【傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用淺析3900字（論文）】

畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目 傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用及發(fā)展的研究目錄TOC\o"1-3"\h\u102371機(jī)電一體化系統(tǒng)概述 1278042傳感器的研究現(xiàn)狀與發(fā)展 1227943傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用 2227314傳感器的發(fā)展趨勢(shì) 3283124.1小型化 43744.2多功能化——集成傳感器 4209224.3學(xué)習(xí)、判斷、創(chuàng)造能力——智能傳感器 5300174.4向檢測(cè)下限挑戰(zhàn)——量子傳感器 52274.5開拓新領(lǐng)域——生物傳感器和化學(xué) 586494.6智能機(jī)器人的三維視覺傳感器 6164855結(jié)論 615001參考文獻(xiàn) 61機(jī)電一體化系統(tǒng)概述機(jī)電一體化系統(tǒng)是機(jī)被、計(jì)算機(jī)、電子技術(shù)和傳感器交叉滲透綜合的有機(jī)產(chǎn)物，是含有信息流、能源流和物質(zhì)流的大系統(tǒng)。機(jī)械系統(tǒng)的處理對(duì)象是運(yùn)動(dòng)、力、物質(zhì)和能量。感受和控制系統(tǒng)的處理對(duì)象是物理量和信息。電子系統(tǒng)的處理對(duì)象是信息、信號(hào)和知識(shí)。而機(jī)電一體化系統(tǒng)不僅有處理能量和物質(zhì)的功能，而且還有處理信息和知識(shí)的能力。它以系統(tǒng)論、控制論和信息論為理論基礎(chǔ)，引入經(jīng)濟(jì)管理學(xué)和人一機(jī)工程學(xué)的知識(shí)，是一個(gè)包含機(jī)、電、液、氣、光、磁等在內(nèi)的系統(tǒng)工程。在70年代，日本率先提出Mechanh0nic(機(jī)械電子學(xué))，而美國(guó)稱之為“MechanicalSystem(機(jī)械系統(tǒng))，我國(guó)譯為“機(jī)電一體化，目前學(xué)術(shù)界尚有爭(zhēng)議作者認(rèn)為應(yīng)從系統(tǒng)工程角度考慮，使用“Mechanc-ElectrcnicSystemEgngineering”即MESE來命名。機(jī)電一體化系統(tǒng)，還要吸收其它技術(shù)。若以流體工程為中心，就是“機(jī)電液(氣)一體化”若以生物工程為中心，就是“仿生機(jī)電一體化”若以光學(xué)為中心，就是“光機(jī)電一體化”若以磁記錄為中心，就是機(jī)電磁光一體化。在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，傳感器起著監(jiān)視測(cè)量的作用，它把周圍環(huán)境的物理量檢測(cè)出來變換為電信號(hào)，經(jīng)傳輸進(jìn)入信息處理電路進(jìn)行判斷、存貯和運(yùn)算，是不可缺少的中樞神經(jīng)系統(tǒng)。2傳感器的研究現(xiàn)狀與發(fā)展傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，主要用于檢測(cè)機(jī)電一體化系統(tǒng)自身與操作對(duì)象、作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)，為有效地控制機(jī)電一體化系統(tǒng)的運(yùn)作提供必須的相關(guān)信息。21世紀(jì)人類將全面進(jìn)入信息電子化時(shí)代，隨著人類探知領(lǐng)域和空間的拓展，電子信息種類的日益繁多，信息傳遞的速度日益加快，信息處理能力日益增強(qiáng)，相應(yīng)的信息采集——傳感技術(shù)也將日益發(fā)展，進(jìn)而傳感器也將無所不在。從20世紀(jì)80年代起，逐步在世界范圍內(nèi)掀起了一股“傳感器熱”，各先進(jìn)工業(yè)國(guó)都極為重視傳感技術(shù)和傳感器的研究、開發(fā)和生產(chǎn)。傳感技術(shù)已經(jīng)成為重要的現(xiàn)代科技領(lǐng)域，而傳感器及其系統(tǒng)的生產(chǎn)已成為重要的新興行業(yè)?，F(xiàn)在，全世界傳感器市場(chǎng)的銷售總額已超過200億美元，并以80％的年增長(zhǎng)率向前發(fā)展，其產(chǎn)品品種突破2萬種。它們被廣泛地應(yīng)用于鋼鐵、能源、交通、機(jī)械制造、通信、化工、汽車、家電、金融、商業(yè)和農(nóng)業(yè)等行業(yè)。我國(guó)在“八五”期間已把傳感器技術(shù)列入國(guó)家重點(diǎn)攻關(guān)計(jì)劃及中長(zhǎng)期科技發(fā)展重點(diǎn)新技術(shù)之一，在本世紀(jì)已跨入高速發(fā)展時(shí)期，并不失時(shí)機(jī)地開發(fā)新產(chǎn)品，使之成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。3傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用傳感器是左右機(jī)電一體化系統(tǒng)(或產(chǎn)品)發(fā)展的重要技術(shù)之一，廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)化產(chǎn)品之中：工業(yè)機(jī)器人之所以能夠準(zhǔn)確操作，是因?yàn)樗軌蛲ㄟ^各種傳感器來準(zhǔn)確感知自身、操作對(duì)象及作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)，包括：其自身狀態(tài)信息的獲取通過內(nèi)部傳感器(位置、位移、速度、加速度等)來完成、操作對(duì)象與外部環(huán)境的感知通過外部傳感器來實(shí)現(xiàn)，這個(gè)過程非常重要，足以為機(jī)器人控制提供反饋信息。通常微動(dòng)開關(guān)、光電開關(guān)、電渦流等傳感器安裝在機(jī)器人的每個(gè)關(guān)節(jié)上進(jìn)行零位和極限位置的檢測(cè)，前者保證機(jī)器人的重復(fù)定位精度和軌跡精度，后者則起保護(hù)機(jī)器人和安全動(dòng)作的作用。位移傳感器一般也都安裝在機(jī)器人的各關(guān)節(jié)上，用于檢測(cè)機(jī)器人各關(guān)節(jié)的位移量，作為位置控制信息。速度、加速度傳感器用來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人各關(guān)節(jié)的速度閉環(huán)控制和加速度控制。觸覺傳感器裝設(shè)在機(jī)器人腕、手爪等部位，通過觸覺確認(rèn)對(duì)象的位置從而修正手爪的位置以便能準(zhǔn)確地抓住對(duì)象物。CNC機(jī)床和MC(加工中心)是由計(jì)算機(jī)控制的多功能自動(dòng)化機(jī)床，在實(shí)現(xiàn)其閉環(huán)控制的過程中，大量運(yùn)用了位移(位置)、速度、限位及零位檢測(cè)傳感器，通過檢測(cè)機(jī)床各軸的移動(dòng)位置和速度進(jìn)行位置數(shù)顯、位置反饋和速度反饋，以提高運(yùn)動(dòng)精度和動(dòng)態(tài)性能。隨著傳感器技術(shù)和其他新技術(shù)的應(yīng)用，現(xiàn)代化汽車工業(yè)進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)期。汽車的機(jī)電一體化要求用自動(dòng)控制系統(tǒng)取代純機(jī)械式控制部件，這不僅僅是體現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)上，為了更全面地改善汽車性能，增加人性化服務(wù)功能，降低油耗，減少排氣污染，提高行駛安全性、可靠性、操作方便和舒適性，先進(jìn)的檢測(cè)和控制技術(shù)已經(jīng)擴(kuò)大到了汽車全身。在其所有重點(diǎn)控制系統(tǒng)中，必不可少地使用了曲軸位置傳感器、吸氣及冷卻水溫度傳感器、壓力傳感器、氧氣傳感器等各種傳感器。4傳感器的發(fā)展趨勢(shì)柔性制造系統(tǒng)(FMS)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)是機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，它們的主要標(biāo)志是生產(chǎn)的柔性化、機(jī)器的智能化和腦力勞動(dòng)的自動(dòng)化，在很大程度上取決于自動(dòng)化傳感器的監(jiān)控功能。若傳感器不過關(guān)，二次儀表再精密也是徒勞的。21世紀(jì)傳感器的特點(diǎn)是高性能(即高精度、高靈敏度、線性、無滯后、高速響應(yīng))、高可靠性(即壽命長(zhǎng)，失效保險(xiǎn)、耐惡劣環(huán)境)和高批量生產(chǎn)性(即集成、小型、簡(jiǎn)單、輕便、成本低)。21世紀(jì)傳感器的發(fā)展趨勢(shì)是，除了不斷提高性舷和可靠性外，努力實(shí)現(xiàn)小型集成化、測(cè)量放大一體化、無觸點(diǎn)化和智能化，同時(shí)開拓新領(lǐng)域，研制新型傳感器。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)控制的信息就無法獲得，進(jìn)而使整個(gè)系統(tǒng)就無法正常有效的工作。我國(guó)傳感器的研究主要集中在專業(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：(1)先進(jìn)的計(jì)算、模擬和設(shè)計(jì)方法；(2)先進(jìn)的微機(jī)械加工技術(shù)與設(shè)備；(3)先進(jìn)的封裝技術(shù)與設(shè)備；(4)可靠性技術(shù)研究等方面。因此，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。傳感器技術(shù)今后的發(fā)展方向可有以下幾個(gè)方面：4.1小型化隨著半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已把敏感元件與敏感元件信息處理電路以及電源部分制作在同一基片上，從而使檢測(cè)及信號(hào)處理一體化。其尺寸可做得很小。4.2多功能化——集成傳感器近年來出現(xiàn)的一種將文字、圖形、物體等具有二維分布的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換威電信號(hào)或?qū)㈦娦盘?hào)轉(zhuǎn)換成光學(xué)圖像的顯示器件，都是利用光電轉(zhuǎn)換原理組成的網(wǎng)狀陣列。這種集成多功能傳感器已成為傳感器研究和發(fā)展中最集中、最活躍的領(lǐng)域。從點(diǎn)到一維、二維、三維空間圖的檢出，將向四維(含時(shí)間)信號(hào)感受空間發(fā)展。使傳感器與放大、運(yùn)算及溫度補(bǔ)償環(huán)節(jié)一體化，具有信號(hào)轉(zhuǎn)換和處理功能。并將實(shí)現(xiàn)傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的復(fù)臺(tái)化。4.3學(xué)習(xí)、判斷、創(chuàng)造能力——智能傳感器智能傳感器不僅對(duì)外界諸信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，而且有存諸記憶和解析統(tǒng)計(jì)處理、控制及打印等功能，將復(fù)雜的信息和數(shù)字處理由集中處理轉(zhuǎn)為分散處理，大大降低了計(jì)算機(jī)成本。它還具有自校、跟蹤、越限報(bào)警、輸出打印、鍵盤、顯示、D/A轉(zhuǎn)換等接口。為保證整機(jī)協(xié)調(diào)工作，應(yīng)設(shè)計(jì)管理程序。開機(jī)后，智能傳感器經(jīng)自檢并報(bào)告用戶正常運(yùn)行后，逐漸采集檢出信號(hào)，進(jìn)行處理和輸出，將傳感器與微電腦的軟，硬件集成一體，具有一定的人工智能，是傳感器的重大突破。4.4向檢測(cè)下限挑戰(zhàn)——量子傳感器傳感器的極限檢測(cè)范圍取決于量子力學(xué)效應(yīng)。磁傳感器的優(yōu)點(diǎn)是能直接高速進(jìn)行檢測(cè)，并不易受污染的影響。其中，桉磁共振吸收式傳感器能測(cè)量地球磁場(chǎng)強(qiáng)度。約瑟夫遜效應(yīng)磁傳感器，利用超低溫下的超導(dǎo)現(xiàn)象測(cè)量的極微弱磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)，并能感知伴隨人的血液流動(dòng)而產(chǎn)生的極微小磁場(chǎng)變化。使用約瑟夫遜效應(yīng)式熱噪聲溫度計(jì)，可以測(cè)K的超低溫。這些特殊的性能，將導(dǎo)致新技術(shù)、新學(xué)科的誕生。4.5開拓新領(lǐng)域——生物傳感器和化學(xué)傳感器目前實(shí)用傳感器大多數(shù)為物理型，而化學(xué)型和生物型傳感器很不成熟。生物傳感器，如酶?jìng)鞲衅?、微生物傳感器、免疫傳感器，能彌補(bǔ)化學(xué)傳感器分辨率差的缺點(diǎn)。但它是利用生物敏感物質(zhì)選擇識(shí)別分子功能的生物效應(yīng)來變換信號(hào)的，因此其研制技術(shù)難度大。有效利用小型可靠的集成電路與半導(dǎo)體集成技術(shù)的組合，開發(fā)高靈敏度的生物傳感器，和酶素FET和免疫FET是今后的發(fā)展趨勢(shì)。這種新型的FET集成生物化學(xué)電路，將迎來現(xiàn)代人造器官及其附屬測(cè)定系統(tǒng)的新時(shí)代。4.6智能機(jī)器人的三維視覺傳感器近年來工業(yè)機(jī)器人使用的第三代計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)不僅能測(cè)量出灰度值，還能利用立體攝像技術(shù)確定物體的三維坐標(biāo)。目前正在發(fā)展的第四代視覺系統(tǒng)甚至能揭示看不見表面(如物體背面)的信息。近期正在研究根據(jù)景物的復(fù)雜程度，利用立體攝像機(jī)和激光測(cè)距儀將完成三維視覺的任務(wù)?？梢云诖斯ぶ悄?、仿生學(xué)和機(jī)器入學(xué)的結(jié)合，將迎來機(jī)器人的新時(shí)代。5結(jié)論由以上可以看出，傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用，能夠有效的提升系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，提升其工作效率，因此加大對(duì)傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用的相關(guān)研究，有著深遠(yuǎn)意義。參考文獻(xiàn)[1]安培成.淺析傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].內(nèi)燃機(jī)與配件,2018(1):2.[2]馬宇麗.傳感器及檢測(cè)技術(shù)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程,2018(9):1.[3]滑娟,翟二寧.傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件,2021(3):2.[4]曾立.傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].2021.[5]張蕾.淺析傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].建材與裝飾,2021.[6]孫博仁.機(jī)電一體化系統(tǒng)中傳感器與檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用研究[J].電子樂園,2019(4):1.[7]