智能传感器在机电一体化设备中的应用研究

王文恒 包头职业技术学院

智能传感器在机电一体化设备中的应用研究

王文恒 包头职业技术学院

传感器是机电一体化系统中必不可少的零部件，能实时监测系统的运行状态，是实现系统的信息处理，自动监测并及时做出控制决策的基础，本文在详细阐述不同传感器的特性基础上，对传感器在机电一体化中的运用做出剖析，并对传感器技术的发展方向进行预测。

传感器技术 特点 机电一体化 应用

传感器技术近年来发展迅猛，也是当代科学技术发展水平的一个重要标杆，是信息产业的三大支柱之一，被誉为人类五官的延伸。随着计算机技术的发展，传感器探测技术在应用上越来越成熟，各国重新掀起对传感器技术的研究热潮。经过了几十年的发展，传感器及其所覆盖的相应机电技术已成为重要的高新技术产业之一，而传感器与半导体、计算机、信息处理监测技术、微电子技术等机电一体化的众多技术的更深层次的结合，使传感器的作用越来越明显。

1 常用智能传感器的性能特点

1.1 电阻式传感器

在机电一体化设备中，利用机械装置或者电阻本身的一些特性将被测量物体的变化转为电阻阻值的变化，进而输出不同电流或电压信号的就是电阻式传感器。可用于许多机械工程中的温度变化的检测和距离的测量。例如，某些变阻器式传感器监测精度可达千分之一以上。电阻式传感器按照不同工作的原理大体可分为：变阻器式、光敏式、电阻应变式、电敏式等。在生活中，电阻式传感器应用实例也有很多，如电子称、煤气储量检测装置等。

1.2 电容式传感器

电容式压力传感器与电阻式式传感器类似，区别在于电容式传感器是利用电容敏感元件的特性，将传感器所受压力转化为与之对应的电容输出。它的一个电极是金属薄膜，金属薄膜受到压力会发生变形，从而导致薄膜与另一电极之间储存的电容量发生很大改变，进而输出电信号。这种传感器的优点是结构比较简单，动态响应也较好，温度变化小，最为关键的是可以在不接触被测物体的情况下进行测量。然而，负载能力不好，阻抗也较大。

1.3 电感式传感器

电感式传感器根据工作感应形式的不同种类也有很多，其中涡流式、互感式、自感式传感器最为普遍。工作原理大同小异，都是通过电磁感应原理使被测量的物理量转换成互感系数M或线圈自感系数L的变化，接着，测量电路发现并识别这些信号，随后转化为电量的输出。

线圈的近似电感量为：

图1.1 变气隙式自感传感器结构

电感式传感器由于不和被测量物体直接接触，所以有工作寿命长、可靠度高等特点，而且因为电感本身的灵敏性，电感式传感器精度及分辨率都很高。缺点是当幅值稳定性较差或激励电源的频率过高时，测量不稳定。因此高频动态测量通常不用电感式传感器。

1.4 压电式传感器

压电式传感器是利用材料的压电效应做出来的传感器。压电材料受力后产生电荷，经过测量电路放大后转为正比于所受压力的电量输出。压电式传感器通常用于测量力和相关的运动特征，具有结构简单、频带较宽、灵敏度极高、重量较轻、工作可靠等很多优点。压电式传感器在工程力学、电学、仿生学等机电技术领域应用普遍。

压电式传感器的工作电压与电容参数：压电传感器的两端绝缘体构成了一个一个电容器，晶体不同表面聚集着不同电荷，相当于正负极，两极间形成电介质，则其电容量为：当压电元件受外力时，两表面产生等量的正负电荷，压电元件的开路电压为：

2 机电设备中传感器的发展趋势

随着元件生产的工艺水平越来越高，传感器的监测精度，稳定性等也越来越好，未来传感器的发展趋势必然具有体积微型化，监测智能化，功能多样化，传输无线化等特点。要实现以上变革，传感器技术首先要在新材料方面有所突破，其次，改进生产工艺也是必然要求。现在各国政府都在展开对传感器新材料及生产工艺的攻克，并且取得了不错的成果。

3 结语

传感器技术是实现装置自动化，智能化的一个关键环节，是机电实现一体化过程中极其重要的主要技术之一，系统的功能很大程度上取决于传感器的性能的好坏。在工作状态良好的机电设备中，传感检测技术准确无误的对监测对象进行检测并且转化为稳定可靠的信号输出。随着机电一体化的进一步发展，必然推动传感器技术向智能化，微型化，多功能化深入发展。

[1]韩连英.光纤传感器在机械设备检测中的应用[J].光机电信息.2006(3)

[2]张开逊.现代传感技术在信息科学中的地位[J].工业计量.2006(1)

[3]武昌俊.自动检测技术及应用[M].北京：机械工业出版社，2005.

[4]梁景凯.机电一体化技术与系统[M].北京：机械工业出版社，1999.

[5]陈瑜.国外机电一体化技术发展趋势[J].国外机电一体化技术.2000，5

王文恒，1970.2.15，男，汉，辽宁省盖县，工程师，中级，高级技师，包头职业技术学院，研究方向：机电工程类。