传感器毕业设计

摘要

随着计算机辅助设计技术（CAD）、微机电系统（MEMS）技术、光纤技术和信息技术的发展，获取各种信息的传感器已经成为各个应用领域，特别是自动检测、自动控制系统中不可缺少的重要技术工具，越来越成为信息社会赖以存在和发展的物质与技术基础。因此，在当今信息时代掌握传感器技术尤为重要。本文简述了传感器在机电一体化系统中的作用及其地位，也讲述了在机电一体化中常用传感器的类型、特点、结构及用途等，还介绍了在机电一体化中传感器的选择指标以及在以后的发展。

关键词：传感器，机电一体化

目录

前言

一、传感器的定义与组成 (4)

二、传感器在机电一体化技术中的地位及作用 (4)

三、常用传感器的类型、特点、结构及用途 (5)

3.1电阻式传感器 (5)

3.2电容式传感器 (5)

3.3电感式传感器 (6)

3.4压电式传感器 (6)

四、机电一体化系统中传感器的选择 (7)

五、机电一体化系统中常用传感器的发展 (8)

5.1传感器的微型化 (8)

5.2传感器的智能化 (9)

六、结论

七、参考文献

八、谢辞

前言

传感器作为机电一体化技术中不可缺少的部分，作为一名机电一体化专业的学生，我们必须了解传感器的在机电一体化技术中所扮演的角色，了解传感器的分类、组成、功能等。了解和学习传感器技术对于我们今后的学习和工作都有很大的帮助。传感器作为信息集训的一脉正在越来越广泛的普及及发展到我国的各行各业各个领域，其中为使我国从劳动密集型向技术型转化，必须利用其信息技术，即传感器技术，使传感器在工业自动化，农业国防军工，能源交通，家用电器等应用领域均有其开发市场。在我国尤以传感器技术的潜力最大。应用方面主要用于化学方面、环境保护方面、生物工程方面以及医疗卫生方面等等。

一、传感器的定义与组成

传感器是一种能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可以用输出信号的器件或装置。传感器一般由敏感元件、转换元件和信号调理与转换电路组成。其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或直接响应的被测的部分；转换元件是指传感器中 将敏感元件感受或响应的被测量转换成适用于传输或检测的信号部分。由于传感器的输出信号一般都很微弱，因此有信号调理与转换电路对其进行放大、运算和调制等。

图1 传感器的组成

二、传感器在机电一体化技术中的地位及作用

一个典型的机电一体化技术结构框图如图2所示。

图2

由图可见，在机电一体化系统中，传感器是必不可少的部分。传感器在机电一体化技术中扮演着不可缺少的角色。机电一体化技术想要发展就离不开传感器技术。传感器等同于系统的感受器官，它能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验，是机电一体化系统达到高水平的保证。现今机电一体化技术中的机器人技术的快速发展也离不开传感器，如果没有传感器那么机器人将寸步难行。传感器其作用相当于系统的感受器官，它能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验，是机电一体化系统达到高水平的保证。

如果缺少这些传感器对系统状态和对象信息精确而可靠的自动检测，那么系统的信息处理、控制决策等功能就无法谈及和实现。

三、常用传感器的类型、特点、结构及用途

3.1电阻式传感器

电阻式传感器是把位移、力、压力、加速度、扭矩等非电物理量转换为电阻值变化的传感器。它主要包括电阻应变式传感器、电位器式传感器和锰铜压阻传感器等。

结构：由电阻元件及电刷(活动触点)两个基本部分组成。电刷相对于电阻元件的运动可以是直线运动、转动和螺旋运动，因而可以将直线位移或角位移转换为与其成一定函数关系的电阻或电压输出。

特点：电阻式传感器具有结构简单、输出精度较高、线性和稳定性好等特点。但是它受环境条件如温度等影响较大，有分辨率不高等不足之处。

用途：电阻式传感器与相应的测量电路组成的测力、测压、称重、测位移、加速度、扭矩等测量仪表是冶金、电力、交通、石化、商业、生物医学和国防等部门进行自动称重、过程检测和实现生产过程自动化不可缺少的工具之一。

3.2电容式传感器

把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。容式传感器可分为极距变化型、面积变化型、介质变化型三类。电容式传感器是一种用途极广，很有发展潜力的传感器。

图3电容式传感器的等效电路

结构:它的敏感部分就是具有可变参数的电容器。其最常用的形式是由两个平行电极组成、极间以空气为介质的电容器。

特点：电容器传感器的优点是结构简单,价格便宜，灵敏度高,过载能力强，动态响应特

性好和对高温、辐射、强振等恶劣条件的适应性强等。缺点是输出有非线性，寄生电容

和分布电容对灵敏度和测量精度的影响较大，以及联接电路较复杂等。

用途：极距变化型一般用来测量微小的线位移或由于力、压力、振动等引起的极距变化。

面积变化型一般用于测量角位移或较大的线位移。介质变化型常用于物位测量和各种介

质的温度、密度、湿度的测定。

3.3电感式传感器

电感式传感器：是利用电磁感应把被测的物理量如位移，压力，流量，振动等转换成线圈的

自感系数和互感系数的变化，再由电路转换为电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的

转换。电感式传感器种类很多，常见的有自感式，互感式和涡流式三种。

特点：①无活动触点、可靠度高、寿命长；②分辨率高；③灵敏度高；④线性度高、重复性好；⑤测量范围宽（测量范围大时分辨率低）；⑥无输入时有零位输出电压，引起测量误差；

⑦对激励电源的频率和幅值稳定性要求较高；⑧不适用于高频动态测量。

用途：电感式传感器主要用于测量微位移，凡是能转换成位移变换的参数，如压力，力，

压差，加速度，振动，应变，流量，厚度，液体等都可以用电感传感器来进行测量。

3.4压电式传感器

是一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的量输出。

特点：它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。缺点是

某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器

来克服这一缺陷。配套仪表和低噪声、小电容、高绝缘电阻电缆的出现，使压电传感器的使用

更为方便。

用途：压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量，如压力、加速度等(见压电式压

力传感器、加速度计)。广泛应用于工程力学、生物医学、电声学等技术领域。

四、机电一体化系统中传感器的选择

选择传感器主要考虑传感器的类型、灵敏度、频率响应特性、线性范围、可靠性与稳定性、精度、工作方式等几个方面的因素。

1、传感器类型

为实现对某一参数的测试，可供选用的传感器类型可能会有很多。不同类型的传感器在原理、测量方式、信号输出方式、精度、动态特性等诸多方面有着很大的差异。例如，测试机床主轴的