畢業(yè)論文傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用及發(fā)展的研究初稿

1、 畢 業(yè) 論 文題 目：傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用及發(fā)展的研究摘 要作為機(jī)電一體化專業(yè)的學(xué)生，在將來工作學(xué)習(xí)中都會以機(jī)電為主，所以必須對機(jī)電專業(yè)的相關(guān)知識有所了解，然而傳感器在機(jī)電一體化中占據(jù)了很重要的地位。它是檢測中首先感受被測量、并將它轉(zhuǎn)換成與被測量有確定對應(yīng)關(guān)系的電量器件，它是檢測和控制系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部分。機(jī)電一體化是在機(jī)械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中,傳感器處在系統(tǒng)之首,其作用相當(dāng)于系統(tǒng)感受器官,能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴(yán)酷環(huán)境考驗(yàn),是機(jī)電一體化系統(tǒng)達(dá)到高水平的保證。如果缺

2、少這些傳感器對系統(tǒng)狀態(tài)和信息精確而可靠的自動檢測,系統(tǒng)的信息處理、控制決策等功能就無法談及和實(shí)現(xiàn)。傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，是機(jī)電產(chǎn)品中是必不可少的器件之一。本文簡述了傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的作用及其地位，也講述了在機(jī)電一體化中常見的傳感器類型、特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)及用途等，還介紹了在機(jī)電一體化中傳感器的選擇指標(biāo)以及傳感器在以后的發(fā)展方向和未來發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：傳感器 機(jī)電一體化系統(tǒng) 傳感器技術(shù) 應(yīng)用領(lǐng)域 目 錄一、傳感器的基礎(chǔ)知識.4（一）、傳感器的定義和組成.4（二）、傳感器的分類. .6（三）、常用傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、及用途.6二、機(jī)電一體化系統(tǒng).9三、如何為機(jī)電一體化系統(tǒng)選擇傳感器（舉例

3、說明）.12 (一)、傳感器機(jī)電一體化系統(tǒng)之首.12（二）、如何選擇傳感器.13（三）、霍爾式傳感器的結(jié)構(gòu)、表現(xiàn)形式及應(yīng)用.15四、機(jī)電一體化系統(tǒng)中傳感器的發(fā)展方向及未來發(fā)展前景.17（一）、我國傳感技術(shù)的發(fā)展方向及若干問題.17（二）、我國傳感器技術(shù)今后的發(fā)展方向.19五、結(jié)束語.21六、致謝.22七、參考文獻(xiàn).22一、傳感器的基礎(chǔ)知識（一）、傳感器的定義和組成信息處理技術(shù)取得的進(jìn)展以及微處理器和計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，都需要在傳感器的開發(fā)方面有相應(yīng)的進(jìn)展。微處理器現(xiàn)在已經(jīng)在測量和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著這些系統(tǒng)能力的增強(qiáng)，作為信息采集系統(tǒng)的前端單元，傳感器的作用越來越重要。傳感器已成

4、為自動化系統(tǒng)和機(jī)器人技術(shù)中的關(guān)鍵部件，作為系統(tǒng)中的一個結(jié)構(gòu)組成，其重要性變得越來越明顯。 最廣義地來說，傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號的器件。國際電工委員會(IEC:InternationalElectrotechnicalCommittee)的定義為：“傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測量的信號”。按照Gopel等的說法是：“傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件”4，而“傳感器系統(tǒng)則是組合有某種信息處理(模擬或數(shù)字)能力的傳感器”。傳感器是傳感器系統(tǒng)的一個組成部分，它是被測量信號輸入的第一道關(guān)卡。傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、信號調(diào)節(jié)電路和其他輔

5、助電路組成。如圖2所示。圖2 傳感器構(gòu)成框圖一般進(jìn)入傳感器的信號幅度是很小的，而且還會混雜有干擾信號和噪聲。為了方便隨后的處理過程，首先要將信號整形成具有最佳特性的波形，有時還需要將信號線性化，此項(xiàng)工作是由放大器、濾波器以及其他一些模擬電路完成的。在某些情況下，這些電路的一部分是和傳感器部件直接相鄰的。成形后的信號隨后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并輸入到微處理器。傳感器系統(tǒng)的性能主要取決于傳感器，傳感器把某種形式的能量轉(zhuǎn)換成另一種形式的能量。有兩類傳感器：有源傳感器和無源傳感器。有源傳感器能將一種能量形式直接轉(zhuǎn)變成另一種，不需要外接的能源或激勵源。而無源傳感器不能直接轉(zhuǎn)換能量形式，但它能控制從另一輸入端輸

6、入的能量或激勵能。 傳感器承擔(dān)著將某個對象或過程的特定特性轉(zhuǎn)換成數(shù)量的工作。其“對象”可以是固體、液體或氣體，而它們的狀態(tài)可以是靜態(tài)的，也可以是動態(tài)(即過程)的。對象特性被轉(zhuǎn)換量化后可以通過多種方式進(jìn)行檢測。對象的特性可以是物理性質(zhì)的，也可以是化學(xué)性質(zhì)的。按照其工作原理，傳感器將對象特性或狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)換成可測定的電學(xué)量，然后將此電信號分離出來，送入傳感器系統(tǒng)加以評測或標(biāo)示。（二）、傳感器的分類傳感器可以從不同角度進(jìn)行分類：1、按被測量的屬性分類：可分為位移、速度、加速器、力、壓力、流量、溫度等傳感器。2、按傳感器的工作原理分類：可分為電阻式、電感式、電容式、壓電式、磁電式、激光式、光電式等傳感器

7、。3、按信號轉(zhuǎn)換特征分類：可分為結(jié)構(gòu)型傳感器、物性型傳感器。結(jié)構(gòu)型傳感器是被測量的變化轉(zhuǎn)換成敏感元件結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化而工作的（如電容、電感傳感器等），物性型傳感器則是利用敏感元件材料的物理性質(zhì)的某一特點(diǎn)而工作的（如壓電、磁電、光電傳感器等）。 4、按傳感器輸出參量的狀態(tài)分類:可分為模擬傳感器、數(shù)字傳感器。5、按工作時是否需要外部能源分類：可分為參量型傳感器、發(fā)典型傳感器。參量型傳感器（也稱為無源傳感器、能量控制型傳感器）必須借助與外加能源才能產(chǎn)生輸出信號（如電容、電感傳感器等），發(fā)電型傳感器（也稱為有源傳感器、能量轉(zhuǎn)換型傳感器）則在感受被測量時自身產(chǎn)生具有能量的信號（如壓電、磁電傳感器等）。（三

8、）、常用傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及用途.隨著材料科學(xué)的發(fā)展，物理型傳感器將發(fā)揮越來越重要的作用。電阻應(yīng)變式、電感式、電容式、壓電式等傳感器是測量工作中使用最多的傳感器，他們的工作原理簡單，測量轉(zhuǎn)化電路也基本固定，應(yīng)用技術(shù)比較成熟，下面就此幾種常用的傳感器進(jìn)行一下分析，首先我們必須了解他們的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)以及在生活中的用途。1、電阻應(yīng)變式傳感器 電阻應(yīng)式變傳感器具有悠久的歷史，是應(yīng)用最廣泛的傳感器之一。電阻應(yīng)變式傳感式是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變?yōu)殡娮枳兓膫鞲衅鳌?應(yīng)變式傳感器特征：不同材料類型：金屬應(yīng)變片、半導(dǎo)體應(yīng)變片應(yīng)變范圍：應(yīng)變力、壓力、轉(zhuǎn)矩、位移、加速度。主要優(yōu)點(diǎn)：使用簡單、精度高、范圍大、體積小。2、

9、電感式傳感器電感式傳感器 ：是利用電磁感應(yīng)把被測的物理量如位移，壓力，流量，振動等轉(zhuǎn)換成線圈的自感系數(shù)和互感系數(shù)的變化，再由電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出，實(shí)現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。電感式傳感器具有以下特點(diǎn)： （1）結(jié)構(gòu)簡單，傳感器無活動電觸點(diǎn)，因此工作可靠壽命長。 （2）靈敏度和分辨力高，能測出0.01微米的位移變化。傳感器的輸出信號強(qiáng)，電壓靈敏度一般每毫米的位移可達(dá)數(shù)百毫伏的輸出。 （3）線性度和重復(fù)性都比較好，在一定位移范圍（幾十微米至數(shù)毫米）內(nèi)，傳感器非線性誤差可達(dá)0.05%0.1%。同時，這種傳感器能實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)距離傳輸、記錄、顯示和控制，它在工業(yè)自動控制系統(tǒng)中廣泛被采用。但不足的是

10、，它有頻率響應(yīng)較低，不宜快速動態(tài)測控等缺點(diǎn)。 電感式傳感器種類很多，常見的有自感式，互感式和渦流式三種。電感式傳感器主要用于位移測量和可以轉(zhuǎn)換成位移變化的機(jī)械量（如力、張力、壓力、壓差、加速度、振動、應(yīng)變、流量、厚度、液位、比重、轉(zhuǎn)矩等）的測量。3、電容式傳感器把被測的機(jī)械量，如位移、壓力等轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器。它的敏感部分就是具有可變參數(shù)的電容器。其最常用的形式是由兩個平行電極組成、極間以空氣為介質(zhì)的電容器。電容式傳感器可分為極距變化型、面積變化型、介質(zhì)變化型三類。極距變化型一般用來測量微小的線位移或由于力、壓力、振動等引起的極距變化。面積變化型一般用于測量角位移或較大的線位移。介質(zhì)變化

11、型常用于物位測量和各種介質(zhì)的溫度、密度、濕度的測定。電容器傳感器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單,價格便宜，靈敏度高,過載能力強(qiáng)，動態(tài)響應(yīng)特性好和對高溫、輻射、強(qiáng)振等惡劣條件的適應(yīng)性強(qiáng)等。缺點(diǎn)是輸出有非線性，寄生電容和分布電容對靈敏度和測量精度的影響較大，以及聯(lián)接電路較復(fù)雜等。70年代末以來,隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了與微型測量儀表封裝在一起的電容式傳感器。這種新型的傳感器能使分布電容的影響大為減小，使其固有的缺點(diǎn)得到克服。電容式傳感器是一種用途極廣，很具發(fā)展?jié)摿Φ膫鞲衅鳌?、壓電式傳感器壓電式傳感器是一種自發(fā)電式和機(jī)電轉(zhuǎn)換式傳感器。它的敏感元件由壓電材料制成。壓電材料受力后表面產(chǎn)生電荷。此電荷經(jīng)電荷放大

12、器和測量電路放大和變換阻抗后就成為正比于所受外力的電量輸出。壓電式傳感器用于測量力和能變換為力的非電物理量，如壓力、加速度等(見壓電式壓力傳感器、加速度計)。它的優(yōu)點(diǎn)是頻帶寬、靈敏度高、信噪比高、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠和重量輕等。缺點(diǎn)是某些壓電材料需要防潮措施，而且輸出的直流響應(yīng)差，需要采用高輸入阻抗電路或電荷放大器來克服這一缺陷。配套儀表和低噪聲、小電容、高絕緣電阻電纜的出現(xiàn)，使壓電傳感器的使用更為方便。它廣泛應(yīng)用于工程力學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、電聲學(xué)等技術(shù)領(lǐng)域。傳感器在生活中應(yīng)用很廣泛，不只是以上幾種傳感器在生活中有應(yīng)用，還有很多很多，例如：霍爾式傳感器、熱電偶傳感器等等。二、機(jī)電一體化系統(tǒng)機(jī)電一體化又

13、稱機(jī)械電子學(xué)，英文稱為Mechatronics，它是由英文機(jī)械學(xué)Mechanics 的前半部分與電子學(xué)Electronics 的后半部分組合而成。機(jī)電一體化最早出現(xiàn)在1971年日本機(jī)械設(shè)計雜志的副刊上，隨著機(jī)電一體化技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)電一體化的概念被人們廣泛接受和普遍使用。1996年出版的WEBSTER大詞典收錄了這個日本造的英文單詞，這不僅意味著 “Mechatronics”這個單詞得到了世界各國學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的認(rèn)可，而且還意味著“機(jī)電一體化”的哲理和思想為世人所接受。 圖1機(jī)體化與其他學(xué)科的關(guān)系到目前為止，就機(jī)電一體化這一概念的內(nèi)涵國內(nèi)外學(xué)術(shù)界還沒有一個完全統(tǒng)一的表述。目前，較普遍的提法是

14、“日本機(jī)械振興協(xié)會經(jīng)濟(jì)研究所”于1981年的解釋：“機(jī)電一體化是在機(jī)械主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱”。機(jī)電一體化是以機(jī)械學(xué)、電子學(xué)和信息科學(xué)為主的多門技術(shù)學(xué)科在機(jī)電產(chǎn)品發(fā)展過程中相互交叉、相互滲透而形成的一門新興邊緣性技術(shù)學(xué)科。這里面包含了三重含義：首先，機(jī)電一體化是機(jī)械學(xué)、電子學(xué)與信息科學(xué)等學(xué)科相互融合而形成的學(xué)科。圖1形地表達(dá)了機(jī)電一體化與機(jī)械學(xué)、電子學(xué)和信息科學(xué)之間的相互關(guān)系；其次，機(jī)電一體化是一個發(fā)展中的概念，早期的機(jī)電一體化就像其字面所表述的那樣，主要強(qiáng)調(diào)機(jī)械與電子的結(jié)合，即將電子技術(shù)“溶入”到機(jī)械技術(shù)

15、中而形成新的技術(shù)與產(chǎn)品。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，以計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)為特征的信息技術(shù)（即所謂的“3C”技術(shù)：Computer、Communication和 Control Technology）“滲透”到機(jī)械技術(shù)中，豐富了機(jī)電一體化的含義，現(xiàn)代的機(jī)電一體化不僅僅指機(jī)械、電子與信息技術(shù)的結(jié)合，還包括光（光學(xué)）機(jī)電一體化、機(jī)電氣（氣壓）一體化、機(jī)電液（液壓）一體化、機(jī)電儀（儀器儀表）一體化等；最后，機(jī)電一體化表達(dá)了技術(shù)之間相互結(jié)合的學(xué)術(shù)思想，強(qiáng)調(diào)各種技術(shù)在機(jī)電產(chǎn)品中的相互協(xié)調(diào)，以達(dá)到系統(tǒng)總體最優(yōu)。因此，機(jī)電一體化是多種技術(shù)學(xué)科有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物，而不是它們的簡單疊加。機(jī)電一體化與機(jī)械電氣

16、化的主要區(qū)別有：電氣機(jī)械在設(shè)計過程中不考慮或少考慮電器與機(jī)械的內(nèi)在聯(lián)系，基本上是根據(jù)機(jī)械的要求，選用相應(yīng)的驅(qū)動電機(jī)或電氣傳動裝置；機(jī)械和電氣裝置之間界限分明，它們之間的聯(lián)結(jié)以機(jī)械聯(lián)結(jié)為主，整個裝置是剛性的；裝置所需的控制是基于電磁學(xué)原理的各種電器來實(shí)現(xiàn)的，屬于強(qiáng)電范疇，其主要支撐技術(shù)是電工技術(shù)。機(jī)械工程技術(shù)由純機(jī)械發(fā)展到機(jī)械電氣化，仍屬傳統(tǒng)機(jī)械，主要功能依然是代替和放大人的體力。但機(jī)電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的延伸，具有“智能化”的特征是機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化在功能上的本質(zhì)差別。從概念的外延來看，機(jī)電一體化包括機(jī)電一體化技術(shù)和機(jī)電一體化產(chǎn)品兩個方面。機(jī)電一體化技術(shù)

17、是從系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)出發(fā)，將機(jī)械、電子和信息等有關(guān)技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)或產(chǎn)品整體最優(yōu)的綜合性技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)主要包括技術(shù)原理和使機(jī)電一體化產(chǎn)品（或系統(tǒng)）得以實(shí)現(xiàn)、使用和發(fā)展的技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)是一個技術(shù)群（族）的總稱，包括檢測傳感技術(shù)、信息處理技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)、自動控制技術(shù)、機(jī)械技術(shù)及系統(tǒng)總體技術(shù)等。機(jī)電一體化產(chǎn)品有時也稱為機(jī)電一體化系統(tǒng)，它們是兩個相近的概念，通常機(jī)電一體化產(chǎn)品指獨(dú)立存在的機(jī)電結(jié)合產(chǎn)品，而機(jī)電一體化系統(tǒng)主要指依附于主產(chǎn)品的部件系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)實(shí)際上也是機(jī)電一體化產(chǎn)品。機(jī)電一體化產(chǎn)品是由機(jī)械系統(tǒng)（或部件）與電子系統(tǒng)（或部件）及信息處理單元（硬件和軟件）有機(jī)結(jié)合、而

18、賦予了新功能和新性能的高科技產(chǎn)品。由于在機(jī)械本體中“溶入”了電子技術(shù)和信息技術(shù)，與純粹的機(jī)械產(chǎn)品相比，機(jī)電一體化產(chǎn)品的性能得到了根本的提高，具有滿足人們使用要求的最佳功能。在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，工作過程的各種參數(shù)、工作狀態(tài)以及與工作過程有關(guān)的相應(yīng)信息都要通過傳感器進(jìn)行接收，并通過相應(yīng)的信號檢測裝置進(jìn)行測量，然后送入信息處理裝置以及反饋給控制裝置，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品工作過程的自動控制。機(jī)電一體化產(chǎn)品要求傳感器能快速和準(zhǔn)確地獲取信息并且不受外部工作條件和環(huán)境的影響，同時檢測裝置能不失真地對信息信號進(jìn)行放大、輸送和轉(zhuǎn)換。傳感器技術(shù)的發(fā)展正進(jìn)入集成化、智能化研究階段。把傳感器件與信號處理電路集成在一個芯片上，就

19、形成了信息型傳感器；若再把微處理器集成到信息型傳感器的芯片上，就是所謂的智能型傳感器。大力開展傳感器研究，對于機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展具有十分重要的意義。三、如何為機(jī)電一體化系統(tǒng)選擇傳感器（舉例說明）（一）傳感器機(jī)電一體化系統(tǒng)之首一個典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。 圖3 機(jī)電一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖從這個方框圖中可以看到，其中有一個很重要的環(huán)節(jié)就是測量模塊。測量模塊涉及采集有關(guān)系統(tǒng)狀態(tài)和行為的信息，由傳感器、調(diào)理電路、變換電路等組成。其輸入?yún)?shù)是確定機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊性能的物理參數(shù)，例如，強(qiáng)壓、壓力、位移、速度、力（力矩）以及變形等。輸出參數(shù)是被測量的特征參數(shù)，如電壓、電流、相位、頻率等。系統(tǒng)對測量

20、模塊的要求，就是不失真地反映被測量物理參數(shù)的時間變化曲線。這里包含了分辨率、精度、線性范圍、動態(tài)響應(yīng)等一系列技術(shù)指標(biāo)5。由此可見，在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，傳感器處于系統(tǒng)之首，其作用相當(dāng)于系統(tǒng)的感受器官，它能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴(yán)酷環(huán)境的考驗(yàn)，是機(jī)電一體化系統(tǒng)達(dá)到高水平的保證。如果缺少這些傳感器對系統(tǒng)狀態(tài)和對象信息精確而可靠的自動檢測，那么系統(tǒng)的信息處理、控制決策等功能就無法談及和實(shí)現(xiàn)。（二）如何選擇傳感器選擇傳感器主要考慮傳感器的類型、靈敏度、頻率響應(yīng)特性、線性范圍、可靠性與穩(wěn)定性、精度、工作方式等幾個方面的因素。 1、傳感器類型為實(shí)現(xiàn)對某一參數(shù)的測試，可供選用的傳感器類型可能會有很多。不

21、同類型的傳感器在原理、測量方式、信號輸出方式、精度、動態(tài)特性等諸多方面有著很大的差異。例如，測試機(jī)床主軸的振動時，可以選用電容式位移傳感器，而用電感式位移傳感器則無法滿足要求。 2、靈敏度 一般來說，傳感器的靈敏度越高越好，因?yàn)殪`敏度高的傳感器所能感受的最小被測參數(shù)變化小，當(dāng)被測參數(shù)發(fā)生變化時，傳感器將會產(chǎn)生較大的輸出變化。但應(yīng)注意： 靈敏度越高，外部干擾、噪聲就越容易混入。（1）一般來說，靈敏度越高測量（線性）范圍越小。（2）如果被測參數(shù)為二維或三維向量，則各測量方向上的單向靈敏度越高越好、交叉靈敏度越低越好。 3、頻率響應(yīng)特性在被測參數(shù)的頻帶內(nèi)，所選傳感器應(yīng)能實(shí)現(xiàn)近似的不失真測試；與幅頻特

22、性對應(yīng)的靈敏度應(yīng)盡可能高些，與相頻特性對應(yīng)的響應(yīng)時間越短越好。物性型傳感器的頻響特性比結(jié)構(gòu)型傳感器要好；非接觸式傳感器的頻響特性比接觸式傳感器要好。 4、線性范圍任何傳感器都有一定線性工作范圍。在線性范圍內(nèi)輸出與輸入成比例關(guān)系，線性范圍愈寬，則表明傳感器的工作量程愈大。傳感器工作在線性區(qū)域內(nèi)，是保證測試精度的基本條件。 線性范圍一般與靈敏度相互矛盾。 5、可靠性與穩(wěn)定性 可靠性是指儀器、裝置及其它產(chǎn)品在規(guī)定的條件下、規(guī)定的時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)指定功能的能力。傳感器的可靠性主要取決于設(shè)計、制造及使用時的工作環(huán)境條件等因素，特別是受后者的影響很大。穩(wěn)定性指的是測試裝置在長時間工作后或工作條件發(fā)生變化后保持其

23、性能不變的能力。穩(wěn)定性主要有時間穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性。穩(wěn)定性是傳感器可靠工作的條件和保證。 6、精度 傳感器的精度表示其輸出與輸入的被測量值的一致程度。傳感器是測試系統(tǒng)最前沿的環(huán)節(jié)，其輸出能否真實(shí)準(zhǔn)確地反映輸入的被測量值，將直接影響整個系統(tǒng)的使用性能。選用傳感器時，要綜合考慮精度的使用要求與經(jīng)濟(jì)性。一般在滿足精度使用要求的前提下，盡可能選用價廉的傳感器。7、工作方式：（1）接觸測量與非接觸測量（2）破壞性檢驗(yàn)與非破壞性檢驗(yàn)（3）在線測試與非在線測試 8、其它選用傳感器時還要兼顧結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、價格便宜、易于維護(hù)等因素。據(jù)此上述要求我們來講一下霍爾式傳感器，在講述之前首先我們必須了解此傳

24、感器的概念、效應(yīng)以及表現(xiàn)形式和應(yīng)用。（三）霍爾式傳感器的結(jié)構(gòu)、表現(xiàn)形式及應(yīng)用霍爾式傳感器是一種磁電轉(zhuǎn)換元件，它利用某些半導(dǎo)體材料所具有的霍爾效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)某些參數(shù)的測量。1、 霍爾效應(yīng)將一金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場中并在相對的兩個控制電極之間通入電流時，由于運(yùn)動的電子在磁場中受到洛倫茲力的作用而在另兩個電極的位置產(chǎn)生電子堆積，從而在這兩個電極上形成電動勢，稱為霍爾電勢，上述現(xiàn)象就稱為霍爾效應(yīng)?；魻栯妱轂榛魻栃?yīng)與霍爾元件a) 霍爾效應(yīng) b) 霍爾元件結(jié)構(gòu)示意圖 c) 符號 d) 封裝式中 霍爾電勢；霍爾元件的靈敏度；磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度；控制電流；控制電流方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的夾角。改變、中的任何一個參

25、數(shù)都會使霍爾電勢發(fā)生變化?；魻栐魻杺鞲衅鞯暮诵氖腔魻栐；魻栐Ｓ玫陌雽?dǎo)體材料是N型硅，其他還有銻化銦（1nSb）、砷化銦（1nas）、砷化鎵（GaAs）等?；魻栐慕Y(jié)構(gòu)示意圖、霍爾元件的符號、霍爾元件的封裝形式。2、集成霍爾傳感器（1）線性集成霍爾傳感器線性集成霍爾感器a) 單端輸出 b) 差動輸出（2）開關(guān)型集成霍爾傳感器開關(guān)型集成霍爾傳感器3、霍爾傳感器的應(yīng)用 （1）能轉(zhuǎn)換為磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的參量的測量（如位移、轉(zhuǎn)速、加速度、壓力等） （2）能轉(zhuǎn)換為電流變化的參量的測量 （3）用作乘法器（電功率測量中的電流與電壓的相乘等）圖3-40 霍爾傳感器的幾種應(yīng)用a) 線位移測量b) 角位

26、移測量c) 信號相乘運(yùn)算d) 零件計數(shù)e) 轉(zhuǎn)速測量 f) 壓力測量四、機(jī)電一體化系統(tǒng)中傳感器的發(fā)展方向及發(fā)展前景(一)我國傳感技術(shù)的發(fā)展方向及若干問題當(dāng)前，傳感器技術(shù)的主要發(fā)展動向:一是開展基礎(chǔ)研究，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，開發(fā)傳感器的新材料和新工藝；二是實(shí)現(xiàn)傳感器的集成化與智能化。1、發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，開發(fā)新材料，新現(xiàn)象、新原理、新材料是發(fā)展傳感器技術(shù)，研究新型傳感器的重要基礎(chǔ)，每一種新原理、新材料的發(fā)現(xiàn)都會伴隨著新的傳感器種類誕生。2、集成化，多功能化向敏感功能裝置發(fā)展 傳感器的集成化，最近積極地應(yīng)用了半導(dǎo)體集成電路技術(shù)及其開發(fā)思想用于傳感器制造。如采用微細(xì)加工技術(shù)制作微型傳感器 ；采用厚膜和薄膜技術(shù)制作

27、傳感器等。 3、向未開發(fā)的領(lǐng)域挑戰(zhàn)生物傳感器 到目前為止，人們正大力研究開發(fā)的傳感器大多為物理傳感器，今后應(yīng)積極開發(fā)研究化學(xué)傳感器和生物傳感器。特別是智能機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，需要研制各種模擬人的感覺器官的傳感器，如已有的機(jī)器人力覺、觸覺傳感器、味覺傳感器等。傳感器技術(shù)是實(shí)現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是機(jī)電一體化系統(tǒng)不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)之一，其水平高低在很大程度上影響和決定著系統(tǒng)的功能；其水平越高，系統(tǒng)的自動化程度就越高。在一套完整的機(jī)電一體化系統(tǒng)中，如果不能利用傳感檢測技術(shù)對被控對象的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行及時準(zhǔn)確地檢測出并轉(zhuǎn)換成易于傳送和處理的信號，我們所需要的用于系統(tǒng)控制的信息就無法獲得，進(jìn)而使整

28、個系統(tǒng)就無法正常有效的工作。 我國傳感器的研究主要集中在專業(yè)研究所和大學(xué)，始于20世紀(jì)80年代，與國外先進(jìn)技術(shù)相比，我們還有較大差距，主要表現(xiàn)在： 1先進(jìn)的計算、模擬和設(shè)計方法； 2先進(jìn)的微機(jī)械加工技術(shù)與設(shè)備； 3先進(jìn)的封裝技術(shù)與設(shè)備；4. 可靠性技術(shù)研究等方面。因此,我們必須加強(qiáng)技術(shù)研究和引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備,以提高整體水平。（二）我國傳感器技術(shù)今后的發(fā)展方向1.加速開發(fā)新型敏感材料通過微電子、光電子、生物化學(xué)、信息處理等各種學(xué)科，各種新技術(shù)的互相滲透和綜合利用，可望研制出一批基于新型敏感材料的先進(jìn)傳感器。2. 向高精度發(fā)展研制出靈敏度高、精確度高、響應(yīng)速度快、互換性好的新型傳感器以確保生產(chǎn)自動化的可靠性。3. 向微型化發(fā)展通過發(fā)展新的材料及加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳感器微型化將是近十年研究的熱點(diǎn)。4. 向微功耗及無源化發(fā)展傳感器一般都是非電量向電量的轉(zhuǎn)化,工作時離不開電源，開發(fā)微功耗的傳感器及無源傳感器是必然的發(fā)展方向。5. 向智能化數(shù)字化發(fā)展隨著現(xiàn)代化的發(fā)展，傳感器的功能已突破傳統(tǒng)的功能，其輸出不再是一個單一的模擬信號（如0-10mV），而是經(jīng)