智能傳感器在機電一體化設備中的應用研究

王文恒 包頭職業技術學院

智能傳感器在機電一體化設備中的應用研究

王文恒 包頭職業技術學院

傳感器是機電一體化系統中必不可少的零部件，能實時監測系統的運行狀態，是實現系統的信息處理，自動監測并及時做出控制決策的基礎，本文在詳細闡述不同傳感器的特性基礎上，對傳感器在機電一體化中的運用做出剖析，并對傳感器技術的發展方向進行預測。

傳感器技術 特點 機電一體化 應用

傳感器技術近年來發展迅猛，也是當代科學技術發展水平的一個重要標桿，是信息產業的三大支柱之一，被譽為人類五官的延伸。隨著計算機技術的發展，傳感器探測技術在應用上越來越成熟，各國重新掀起對傳感器技術的研究熱潮。經過了幾十年的發展，傳感器及其所覆蓋的相應機電技術已成為重要的高新技術產業之一，而傳感器與半導體、計算機、信息處理監測技術、微電子技術等機電一體化的眾多技術的更深層次的結合，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

在機電一體化設備中，利用機械裝置或者電阻本身的一些特性將被測量物體的變化轉為電阻阻值的變化，進而輸出不同電流或電壓信號的就是電阻式傳感器。可用于許多機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測精度可達千分之一以上。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、電阻應變式、電敏式等。在生活中，電阻式傳感器應用實例也有很多，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化為與之對應的電容輸出。它的一個電極是金屬薄膜，金屬薄膜受到壓力會發生變形，從而導致薄膜與另一電極之間儲存的電容量發生很大改變，進而輸出電信號。這種傳感器的優點是結構比較簡單，動態響應也較好，溫度變化小，最為關鍵的是可以在不接觸被測物體的情況下進行測量。然而，負載能力不好，阻抗也較大。

1.3 電感式傳感器

電感式傳感器根據工作感應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，都是通過電磁感應原理使被測量的物理量轉換成互感系數M或線圈自感系數L的變化，接著，測量電路發現并識別這些信號，隨后轉化為電量的輸出。

線圈的近似電感量為：

圖1.1 變氣隙式自感傳感器結構

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。缺點是當幅值穩定性較差或激勵電源的頻率過高時，測量不穩定。因此高頻動態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做出來的傳感器。壓電材料受力后產生電荷，經過測量電路放大后轉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的運動特征，具有結構簡單、頻帶較寬、靈敏度極高、重量較輕、工作可靠等很多優點。壓電式傳感器在工程力學、電學、仿生學等機電技術領域應用普遍。

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

2 機電設備中傳感器的發展趨勢

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

3 結語

傳感器技術是實現裝置自動化，智能化的一個關鍵環節，是機電實現一體化過程中極其重要的主要技術之一，系統的功能很大程度上取決于傳感器的性能的好壞。在工作狀態良好的機電設備中，傳感檢測技術準確無誤的對監測對象進行檢測并且轉化為穩定可靠的信號輸出。隨著機電一體化的進一步發展，必然推動傳感器技術向智能化，微型化，多功能化深入發展。

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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，包頭職業技術學院，研究方向：機電工程類。