检测传感技术的应用及发展

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1、检测传感技术的应用及发展张盼盼摘要：以传感器为核心的检测系统就像神经和感官一样，源源不断地提供种种信息，以便机电一体化系统能高精度地完成自动控制和自动调节功能。本文描述了传感器技术在机电一体化系统中现状及其应用状况,并指出了传感器技术发展的若干问题及今后的发展方向。关键词：检测技术；传感器；1.检测传感技术概要检测（Detection）是利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等方面的有关信息通过检查与测量的方法赋予定性或定量结果的过程。能够自动的完成整个检测处理过程的技术称为自动检测与转换技术。现代自

2、动检测技术是计算机技术、微电子技术、信息论、控制论、测量技术、传感技术等学科发展的产物，是这些学科在解决系统、设备、部件性能检测和故障诊断的技术问题中相结合的产物[1]。检测技术是现代化领域中很有发展前途的技术，它在国民经济中起着极其重要的作用。近几十年来，自动控制理论和计算机技术迅速发展，并已应用到生产和生活的各个领域。但是，由于作为“感觉器官”的传感器技术没有与计算机技术协调发展，出现了信息处理功能发达、检测功能不足的局面。目前许多国家已投入大量人力、物力，发展各类新型传感器，检测技术在国民经济中的地位也日益提高。自动检测

3、系统（ATS）[2]是一个不断发展的概念，随着各种高新技术在检测领域的运用，它不断被赋予各种新的内容和组织形式。因此，以现代电子设备的自动检测系统组成原理框图，如图1所示，说明当前自动检测系统的基本组成。图1自动检测系统的组成自动检测系统的组建及其关键技术图2 典型ATS结构概念示意计算机技术的发展为自动检测系统（ATS）的组建提供了多种可能，典型的自动检测系统主要由自动化检测设备（ATE），检测程序集（TPS）和检测环境三部分组成。ATE由检测和测量仪器、主计算机、矩阵开关、通讯总线、接收器和系统软件组成。典型自动检测系统的

4、组建如图2所示。主计算机控制检测和测量仪器以及TPS的运行。系统软件（如操作系统、编译器及实验运行程序等）控制检测工作站的工作状态，对TPS进行开发并执行。TPS由检测、诊断程序，连接被测单元（UUT）和ATE的适配器及操作手册等组成。检测环境包括ATS的结构描述、编程和检测规范语言、编译器、开发工具以及描述对象设计需求、检测策略信息的标准格式等。在机电一体化系统中,传感器的作用相当于系统的感觉器官,即从待测对象那里获取能反映待测对象特征和状态的信号。检测传感技术的内容，一是研究如何将各种物理量（如位置、位移、速度、加速度、力

5、、温度、压力、流量、成分等等）转换成与之成比例的电量；二是研究对转换的电信号的加工处理，如放大、补偿、标度变换等等。机电一体化系统要求，检测传感装置能快速、精确、可靠地获取信息，并且价格低廉。但是，目前检测传感技术的发展还难以满足控制系统的要求。不少机电一体化系统不能达到满意的效果，或无法达到设计要求的关键原因，在于没有合适的传感器。因此检测传感技术是机电一体化系统中的关键技术。2.检测传感技术的核心——传感器传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，主要用于检测机电一体化系统自身与操作对象、作业

6、环境的状态，为有效地控制机电一体化系统的运作提供必须的相关信息。21世纪人类将全面进入信息电子化时代，随着人类探知领域和空间的拓展，电子信息种类的日益繁多，信息传递的速度日益加快，信息处理能力日益增强，相应的信息采集———传感技术也将日益发展，进而传感器也将无所不在。3.传感器在机电一体化系统中的应用作为机电一体化的基本支撑技术，检测传感技术就像神经和感官一样，广泛应用于各种机电一体化产品之中，源源不断地提供种种信息,以便机电一体化系统能高精度地完成自动控制和自动调节功能[3]。1）机器人用传感器工业机器人之所以能够准确操作,

7、是因为它能够通过各种传感器来准确感知自身、操作对象及作业环境的状态，包括：其自身状态信息的获取通过内部传感器(位置、位移、速度、加速度等)来完成，操作对象与外部环境的感知通过外部传感器来实现，这个过程非常重要,足以为机器人控制提供反馈信息。通常微动开关、光电开关、电涡流等传感器安装在机器人的每个关节上进行零位和极限位置的检测，前者保证机器人的重复定位精度和轨迹精度，后者则起保护机器人和安全动作的作用。位移传感器一般也都安装在机器人的各关节上，用于检测机器人各关节的位移量，作为位置控制信息。速度、加速度传感器用来实现机器人各关节

8、的速度闭环控制和加速度控制。触觉传感器装设在机器人腕、手爪等部位,通过触觉确认对象的位置从而修正手爪的位置以便能准确地抓住对象物。2）机械加工过程的传感检测技术（1）切削过程和机床运行过程的传感技术。切削过程传感检测的目的，在于优化切削过程的生产率、制造成本或(金属)材料的切