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机电毕业论文

机电一体化系统中的传感器技术分析

摘要:随着汽车智能化、电子化、小型化和轻型化,汽车对传感器的需求已经成为众多行业中之最,下面是小编搜集整理的一篇探究机电一体化系统传感器技术的 论文范文 ,供大家阅读参考。 【摘 要】 随着人类探知领域和空间的拓展,电子信息种类日益繁多,信息传递速度
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  随着汽车智能化、电子化、小型化和轻型化,汽车对传感器的需求已经成为众多行业中之最,下面是小编搜集整理的一篇探究机电一体化系统传感器技术的论文范文,供大家阅读参考。

  【摘 要】随着人类探知领域和空间的拓展,电子信息种类日益繁多,信息传递速度日益加快,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,传感器也将无所不在。

  【关键词】传感器技术;机电一体化;应用

  一、前言

  传感器相当于人的感觉器官,是一种能把被测的非电量转换为各种易于测量的电信号的部件。国际电工委员会的定义为:“传感器是测量系统中的一种前置部件,它将输入变量转换成可供测量的信号”。随着现代技术的不断发展,作为信息采集系统的前端单元,传感器的作用越来越重要。传感器已成为自动化系统和机器人技术中的关键部件,作为系统中的一个结构组成,其重要性变得越来越明显。

  二、传感器技术在机电一体化系统中的应用

  (一)机械加工过程的传感检测技术

  在机械加工过程中,需要检测的地方很多。加工前,最好对坯件和所用的加工设备进行各种自动检查,以保证加工过程能够正常地开始,如自动判断和调整坯件的夹持方位,确定上床后装夹的变形情况和夹紧力的大小;加工完毕后对工件进行测量,以便确定产品合格与否,如对工件的尺寸、粗糙度、形状和位置公差(圆度、锥度、平面度、同轴度等)的测量。对诸如齿轮和螺纹等工件,还要检测其齿距、螺距、节距半径、导程等。这些检测最好能自动地进行,并将检测结果输入下道工序,作为选用的条件;在加工过程中为了保证精密产品的合格率,对加工条件也有严格的要求,因而加工过程中对诸如切削速度、切削力、切削扭距、进给速度、温度、压力和振动等参数进行自动检测和自动调整,以期达到加工条件处于最佳状态。又如切削过程的传感检测技术。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。切削过程传感器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。在研究机床加工(切削)情况下的动态稳定性、自激现象和加工精度等问题时,需要用压电式加速度计、力传感器等仪器测量刀架、床身等有关部位的振动、机械阻抗等参数,检验机床的动态特性,找出提高精度的薄弱环节。通过对切削力的测量,可以研究金属的切削原理,为机床和夹具的设计和制定切削用量提供必要的切削力数据,也是评价刀架结构和材料的重要依据。目前我国多采用应变式和压电式三向切削力传感器进行测量。

  (二)传感器技术在汽车行业的应用

  近年来,随着汽车智能化、电子化、小型化和轻型化,汽车对传感器的需求已经成为众多行业中之最。现代汽车凡是采用电子控制的系统或装置,都离不开传感器,如自动变速器、汽车制动防抱死系统、驱动防滑系统等。尤其是近几年,车用电子装置越来越多,如安全报警装置、通信装置、娱乐装置以及为提高舒适、减轻疲劳采用的辅助驾驶装置等等。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,先进的检测和控制技术已扩大到汽车全身。如发动机控制系统的传感器、底盘控制用传感器、车身控制用传感器和导航系统用传感器。业内人士普遍认为,实现汽车系统最优化的关键是能否使用高可靠度、高性能的传感器。

  汽车传感器的特点:一是适应性强、耐恶劣环境。因汽车可能工作在极度恶劣的气候条件下,有时尘土弥漫,有时风雨交加,所以传感器应具有很好的密封性,耐潮湿、抗腐蚀能力强。二是抗干扰能力强。传感器都安装在汽车发动机舱中,除了要能够承受发动机工作时的高温、高压、燃烧废气腐蚀之外,还要求有良好的抗震性能,抵抗发动机工作时的强烈震动,另外,发动机工作时会产生电磁波,因此要求传感器具有抗干扰能力。三是稳定性和可靠性高。汽车的各种零部件一般要求能运行10×104km以上,并且勿须更换和调整仍能满足规定的技术指标。因此,传感器必须具有高稳定性和高可靠性。四是价格低廉,适应大批量生产。这要求传感器的一致性好,不需要复杂调整,适合自动化生产。

  传感器在汽车所有重点控制系统中,必不可少地使用曲轴位置传感器、吸气及冷却水温度传感器、压力传感器、气敏传感器等各种传感器。以发动机控制系统的传感器为例。汽车发动机控制系统用传感器是整个汽车传感器的核心,种类很多,包括温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、流量传感器、气体浓度传感器和爆震传感器等。通过这些传感器的检测,向发动机的电子控制单元(ECU)提供发动机的工作状况信息,供ECU对发动机工作状况进行精确控制,以提高发动机的动力性、降低油耗、减少废气排放,并进行故障检测。由于发动机工作在高温、振动、冲击、潮湿以及蒸汽、盐雾、腐蚀和油泥污染的恶劣环境中,因此发动机控制系统用传感器耐恶劣环境的技术指标要比一般工业用传感器高,而最关键的是测量精度和可靠性。否则,由传感器带来的测量误差将最终导致发动机控制系统难以正常工作或产生故障。

  而汽车安全管理系统也是广泛使用传感器的领域。汽车侧边气囊的控制有加速度传感器和压力传感器两种方案。权威数据表明,与加速度传感器相比,压力传感器在检测侧边撞击的速度方面,比加速度传感器快了将近3倍,而误动作的概率则更小。因此,压力传感器未来在汽车安全管理系统将得到更广泛的应用。

  (三)传感器在数控机床上的应用

  数控机床是采用了数控技术的机床,它是用数字信号控制机床运动及其加工过程。具体地说,是将刀具移动轨迹等加工信息用数字化的代码记录在程序介质上,然后输入数控系统,经过译码、运算、发出指令,自动控制机床上的刀具与工件之间的相对运动,从而加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件,这种机床即为数控机床。在数控机床上应用的传感器主要有光电编码器、直线光栅、接近开关、温度传感器、霍尔传感器、电流传感器、电压传感器、压力传感器、液位传感器、旋转变压器、感应同步器、速度传感器和红外传感器等,主要用来检测位置、直线位移和角位移、速度、压力、温度等。嘲如在数控机床的实际操作当中,经常会出现传动轴传动过位的情况,如果这种情况不能及时发现和解决,机床就会出现故障从而影响实际工作。为了及时发现和消除故障,必须对数控机床的轴动过位情况进行实时检测。可采用光的、超声波的、机械的、红外的传感器等,对数控机床轴动过位情况进行检测,实现轴动过位的准确检测。又如在数控机床中,可用压力传感器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、气压系统中被用来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。总之,传感器应用于数控机床,解决了人工检测中的耗时且不能及时发现故障的难题,提高了工作效率,大大降低了数控机床的故障率,为故障的及时发现和排除提供了保障。由此可见,传感器的使用在数控系统中起着重要的作用,在很大程度上决定了数控系统的加工精度、加工质量等性能指标。随着数控技术的发展,数控系统中的传感器也将扮演更重要的角色,得到进一步的发展。

  三、传感器技术的发展趋势

  传感器技术所涉及的知识非常广泛,渗透到各个学科领域,但它们的共性是利用物理定律和物质的物理特性,将非电量转换成电量。所以探索新理论,采用新技术和新工艺及新材料,以期达到高质量的转换功能是传感器总的发展方向。

  在机电一体化系统中,无论是机械电子化产品(如数控机床),还是机电相互融合的高级产品(如机器人),都离不开检测与传感器这个重要环节。

  四、结束语

  随着机械工业自动化程度越来越高,对自动检测系统的要求越来越高,就要研究能用于连续和瞬时检测工件的传感器,促使自动检测系统的研究向着研制生产线上加工过程中的“在线”检测和控制、研究自动检测系统智能化、研究故障检测系统的方向发展。这就不断地向传感器技术提出新的要求,除了要求不断地开发出新型传感器外,还要求已经使用的传感器向提高性能和扩大使用范围、小型化和集成化、多功能化、智能化、微功耗及无源化、无接触化方向发展。

  参考文献

  [1]李小玲.传感器与检测技术在机电一体化系统中的应用[J].现代电子技术,2006,(1).

  [2]张正伟.传感器原理与应用【M】.北京:中央广播电视大学出版社.1997.

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