王文恒 包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院

智能傳感器在機(jī)電一體化設(shè)備中的應(yīng)用研究

王文恒 包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院

傳感器是機(jī)電一體化系統(tǒng)中必不可少的零部件，能實時監(jiān)測系統(tǒng)的運行狀態(tài)，是實現(xiàn)系統(tǒng)的信息處理，自動監(jiān)測并及時做出控制決策的基礎(chǔ)，本文在詳細(xì)闡述不同傳感器的特性基礎(chǔ)上，對傳感器在機(jī)電一體化中的運用做出剖析，并對傳感器技術(shù)的發(fā)展方向進(jìn)行預(yù)測。

傳感器技術(shù) 特點 機(jī)電一體化 應(yīng)用

傳感器技術(shù)近年來發(fā)展迅猛，也是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的一個重要標(biāo)桿，是信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱之一，被譽為人類五官的延伸。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，傳感器探測技術(shù)在應(yīng)用上越來越成熟，各國重新掀起對傳感器技術(shù)的研究熱潮。經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，傳感器及其所覆蓋的相應(yīng)機(jī)電技術(shù)已成為重要的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一，而傳感器與半導(dǎo)體、計算機(jī)、信息處理監(jiān)測技術(shù)、微電子技術(shù)等機(jī)電一體化的眾多技術(shù)的更深層次的結(jié)合，使傳感器的作用越來越明顯。

1 常用智能傳感器的性能特點

1.1 電阻式傳感器

在機(jī)電一體化設(shè)備中，利用機(jī)械裝置或者電阻本身的一些特性將被測量物體的變化轉(zhuǎn)為電阻阻值的變化，進(jìn)而輸出不同電流或電壓信號的就是電阻式傳感器?？捎糜谠S多機(jī)械工程中的溫度變化的檢測和距離的測量。例如，某些變阻器式傳感器監(jiān)測精度可達(dá)千分之一以上。電阻式傳感器按照不同工作的原理大體可分為：變阻器式、光敏式、電阻應(yīng)變式、電敏式等。在生活中，電阻式傳感器應(yīng)用實例也有很多，如電子稱、煤氣儲量檢測裝置等。

1.2 電容式傳感器

電容式壓力傳感器與電阻式式傳感器類似，區(qū)別在于電容式傳感器是利用電容敏感元件的特性，將傳感器所受壓力轉(zhuǎn)化為與之對應(yīng)的電容輸出。它的一個電極是金屬薄膜，金屬薄膜受到壓力會發(fā)生變形，從而導(dǎo)致薄膜與另一電極之間儲存的電容量發(fā)生很大改變，進(jìn)而輸出電信號。這種傳感器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)比較簡單，動態(tài)響應(yīng)也較好，溫度變化小，最為關(guān)鍵的是可以在不接觸被測物體的情況下進(jìn)行測量。然而，負(fù)載能力不好，阻抗也較大。

1.3 電感式傳感器

電感式傳感器根據(jù)工作感應(yīng)形式的不同種類也有很多，其中渦流式、互感式、自感式傳感器最為普遍。工作原理大同小異，都是通過電磁感應(yīng)原理使被測量的物理量轉(zhuǎn)換成互感系數(shù)M或線圈自感系數(shù)L的變化，接著，測量電路發(fā)現(xiàn)并識別這些信號，隨后轉(zhuǎn)化為電量的輸出。

線圈的近似電感量為：

圖1.1 變氣隙式自感傳感器結(jié)構(gòu)

電感式傳感器由于不和被測量物體直接接觸，所以有工作壽命長、可靠度高等特點，而且因為電感本身的靈敏性，電感式傳感器精度及分辨率都很高。缺點是當(dāng)幅值穩(wěn)定性較差或激勵電源的頻率過高時，測量不穩(wěn)定。因此高頻動態(tài)測量通常不用電感式傳感器。

1.4 壓電式傳感器

壓電式傳感器是利用材料的壓電效應(yīng)做出來的傳感器。壓電材料受力后產(chǎn)生電荷，經(jīng)過測量電路放大后轉(zhuǎn)為正比于所受壓力的電量輸出。壓電式傳感器通常用于測量力和相關(guān)的運動特征，具有結(jié)構(gòu)簡單、頻帶較寬、靈敏度極高、重量較輕、工作可靠等很多優(yōu)點。壓電式傳感器在工程力學(xué)、電學(xué)、仿生學(xué)等機(jī)電技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用普遍。

壓電式傳感器的工作電壓與電容參數(shù)：壓電傳感器的兩端絕緣體構(gòu)成了一個一個電容器，晶體不同表面聚集著不同電荷，相當(dāng)于正負(fù)極，兩極間形成電介質(zhì)，則其電容量為：當(dāng)壓電元件受外力時，兩表面產(chǎn)生等量的正負(fù)電荷，壓電元件的開路電壓為：

2 機(jī)電設(shè)備中傳感器的發(fā)展趨勢

隨著元件生產(chǎn)的工藝水平越來越高，傳感器的監(jiān)測精度，穩(wěn)定性等也越來越好，未來傳感器的發(fā)展趨勢必然具有體積微型化，監(jiān)測智能化，功能多樣化，傳輸無線化等特點。要實現(xiàn)以上變革，傳感器技術(shù)首先要在新材料方面有所突破，其次，改進(jìn)生產(chǎn)工藝也是必然要求?，F(xiàn)在各國政府都在展開對傳感器新材料及生產(chǎn)工藝的攻克，并且取得了不錯的成果。

3 結(jié)語

傳感器技術(shù)是實現(xiàn)裝置自動化，智能化的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是機(jī)電實現(xiàn)一體化過程中極其重要的主要技術(shù)之一，系統(tǒng)的功能很大程度上取決于傳感器的性能的好壞。在工作狀態(tài)良好的機(jī)電設(shè)備中，傳感檢測技術(shù)準(zhǔn)確無誤的對監(jiān)測對象進(jìn)行檢測并且轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定可靠的信號輸出。隨著機(jī)電一體化的進(jìn)一步發(fā)展，必然推動傳感器技術(shù)向智能化，微型化，多功能化深入發(fā)展。

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王文恒，1970.2.15，男，漢，遼寧省蓋縣，工程師，中級，高級技師，包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，研究方向：機(jī)電工程類。