【传感器在机电一体化系统中的应用浅析3900字（论文）】

毕业论文（设计）题目 传感器在机电一体化系统中的应用及发展的研究目录TOC\o"1-3"\h\u102371机电一体化系统概述 1278042传感器的研究现状与发展 1227943传感器在机电一体化系统中的应用 2227314传感器的发展趋势 3283124.1小型化 43744.2多功能化——集成传感器 4209224.3学习、判断、创造能力——智能传感器 5300174.4向检测下限挑战——量子传感器 52274.5开拓新领域——生物传感器和化学 586494.6智能机器人的三维视觉传感器 6164855结论 615001参考文献 61机电一体化系统概述机电一体化系统是机被、计算机、电子技术和传感器交叉渗透综合的有机产物，是含有信息流、能源流和物质流的大系统。机械系统的处理对象是运动、力、物质和能量。感受和控制系统的处理对象是物理量和信息。电子系统的处理对象是信息、信号和知识。而机电一体化系统不仅有处理能量和物质的功能，而且还有处理信息和知识的能力。它以系统论、控制论和信息论为理论基础，引入经济管理学和人一机工程学的知识，是一个包含机、电、液、气、光、磁等在内的系统工程。在70年代，日本率先提出Mechanh0nic(机械电子学)，而美国称之为“MechanicalSystem(机械系统)，我国译为“机电一体化，目前学术界尚有争议作者认为应从系统工程角度考虑，使用“Mechanc-ElectrcnicSystemEgngineering”即MESE来命名。机电一体化系统，还要吸收其它技术。若以流体工程为中心，就是“机电液(气)一体化”若以生物工程为中心，就是“仿生机电一体化”若以光学为中心，就是“光机电一体化”若以磁记录为中心，就是机电磁光一体化。在机电一体化产品中，传感器起着监视测量的作用，它把周围环境的物理量检测出来变换为电信号，经传输进入信息处理电路进行判断、存贮和运算，是不可缺少的中枢神经系统。2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照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、作业环境的状态，为有效地控制机电一体化系统的运作提供必须的相关信息。21世纪人类将全面进入信息电子化时代，随着人类探知领域和空间的拓展，电子信息种类的日益繁多，信息传递的速度日益加快，信息处理能力日益增强，相应的信息采集——传感技术也将日益发展，进而传感器也将无所不在。从20世纪80年代起，逐步在世界范围内掀起了一股“传感器热”，各先进工业国都极为重视传感技术和传感器的研究、开发和生产。传感技术已经成为重要的现代科技领域，而传感器及其系统的生产已成为重要的新兴行业。现在，全世界传感器市场的销售总额已超过200亿美元，并以80％的年增长率向前发展，其产品品种突破2万种。它们被广泛地应用于钢铁、能源、交通、机械制造、通信、化工、汽车、家电、金融、商业和农业等行业。我国在“八五”期间已把传感器技术列入国家重点攻关计划及中长期科技发展重点新技术之一，在本世纪已跨入高速发展时期，并不失时机地开发新产品，使之成为国民经济新的增长点。3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：工业机器人之所以能够准确操作，是因为他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。通常微动开关、光电开关、电涡流等传感器安装在机器人的每个关节上进行零位和极限位置的检测，前者保证机器人的重复定位精度和轨迹精度，后者则起保护机器人和安全动作的作用。位移传感器一般也都安装在机器人的各关节上，用于检测机器人各关节的位移量，作为位置控制信息。速度、加速度传感器用来实现机器人各关节的速度闭环控制和加速度控制。触觉传感器装设在机器人腕、手爪等部位，通过触觉确认对象的位置从而修正手爪的位置以便能准确地抓住对象物。CNC机床和MC(加工中心)是由计算机控制的多功能自动化机床，在实现其闭环控制的过程中，大量运用了位移(位置)、速度、限位及零位检测传感器，通过检测机床各轴的移动位置和速度进行位置数显、位置反馈和速度反馈，以提高运动精度和动态性能。随着传感器技术和其他新技术的应用，现代化汽车工业进入了一个全新的时期。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，这不仅仅是体现在发动机上，为了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经扩大到了汽车全身。在其所有重点控制系统中，必不可少地使用了曲轴位置传感器、吸气及冷却水温度传感器、压力传感器、氧气传感器等各种传感器。4传感器的发展趋势柔性制造系统(FMS)和计算机集成制造系统(CIMS)是机械制造技术的发展趋势，它们的主要标志是生产的柔性化、机器的智能化和脑力劳动的自动化，在很大程度上取决于自动化传感器的监控功能。若传感器不过关，二次仪表再精密也是徒劳的。21世纪传感器的特点是高性能(即高精度、高灵敏度、线性、无滞后、高速响应)、高可靠性(即寿命长，失效保险、耐恶劣环境)和高批量生产性(即集成、小型、简单、轻便、成本低)。21世纪传感器的发展趋势是，除了不断提高性舷和可靠性外，努力实现小型集成化、测量放大一体化、无触点化和智能化，同时开拓新领域，研制新型传感器。传感器技术是实现自动控制、自动调节的关键环节，也是机电一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出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。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)可靠性技术研究等方面。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方向可有以下几个方面：4.1小型化随着半导体集成电路技术的发展，现在已把敏感元件与敏感元件信息处理电路以及电源部分制作在同一基片上，从而使检测及信号处理一体化。其尺寸可做得很小。4.2多功能化——集成传感器近年来出现的一种将文字、图形、物体等具有二维分布的光学图像转换威电信号或将电信号转换成光学图像的显示器件，都是利用光电转换原理组成的网状阵列。这种集成多功能传感器已成为传感器研究和发展中最集中、最活跃的领域。从点到一维、二维、三维空间图的检出，将向四维(含时间)信号感受空间发展。使传感器与放大、运算及温度补偿环节一体化，具有信号转换和处理功能。并将实现传感器与执行机构的复台化。4.3学习、判断、创造能力——智能传感器智能传感器不仅对外界诸信号进行检测，而且有存诸记忆和解析统计处理、控制及打印等功能，将复杂的信息和数字处理由集中处理转为分散处理，大大降低了计算机成本。它还具有自校、跟踪、越限报警、输出打印、键盘、显示、D/A转换等接口。为保证整机协调工作，应设计管理程序。开机后，智能传感器经自检并报告用户正常运行后，逐渐采集检出信号，进行处理和输出，将传感器与微电脑的软，硬件集成一体，具有一定的人工智能，是传感器的重大突破。4.4向检测下限挑战——量子传感器传感器的极限检测范围取决于量子力学效应。磁传感器的优点是能直接高速进行检测，并不易受污染的影响。其中，桉磁共振吸收式传感器能测量地球磁场强度。约瑟夫逊效应磁传感器，利用超低温下的超导现象测量的极微弱磁场强度信号，并能感知伴随人的血液流动而产生的极微小磁场变化。使用约瑟夫逊效应式热噪声温度计，可以测K的超低温。这些特殊的性能，将导致新技术、新学科的诞生。4.5开拓新领域——生物传感器和化学传感器目前实用传感器大多数为物理型，而化学型和生物型传感器很不成熟。生物传感器，如酶传感器、微生物传感器、免疫传感器，能弥补化学传感器分辨率差的缺点。但它是利用生物敏感物质选择识别分子功能的生物效应来变换信号的，因此其研制技术难度大。有效利用小型可靠的集成电路与半导体集成技术的组合，开发高灵敏度的生物传感器，和酶素FET和免疫FET是今后的发展趋势。这种新型的FET集成生物化学电路，将迎来现代人造器官及其附属测定系统的新时代。4.6智能机器人的三维视觉传感器近年来工业机器人使用的第三代计算机视觉系统不仅能测量出灰度值，还能利用立体摄像技术确定物体的三维坐标。目前正在发展的第四代视觉系统甚至能揭示看不见表面(如物体背面)的信息。近期正在研究根据景物的复杂程度，利用立体摄像机和激光测距仪将完成三维视觉的任务。可以期待，人工智能、仿生学和机器入学的结合，将迎来机器人的新时代。5结论由以上可以看出，传感器技术在机电一体化系统中的应用，能够有效的提升系统的自动化水平，提升其工作效率，因此加大对传感器技术在机电一体化系统中的应用的相关研究，有着深远意义。参考文献[1]安培成.浅析传感器技术在机电一体化系统中的应用[J].内燃机与配件,2018(1):2.[2]马宇丽.传感器及检测技术在机电一体化中的应用[J].电子技术与软件工程,2018(9):1.[3]滑娟,翟二宁.传感器技术在机电一体化系统中的应用研究[J].内燃机与配件,2021(3):2.[4]曾立.传感器技术在机电一体化系统中的应用研究[J].2021.[5]张蕾.浅析传感器技术在机电一体化系统中的应用[J].建材与装饰,2021.[6]孙博仁.机电一体化系统中传感器与检测技术的应用研究[J].电子乐园,2019(4):1.[7]