检测传感技术的应用解析.doc

浅谈检测传感技术的应用及进展 摘要：随着机电一体化技术的发展,以传感器为核心的检测系统就像人的感知器官一样，提供各种信息，以使机电一体化系统能高精度地完成自动控制和自动调节功能。本篇文章分析了传感器发展与研究现状,对检测传感器在机电一体化中的应用过程进行了较深入的分析,探讨了传感技术的日后发展趋势等问题。 关键字：传感技术，机电一体化，现状，发展，应用 传感器的研究现状 传感器技术是当今世界令人瞩目、迅猛发展的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志，与通信技术、计算机技术共同构成21世纪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、计算机技术取得飞速发展时，人们逐步认识到作为信息获取装置的传感器没有跟上信息技术的发展，而惊呼“大脑发达、五官不灵。” 1.1、国外的研究现状 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”。美国国家长期安全和经济繁荣至关重要的22项技术中有6项与传感器信息处理技术直接相关。美国国防部将传感器技术列为20项关键技术之一；与保护美国武器系统质量优势至关重要的关键技术中，有8项与无源传感器技术有关；美国空军2000年提出的15项有助于提高21世纪美国空军作战能力的关键技术中，传感器技术名列第二。日本把传感器技术与计算机、通信、激光、半导体、超导并列为6大核心枝术；日本科技厅制定的90年代70个重点科研项目中，18项与传感器技术密切相关。德国视军用传感器为优先发展技术；英、法等国对传感器的开发投资逐年递增；原苏联军事航天计划中的第五条列有传感器技术。正是由于世界各国的普遍重视和投人开发，传感器发展十分迅速,近十几年来其产量及市场需求年增长率平均在10%以上。目前世界上从事传感器研制生产的单位已达到5000余家。美国、欧洲、俄罗斯各自拥有1000余个从事传感器研究和生产的厂家,日本有800余家，其中不少是世界著名厂商。 1.2、国内的研究现状 我国在“八五”已把传感器技术列人国家重点攻关计划及中长期科技发展重点新技术之一，先后组建了黑龙江(气敏)、安徽(力敏)、陕西(电压敏)三个产业基地与企业集团。我国传感器的研制开发虽然起步不晚,但受到国民经济发展水平及资金的限制，以及在实际上对其重要性认识的误区，致使传感器行业技术还很落后、发展缓慢、规模较小、应用较窄。目前我国从事传感器开发生产的单位达到1300余家，其中：生产厂家占58.9%，科研单位占27%，高等院校占10%,其他占4.1%。拥有职工总人数约4.2万人，固定资产总额5亿多元;研究开发领域由单一的品种扩展到光敏、热敏、力敏、电压敏、磁敏、气敏、湿敏、声敏、射线敏、离敏、生物敏以及各种传感器、变送器、二次仪表等多种类型，主要产品有3000多种。1990年传感器产量达到1亿只，产值是58亿元，利税1.7亿元，其中结构型传感器占67.9%、物理型传感器占31.3%、智能型仅占0.8%,预计到2010年我国传感器产量将达到约10亿只，产值约为60亿元，并有少量可供出口。尽管我国敏感元件与传感器的研究与发展有了很大的进步，但与发达国家相比还有很大差距，主要表现在产品的质量、生产规模、市场开发、销售等方面。 传感器在机电一体化中的应用 检测传感技术的内容，一是研究如何将各种物理量（如位置、位移、速度、加速度、力、温度、压力、流量、成分等等）转换成与之成比例的电量；二是研究对转换的电信号的加工处理（如放大、补偿、标度变换等等）。 （图1） 作为机电一体化的基本支撑技术，检测传感技术就像神经和感官一样，源源不断地提供种种信息，以便机电一体化系统能高精度地完成自动控制和自动调节功能。 2.1、机器人用传感器 机器人之所以能够准确操作，是因为它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（图2）。 （图2） 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，（图3）为机器人假肢手的实验平台，（图4）为示意图。 （图3） （图4） 2.2、机械加工过程中传感器的应用 切削过程和机床运行过程的传感技术（图5）。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。切削过程传感检测技术包括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