毕业设计(论文)-传感器在机电一体化中的应用.doc
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1、内蒙古化工职业学院毕 业 论 文题 目: 传感器在机电一体化中的应用 系 部: 测控与机电工程系专 业: 机电一体化班 级: 机电09-2班学 号: 学生姓名: 指导教师:完成日期: 2011.12.232012.2.27内蒙古化工职业学院毕业设计(论文、专题实验)任务书姓 名专业机电一体化班级机电09-2指导教师马文龙题 目原始数据输送带的牵引力为F=2000N,输送带的的速度v=1.2m/s卷筒的直径D=320mm说明书(论文、实验)主要内容1.选定方案 5.轴的设计2.选择电动机的型号 6.齿轮的设计3.设计V带的传动 7.键、轴承、联轴器的选用4.设计圆柱齿轮减速器 8.绘制减速器的相
2、关图纸图纸要求图纸的图幅、比例、图线、标注符合基本的制图规定对学生综合训练方面的要求 充分利用本专业知识,充分发挥主观能动性和创造性,刻苦专研,勤于实践,独立完成毕业设计任务;尊敬师长、团结互助,虚心接受指导教师及有关人员的指导和检查。定期汇报毕业设计的工作进度、设想;实事求是,不弄虚作假,不抄袭他人成果。完成期限 自 2011 年 12 月 5 日至 2011 年12 月 23 日备 注:毕业论文的任务书可对原始数据及图纸要求两项不作要求、专题实验可对图纸一项不做要求。签发: 日期: 2011 年 12 月内蒙古化工职业学院毕业设计(论文、专题实验)更换选题申请单专业机电一体化班级机电09-
3、2班姓名学号092032044原课目带式输送机V带传动及一级直齿圆柱齿轮减速器的设计更换后课题传感器在机电一体化中的应用 更换原因由于提前就业根据所在实习公司岗位性质,需更换题目原指导教师意见摘 要在机电一体化系统中,传感器处系统之首,其作用相当于系统感受器官,能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境考验,是机电一体化系统达到高水平的保证。如缺少这些传感器对系统状态和对信息精确而可靠的自动检测,系统的信息处理、控制决策等功能就无法谈及和实现。文章概述传感器研究现状与发展,探讨传感器在机电一体化系统中的应用,并分析传感器技术发展的若干问题及发展方向。关键词:传感器技术,机电一体化,应用Abstra
4、ctIn mechatronic systems, sensor system for the first time, the role of the equivalent system receptors, can be fast, accurate access to information and be able to withstand the harsh environment test, mechanical and electrical integration system to achieve a high level of assurance. The lack of the
5、se sensors on the system status and information accurate and reliable automatic detection, information processing system, control of decision-making function cannot be talked about. The article provides an overview of the sensor research and development, explore the sensor in the application of mech
6、atronic systems, sensor technology and analysis of development issues and development direction .Key words:sensor technology、electromechanical integration、application.目 录绪 论 . 1第一章 传感器的基本知识 . 2 1.1 传感器的分类及特性 . 21.2 常用传感器的类型及特点 . 2第二章 常用传感器的类型、特点、结构及用途 . 52.1 电阻式传感器 . 52.2 电容式传感器 . 72.3 电感式传感器 . 82.4
7、 压电式传感器 . 92.5 霍尔式传感器 . 11第三章 传感器在机电一体化系统中的应用 . 133.1 传感器在工业机器人中的应用 . 133.2 传感器在机械制造中的应用 . 13第四章 机电一体化系统中传感器的选择 . 144.1 数控机床对传感器的要求 . 144.2 位移的检测 . 144.3 位置的检测 . 154.4 速度的检测 . 164.5 压力的检测 . 164.6 温度的检测 . 164.7 刀具磨损的监控 . 17第五章 传感器技术的现状以及发展趋势 . 185.1 微型化 . 185.2 智能化 . 195.3 多功能传感器 . 215.4 无线网络化 . 23 5
8、.5 新材料开发 . 24参考文献 . 26附 录. 27致 谢 . 28绪 论对于传感器的研究始于本世纪30年代。当今,在世界范围内掀起一股“传感器热”,各先进工业国都极为重视传感技术和传感器研究、开发和生产。传感技术已成为重要的现代科技领域,传感器及其系统生产已成为重要的新兴行业。传感器技术是一项当今世界令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术之一,也是当代科学技术发展的一个重要标志,它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱。如果说计算机是人类大脑的扩展,那么传感器就是人类五官的延伸,当集成电路、计算机技术飞速发展时,人们才逐步认识信息摄取装置传感器没有跟上信息技术的发展而惊呼“大脑发达、五
9、官不灵”。 传感器技术是测量技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技术、微电子学、光学、声学、精密机械、仿生学、材料科学等众多学科相互交叉的综合性高新技术密集型前沿技术之一。如今它已经渗透到生产和生活的各个领域,从尖端武器装备、航空航天技术,到机械设备、工业过程控制、交通运输、纺织印刷、家用电器、医疗卫生、办公设备及环境保护等领域,均得到广泛应用,在机电一体化技术革命中正在发挥重要作用。第1章 传感器的基本知识从20世纪80年代起,逐步在世界范围内掀起一股“传感器热”,各先进工业国都极为重视传感技术和传感器研究、开发和生产。传感技术已成为重要的现代科技领域,传感器及其系统生产已成为重要的新兴行
10、业,文章概述传感器研究现状与发展,探讨传感器在机电一体化系统中的应用,并分析我国传感器技术发展的若干问题及发展方向。1.1 传感器的分类及特性传感器一般由敏感元件,转换元件及基本转换电路三部分组成。传感器按其测量对象可分为检测机电一体化系统内部状态的内部信息传感器及系统外部环境状态的外部信息传感器。传感器按控工作机理可分制电动机可以分为物理型和结构型。传感器按能量源分类可分为无源型和有源型。按输出信号的性质可将传感器分为开关型,模拟型和数字型。传感器的特性主要是指输出与输入之间的关系,有静态特性和动态特性之分。传感器的静态特性;当传感器的输入量为常量或随时间作缓慢变化时,传感器的输出与输入之间
11、的关系称为静态特性。传感器的动态特性;传感器的输出量对于随时间变化的输入量的响应特性称为传感器的动态特性。1.2 常用传感器的类型及特点1.2.1 电阻式传感器 电阻式传感器就是利用一定的方式将被测量的变化转化为敏感元件电阻值的变化,进而通过电路变成电压或电流信号输出的一类传感器。可用于各种机械量和热工量的检测,这类传感器结构简单,尺寸小,性能稳定,受环境影响小,不需放大。滑线变阻器式传感器精度可达0.1。 目前,常用的电阻传感器主要有电阻应变片、热电阻、光敏电阻、气敏电阻和湿敏电阻等几大类。1.2.2 电容式传感器 电容式压力传感器是一种利用电容敏感元件将被测压力转换成与之成一定关系的电量输
12、出的压力传感器。它一般采用圆形金属薄膜或镀金属薄膜作为电容器的一个电极,当薄膜感受压力而变形时,薄膜与固定电极之间形成的电容量发生变化,通过测量电路即可输出与电压成一定关系的电信号。电容式压力传感器属于极距变化型电容式传感器,可分为单电容式压力传感器和差动电容式压力传感器,这种传感器温度稳定性好,结构简单,动态响应好,可进行非接触测量,然而,输入阻抗高,负载能力差。电容式传感器精度可达0.01。1.2.3 电感式传感器线圈铁心衔铁利用利用电磁感应原理将被测非电量(如位移、压力、流量、振动等)转换成线圈自感系数L或互感系数M的变化,再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出。 磁路的总磁阻可表示为
13、: (公式1) 近似计算出线圈的电感量为: (公式2) 图1.1 变气隙式自感传感器结构 电感式传感器无活动触点、可靠度高、寿命长;分辨率高;灵敏度高;线性度高、重复性好;测量范围宽(测量范围大时分辨率低);无输入时有零位输出电压,引起测量误差;对激励电源的频率和幅值稳定性要求较高;不适用于高频动态测量。1.2.4 压电式传感器 基于压电效应的传感器。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。压电材料受力后表面产生电荷。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电量输出。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。它的优点是频带
14、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。它广泛应用于工程力学、生物医学、电声学等技术领域。1.2.5 霍尔传感器 霍尔传感器是一种基于霍尔效应的磁电传感器,由于半导体比金属有高得多的霍尔系数,故用半导体制成的霍尔传感器具有对磁场敏感度高、结构简单、使用方便等特点。不仅用于测量电流、电压、功率和磁感应强度等电磁参数,在非电量测量技术中还广泛用于测量直线位移、角位移与压力等非电量。霍尔传感器是一种很好的检测
15、控制元件,当控制电流不变时,霍尔输出的电压与磁场大小成正比,可用来测定传感器周围的磁场。当磁场强度固定时,则可测量霍尔片的电流、电压等电参。利用霍尔电动势来控制电流与磁场大小的乘积则可制成各种运算器。对非电量测量则是通过改变霍尔片在磁场中的位置来改变参量,从而改变输出霍尔电动势来测量位移、压力、加速度等。在静止状态下,具有感受磁场的独特能力,并且具有结构简单、体积小、噪声小、频率范围宽(从直流到微波)、动态范围大(输出电势变化范围可达1000:1)、寿命长等特点。1.2.6 电化学式传感器 电化学式传感器是以离子导电为基础制成,根据其电特性的形成不同,电化学传感器可分为电位式传感器、电导式传感
16、器、电量式传感器、极谱式传感器和电解式传感器等。电化学式传感器主要用于分析气体、液体或溶于液体的固体成分、液体的酸碱度、电导率及氧化还原电位等参数的测量。 另外,根据传感器对信号的检测转换过程,传感器可划分为直接转换型传感器和间接转换型传感器两大类。前者是把输入给传感器的非电量一次性的变换为电信号输出,如光敏电阻受到光照射时,电阻值会发生变化,直接把光信号转换成电信号输出;后者则要把输入给传感器的非电量先转换成另外一种非电量,然后再转换成电信号输出,如采用弹簧管敏感元件制成的压力传感器就属于这一类,当有压力作用到弹簧管时,弹簧管产生形变,传感器再把变形量转换为电信号输出。 第二章 常用传感器的
17、类型、特点、结构及用途传感器已广泛应用于航天、航空、国防科研、信息产业、机械、电力、能源、交通、冶金、石油、建筑、邮电、生物、医学、环保、材料、灾害预测预防、农林、渔业生产、食品、烟酒制造、机器人、家电等诸多领域,可以说几乎渗透到每个领域。下面,我就几类基本类型的传感器做些介绍:2.1 电阻式传感器电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器.按工作的原理可分为:变阻器式、电阻应变式、热敏式、光敏式、电敏式。2.1.1 变阻器式传感器 变阻器式传感器的等效电路如图2.1:图2.1 如果电阻丝的直径和材料确定,单位位移的电阻值为一常数,传感器的输出与输入成线性关系。变阻式传感器又称为电位器式
18、传感器。它们是由电阻元件及电刷(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。这类传感器结构简单,尺寸小,性能稳定。受环境影响小。不需放大。滑线变阻器式传感器精度可达0.1。在生活中,应用实例诸多,如重量的自动检测-配料设备、煤气包储量检测等。2.1.2 电阻应变式传感器电阻应变式传感器由弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成,可根据具体测量要求设计成多种结构形式。弹性敏感元件受到所测量的力而产生变形,并使附着其上的电阻应变计一起变形。电阻应变计再将变形转换为电阻值的变化,从而可以测
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