器的应用脉冲编码器是一种角位移(转速)传感器，它能够把机械转角变成电脉冲。脉冲编码器可分为光电式、接触式和电磁式三种，其中，光电式应用比较多。(2) 直线光栅的应用直线光栅是利用光的透射和反射现象制作而成，常用于位移测量，分辨力较高，测量精度比

24、光电编码器高，适应于动态测量。在进给驱动中，光栅尺固定在床身上，其产生的脉冲信号直接反映了拖板的实际位置。用光栅检测工作台位置的伺服系统是全闭环控制系统。(3) 旋转变压器的应用旋转变压器是一种输出电压与角位移量成连续函数关系的感应式微电机。旋转变压器由定子和转子组成，具体来说，它由一个铁心、两个定子绕组和两个转子绕组组成，其原、副绕组分别放置在定子、转子上，原、副绕组之间的电磁耦合程度与转子的转角有关。(4) 感应同步器的应用感应同步器是利用两个平面形绕组的互感随位置不同而变化的原理制成的。其功能是将角度或直线位移转变成感应电动势的相位或幅值，可用来测量直线或转角位移。按其结构可分为直线式和

25、旋转式两种。直线式感应同步器由定尺和滑尺两部分组成，定尺安装在机床床身上，滑尺安装于移动部件上，随工作台一起移动；旋转式感应同步器定子为固定的圆盘，转子为转动的圆盘。感应同步器具有较高的精度与分辨力、抗干扰能力强、使用寿命长、维护简单、长距离位移测量、工艺性好、成本较低等优点。直线式感应同步器目前被广泛地应用于大位移静态与动态测量中，例如用于三坐标测量机、程控数控机床、高精度重型机床及加工中心测量装置等。旋转式感应同步器则被广泛地用于机床和仪器的转台以及各种回转伺服控制系统中。5.3 位置的检测位置传感器可用来检测位置，反映某种状态的开关，和位移传感器不同。位置传感器有接触式和接近式两种。(1

26、) 接触式传感器的应用接触式传感器的触头由两个物体接触挤压而动作，常见的有行程开关、二维矩阵式位置传感器等。行程开关结构简单、动作可靠、价格低廉。当某个物体在运动过程中，碰到行程开关时，其内部触头会动作，从而完成控制，如在加工中心的X、Y、Z轴方向两端分别装有行程开关，则可以控制移动范围。二维矩阵式位置传感器安装于机械手掌内侧，用于检测自身与某个物体的接触位置。(2) 接近开关的应用接近开关是指当物体与其接近到设定距离时就可以发出“动作”信号的开关，它无需和物体直接接触。接近开关有很多种类，主要有自感式、差动变压器式、电涡流式、电容式、干簧管、霍尔式等。接近开关在数控机床上的应用主要是刀架选刀

27、控制、工作台行程控制、油缸及汽缸活塞行程控制等。霍尔传感器是利用霍尔现象制成的传感器。将锗等半导体置于磁场中，在一个方向通以电流时，则在垂直的方向上会出现电位差，这就是霍尔现象。将小磁体固定在运动部件上，当部件靠近霍尔元件时，便产生霍尔现象，从而判断物体是否到位。5.4 速度的检测速度传感器是一种将速度转变成电信号的传感器，既可以检测直线速度，也可以检测角速度，常用的有测速发电机和脉冲编码器等。测速发电机具有的特点是：(1)输出电压与转速严格成线性关系；(2)输出电压与转速比的斜率大。可分成交流和直流两类。脉冲编码器在经过一个单位角位移时，便产生一个脉冲，配以定时器便可检测出角速度。在数控机床

28、中，速度传感器一般用于数控系统伺服单元的速度检测。5.5 压力的检测压力传感器是一种将压力转变成电信号的传感器。根据工作原理，可分为压电式传感器、压阻式传感器和电容式传感器。它是检测气体、液体、固体等所有物质间作用力能量的总称，也包括测量高于大气压的压力计以及测量低于大气压的真空计。电容式压力传感器的电容量是由电极面积和两个电极间的距离决定，因灵敏度高、温度稳定性好、压力量程大等特点近来得到了迅速发展。在数控机床中，可用它对工件夹紧力进行检测，当夹紧力小于设定值时，会导致工件松动，系统发出报警，停止走刀。另外，还可用压力传感器检测车刀切削力的变化。再者，它还在润滑系统、液压系统、气压系统被用来

29、检测油路或气路中的压力，当油路或气路中的压力低于设定值时，其触点会动作，将故障信号送给数控系统。5.6 温度的检测温度传感器是一种将温度高低转变成电阻值大小或其它电信号的一种装置。常见的有以铂、铜为主的热电阻传感器、以半导体材料为主的热敏电阻传感器和热电偶传感器等。在数控机床上，温度传感器用来检测温度从而进行温度补偿或过热保护。在加工过程中，电动机的旋转、移动部件的移动、切削等都会产生热量，且温度分布不均匀，造成温差，使数控机床产生热变形，影响零件加工精度，为了避免温度产生的影响，可在数控机床上某些部位装设温度传感器，感受温度信号并转换成电信号送给数控系统，进行温度补偿。此外，在电动机等需要过

30、热保护的地方，应埋设温度传感器，过热时通过数控系统进行过热报警。5.7 刀具磨损的监控刀具磨损到一定程度会影响到工件的尺寸精度和表面粗糙度，因此，对刀具磨损要进行监控。当刀具磨损时，机床主轴电动机负荷增大，电动机的电流和电压也会变化，功率随之改变，功率变化可通过霍尔传感器检测。功率变化到一定程度，数控系统发出报警信号，机车停止运转，此时，应及时进行刀具调整或更换。以上介绍的传感器在数控机床上的应用是目前的状况，但随着传感器和数控机床的发展，有些传感器将被淘汰，如旋转变压器等，而新的传感器将不断出现，会使数控机床更加完善，自适应更强。第六章 传感器技术的发展趋势传感器技术是实现自动控制、自动调节

31、的关键环节，也是机电一体化系统不可缺少的关键技术之一，其水平的高低，在很大程度上影响和决定着系统的功能；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并转换成易于传送和处理的信号，我们所需要的用于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。虽然我国传感器产业的现状还不能适应国民经济发展的需要，产品技术水平与国外相比还有较大差距，但是从统一市场的观点看，我国具有传感器的广阔市场，所以我国传感器产业发展的前途还是光明的。因此，必须加强技术研究和引进先进设备，以提高整体水平。传感器技术今后的发展趋势，

32、主要表现在以下方面：(1) 新材料开发。传感器材料是传感器技术的重要基础, 是传感器技术升级的重要支撑。随着材料科学的进步,传感器技术日臻成熟,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

33、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,如纳米材料等。美国NRC公司已开发出纳米ZrO2 气体传感器,控制机动车辆尾气的排放,对净化环境效果很好,应用前景比较广阔。由于采用纳米材料制作的传感器,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。(2) 应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域的应用。检测原理大多以各种物理效应为基础。近代物理学的发展

34、，对仿生学的研究、仿造生物的感觉功能的新型传感器的开发应用，使得传感器技术的应用领域更广阔。如今的检测领域，正向着社会需要各方面扩展，不仅用于工业部门，而且也涉及到工程、海洋开发、宇宙航行等尖端科学技术和新兴工业领域，生物、医疗、环境污染监测、危险品和毒品的侦察、安全监测方面，同时也渗透到人类的日常生活当中。(3) 向高精度发展，研制出灵敏度高、精确度高、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靠性。近年来，随着科学技术的不断发展，要求灵敏度、精确度和稳定性等尽可能的高。例如超精度的在线检测，要求 0.1 m。对传感器可靠性故障率的数学模型和计算方法的研究，大大提高检测系统的可靠

35、性。为了使自动检测装置适应在各种复杂条件下可靠工作，要求研制的检测系统，具有较高的抗干扰能力和适应生产要求的较长的使用寿命。(4) 发展小型化、集成化、多功能化、多维化、智能化和高性能、扩大量程范围的检测装置。随着半导体材料的研究和新工艺的进展，已研制出一批新型半导体传感器；光刻、扩散及各向异性腐蚀等集成电路新工艺，也已渗透到传感器的制造过程中，从而使检测系统更趋于小型化、集成化、多功能化、多维化及性能更强。(5) 向智能化数字化发展。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010 mV)，而是经过微电脑处理好后的数字信号，有的甚至带有控制功能，即智能

36、传感器。结束语四年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。四年的求学生涯在师长、亲友的大力支持下，走得辛苦却也收获满囊，在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。 伟人、名人为我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和赞美献给一位平凡的人，我的导师。我不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬的老师。您治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，从论文题目的选定到论文写作的指导，经由您悉心的点拨，

37、再经思考后的领悟，常常让我有“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”。 感谢我的爸妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚谢意！ 同时也感谢学院为我提供良好的做毕业设计的环境。 最后再一次感谢所有在毕业设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，以及在设计中被我引用或参考的论著的作者。 致谢本篇论文是在老师的精心指导下完成的，从选题到论文内容都给予了我精心的指导和严格的教诲，无论从学术水平还是学术造诣上都使我受益非浅,。不仅是我学到了许多社

38、会经验，更重要的是让我开拓了眼界，是我意识到现代化科学技术的发展，以及它的优越性。在这次毕业论文设计中，我第一次亲身尝试到了作为一个缺乏社会实践经验的学生所面临的困难。使我学会了如何利用所学的知识,把理论结合于实践中。参考文献1 韩连英，王晓红.光纤传感器在机械设备检测中的应用J.光机电信息.2006(3)2 张开逊.现代传感技术在信息科学中的地位J.工业计量.2006(1)3 武昌俊. 自动检测技术及应用M. 北京：机械工业出版社，2005.4 梁景凯. 机电一体化技术与系统M. 北京：机械工业出版社，1999.5 陈瑜.国外机电一体化技术发展趋势J.国外机电一体化技术.2000，56 胡泓

39、、姚伯威主编.机电一体化原理及应用M.北京：国防工业出版社，19997 李建勇.机电一体化技术M.北京:科学出版社,2004.附录资料：不需要的可以自行删除 busybox详解制作根文件系统详解制作根文件系统 一、FHS（Filesystem Hierarchy Standard）标准介绍当我们在linux下输入ls / 的时候，见到的目录结构以及这些目录下的内容都大同小异，这是因为所有的linux发行版在对根文件系统布局上都遵循FHS标准的建议规定。该标准规定了根目录下各个子目录的名称及其存放的内容：目录名存放的内容/bin必备的用户命令，例如ls、cp等/sbin必备的系统管理员命令，例如

40、ifconfig、reboot等/dev设备文件，例如mtdblock0、tty1等/etc系统配置文件，包括启动文件，例如inittab等/lib必要的链接库，例如C链接库、内核模块/home普通用户主目录/rootroot用户主目录/usr/bin非必备的用户程序，例如find、du等/usr/sbin非必备的管理员程序，例如chroot、inetd等/usr/lib库文件/var守护程序和工具程序所存放的可变，例如日志文件/proc用来提供内核与进程信息的虚拟文件系统，由内核自动生成目录下的内容/sys用来提供内核与设备信息的虚拟文件系统，由内核自动生成目录下的内容/mnt文件系统挂接点

41、，用于临时安装文件系统/tmp临时性的文件，重启后将自动清除制作根文件系统就是要建立以上的目录，并在其中建立完整目录内容。其过程大体包括：编译安装busybox，生成/bin、/sbin、/usr/bin、/usr/sbin目录 利用交叉编译工具链，构建/lib目录 手工构建/etc目录 手工构建最简化的/dev目录 创建其它空目录 配置系统自动生成/proc目录 利用udev构建完整的/dev目录 制作根文件系统的jffs2映像文件 下面就来详细介绍这个过程。二、编译安装busybox，生成/bin、/sbin、/usr/bin、/usr/sbin目录这些目录下存储的主要是常用命令的二进制文

42、件。如果要自己编写这几百个常用命令的源程序，my god， 这简直是一个噩梦！好在我们有嵌入式Linux系统的瑞士军刀busybox，事情就简单很多。1、从 HYPERLINK / / 下载busybox-1.7.0.tar.bz22、tar xjvf busybox-1.7.0.tar.bz2解包3、修改Makefile文件175 ARCH ?= arm176 CROSS_COMPILE ?= arm-linux- 4、make menuconfig配置busyboxbusybox配置主要分两部分。第一部分是Busybox Settings，主要编译和安装busybox的一些选项。这里主要需

43、要配置：1）、Build Options - Build BusyBox as a static binary (no shared libs)，表示编译busybox时，是否静态链接C库。我们选择动态链接C库。2）、Installation Options - Applets links (as soft-links) - (X) as soft-links，表示安装busybox时，将各个命令安装为指向busybox的软链接还是硬链接。我们选择软链接。3）、Installation Options - (/work/nfs_root/fs_mini3) BusyBox installati

44、on prefix，表示busybox的安装位置。我们选择/work/nfs_root/fs_mini34）Busybox Library Tuning。保留Command line editing以支持命令行编辑；保留History size以支持记忆历史命令；选中Tab completion和Username completion以支持命令自动补全 第二部分是Applets，他将busybox的支持的几百个命令分门别类。我们只要在各个门类下选择想要的命令即可。这里我们基本保持默认设置。1）选中Networking Utilities - httpd下的Enable -u option，以启

45、用http服务器的功能allows the server to run as a specific user5、编译busyboxmake6、安装busyboxmake install安装完成后，可以看到在/work/nfs_root/fs_mini3目录下生成了binsbinusr/binusr/sbin目录，其下包含了我们常用的命令，这些命令都是指向bin/busybox的软链接，而busybox本身的大小不到800K：dennisdennis-desktop:/work/nfs_root/fs_mini3$ lsbin linuxrc sbin usrdennisdennis-deskt

46、op:/work/nfs_root/fs_mini3$ ls -l bintotal 740lrwxrwxrwx 1 dennis dennis 7 2010-04-03 23:57 addgroup - busyboxlrwxrwxrwx 1 dennis dennis 7 2010-04-03 23:57 adduser - busyboxlrwxrwxrwx 1 dennis dennis 7 2010-04-03 23:57 ash - busybox-rwxr-xr-x 1 dennis dennis 749632 2010-04-03 23:57 busyboxlrwxrwxrwx

47、 1 dennis dennis 7 2010-04-03 23:57 cat busybox 而普通PC机上的ls命令就有差不多80K的大小： dennisdennis-desktop:/work/nfs_root/fs_mini3$ ls -l /bin/ls-rwxr-xr-x 1 root root 78004 2007-09-29 20:51 /bin/ls busybox以它娇小的身躯容纳了数以百计的命令代码，实在是让人佩服不已，其不愧嵌入式系统瑞士军刀之美誉。据说，busybox的作者身患绝症，这更让人钦佩GNU开源软件的作者们。 三、利用交叉编译工具链，构建/lib目录 光有应

48、用程序（命令）是不够的，因为应用程序本身需要使用C库的库函数，因此还必需制作for ARM的C库，并将其放置于/lib目录。my god，要自己写C库的源代码吗？不用！还记得交叉编译工具链的3个组成部分吗？交叉编译器、for ARM的C库和二进制工具。哈哈，for ARM的C库是现成的，我们只需要拷贝过来就可以了。遗憾的是：整个C库目录下的文件总大小有26M。而我们根文件系统所在分区不过区区16M而已，根本放不下。怎么办呢？ dennisdennis-desktop:/work/nfs_root/fs_mini3$ du -s -si /work/tools/gcc-3.4.5-glibc-2

49、.3.6/arm-linux/lib26M /work/tools/gcc-3.4.5-glibc-2.3.6/arm-linux/lib 需要C库目录下所有的文件吗？no，absolutely no! 让我们来分析一下glibc库目录下内容的组成。该目录下的子目录和文件共分8类： 目标文件，如crtn.o，用于gcc链接可执行文件 libtool库文件（.la），在链接库文件时这些文件会被用到，比如他们列出了当前库文件所依赖的其它库文件，程序运行时无需这些文件 gconv目录，里面是各种链接脚本，在编译应用程序时，他们用于指定程序的运行地址，各段的位置等 静态库文件（.a），例如libm.a

50、，libc.a 动态库文件 （.so、.so.0-9*） 动态链接库加载器ld-2.3.6.so、ld-linux.so.2 其它目录及文件很显然，第1、2、3、4、7类文件和目录是不需要拷贝的。由于动态链接的应用程序本身并不含有它所调用的C库函数的代码，因此执行时需要动态链接库加载器来为它加载相应的C库文件，所以第6类文件是需要拷贝的。除此之外，第5类文件当然要拷贝。但第5类文件的大小也相当大。dennisdennis-desktop:/work/tools/gcc-3.4.5-glibc-2.3.6/arm-linux/lib$ du -c -si *.so* 7.2M total 需要全

51、部拷贝吗？非也，非也！其实，需要哪些库完全取决于要运行的应用程序使用了哪些库函数。如果我们只制作最简单的系统，那么我们只需要运行busybox这一个应用程序即可。通过执行 dennisdennis-desktop:/work/nfs_root/fs_mini3$ arm-linux-readelf -a bin/busybox | grep Shared0 x00000001 (NEEDED) Shared library: libcrypt.so.10 x00000001 (NEEDED) Shared library: libm.so.60 x00000001 (NEEDED) Share

52、d library: libc.so.6 可知：busybox只用到了3个库：通用C库（libc）、数学库（libm）、加密库（libcrypt），因此我们只需要拷贝这3个库的库文件即可。但是每个库都有4个文件，4个文件都要拷贝吗？当然不是。 dennisdennis-desktop:/work/tools/gcc-3.4.5-glibc-2.3.6/arm-linux/lib$ ls -l libcrypt.-*-rwxr-xr-x 1 dennis dennis 30700 2008-01-22 05:32 libcrypt-2.3.6.so-rw-r-r- 1 dennis dennis

53、 23118 2008-01-22 05:32 libcrypt.alrwxrwxrwx 1 dennis dennis 13 2008-12-22 15:38 libcrypt.so - libcrypt.so.1lrwxrwxrwx 1 dennis dennis 17 2008-12-22 15:38 libcrypt.so.1 - libcrypt-2.3.6.sodennisdennis-desktop:/work/tools/gcc-3.4.5-glibc-2.3.6/arm-linux/lib$ ls -l libm.-*-rwxr-xr-x 1 dennis dennis 77

54、9096 2008-01-22 05:31 libm-2.3.6.so-rw-r-r- 1 dennis dennis 1134282 2008-01-22 05:32 libm.alrwxrwxrwx 1 dennis dennis 9 2008-12-22 15:38 libm.so - libm.so.6lrwxrwxrwx 1 dennis dennis 13 2008-12-22 15:38 libm.so.6 - libm-2.3.6.sodennisdennis-desktop:/work/tools/gcc-3.4.5-glibc-2.3.6/arm-linux/lib$ ls

55、 -l libc.-*-rwxr-xr-x 1 dennis dennis 1435660 2008-01-22 05:48 libc-2.3.6.so-rw-r-r- 1 dennis dennis 2768280 2008-01-22 05:31 libc.a-rw-r-r- 1 dennis dennis 195 2008-01-22 05:34 libc.solrwxrwxrwx 1 dennis dennis 13 2008-12-22 15:38 libc.so.6 - libc-2.3.6.so 4个文件中的.a文件是静态库文件，是不需要拷贝的。另外3个文件是： 实际的共享链接库

56、：libLIBRARY_NAME-GLIBC_VERSION.so。当然需要拷贝。 主修订版本的符号链接，指向实际的共享链接库：libLIBRARY_NAME.so.MAJOR_REVISION_VERSION，程序一旦链接了特定的链接库，将会参用该符号链接。程序启动时，加载器在加载程序前，会检索该文件。所以需要拷贝。 与版本无关的符号链接，指向主修订版本的符号连接（libc.so是唯一的例外，他是一个链接命令行：libLIBRARY_NAME.so，是为编译程序时提供一个通用条目）。这些文件在程序被编译时会被用到，但在程序运行时不会被用到，所以不必拷贝它。关于共享库的2个符号链接的作用的特别

57、说明：当我们使用gcc hello.c -o hello -lm编译程序时，gcc会根据-lm的指示，加头（lib）添尾（.so）得到libm.so，从而沿着与版本无关的符号链接（libm.so - libm.so.6）找到libm.so.6并记录在案（hello的ELF头中），表示hello需要使用libm.so.6这个库文件所代表的数学库中的库函数。而当hello被执行的时候，动态链接库加载器会从hello的ELF头中找到libm.so.6这个记录，然后沿着主修订版本的符号链接（libm.so.6 - libm-2.3.6.so）找到实际的共享链接库libm-2.3.6.so，从而将其与h

58、ello作动态链接。可见，与版本无关的符号链接是供编译器使用的，主修订版本的符号链接是供动态链接库加载器使用的，而实际的共享链接库则是供应用程序使用的。通过以上分析，我们只需要拷贝3个库（每个库各1个主修订版本的符号链接和1个实际的共享链接库）以及动态链接库加载器（1个符号链接和1个实体文件）。步骤如下：dennisdennis-desktop:/work/tools/gcc-3.4.5-glibc-2.3.6/arm-linux/lib$ mkdir /work/nfs_root/fs_mini3/lib dennisdennis-desktop:/work/tools/gcc-3.4.5-

59、glibc-2.3.6/arm-linux/lib$ cp libcrypt-* /work/nfs_root/fs_mini3/libdennisdennis-desktop:/work/tools/gcc-3.4.5-glibc-2.3.6/arm-linux/lib$ cp -l libcrypt.so.* /work/nfs_root/fs_mini3/libdennisdennis-desktop:/work/tools/gcc-3.4.5-glibc-2.3.6/arm-linux/lib$ cp libm-* /work/nfs_root/fs_mini3/libdennisde

60、nnis-desktop:/work/tools/gcc-3.4.5-glibc-2.3.6/arm-linux/lib$ cp -l libm.so.* /work/nfs_root/fs_mini3/libdennisdennis-desktop:/work/tools/gcc-3.4.5-glibc-2.3.6/arm-linux/lib$ cp libc-* /work/nfs_root/fs_mini3/libdennisdennis-desktop:/work/tools/gcc-3.4.5-glibc-2.3.6/arm-linux/lib$ cp -l libc.so.* /w