微电子传感技术对机械自动控制的应用
传感器技术机电一体化论文
传感器技术机电一体化论文1传感器技术的研究现状传感器是一种检测装置，其测量对象是被检测系统的信息，然后将其以不同的形式进展传输、处理和管理等工作，从而能够实现对被检测系统信息数据的自动测量和控制。
简单来说，传感器的作用就是类似于人的感觉器官，帮助机电一体化系统探索和发现系统当中存在的问题。
因此，将传感器技术应用于检测机电一体化系统的操作对象以及运行环境状态，能够准确、快速的获取机电一体化系统的运作信息，有效地提高了机电一体化系统的运行水平。
目前，传感器技术已经被广泛用于人们的生活和生产当中，引起了人们的高度重视。
但是与此同时，由于传感器技术在我国的起步较晚，在开展过程中仍然存在着一些局限性，因此为了提高传感器技术的准确度，还需要对其进展进一步的改进与完善。
2传感器技术在机电一体化中的应用价值机电一体化技术包含机械制造技术、微电子技术、信息处理技术、自动控制技术以及人工智能技术等多方面内容，在开展过程中直接导致了自动化技术的产生。
而从某种程度上说，传感器技术是机电一体化开展过程中不可缺少的关键技术，影响着机电一体化系统的自动化程度，具有非常重要的应用价值。
2.1传感器技术在机械加工过程中的应用众所周知，在机械加工的过程中，需要检测的地方有很多，下面将从两个个方面进展简要介绍：第一，将传感器技术应用于机械的切削过程和机床运行过程。
现阶段，在切削方面，传感器技术主要是对切削过程中的机械设备切削力的变化状态进展控制，通过分析这个过程当中的相关数据，从而实现对设备运行状态的了解，保证切削过程的顺利进展，提高切削过程的生产效率，以及降低材料的消耗量。
将传感器技术应用到机床的运行当中，主要是为了对机床的驱动系统、温度进展检测，从而保证机床运行的平安性，通过分析得到的相应参数，从而不断提高机床的运行效率和精度。
第二，将传感器技术应用到工件的生产过程。
与切削和机床的运行过程相比，工件的生产过程监视是非常重要，而且研究和应用也是最早、最多的。
微电子机械系统MEMS概述
微电子机械系统MEMS概述微电子机械系统（Micro-electromechanical Systems, MEMS）是一种将电子技术与机械工程相结合的技术领域，通过制造微尺度的电子器件和机械系统，可以实现微小化、集成化和高性能的微型设备。
MEMS用于制造传感器、执行器和微操纵系统等微型装置，已经广泛应用于通信、汽车、医疗、军事和消费电子等领域。
MEMS的核心技术包括微纳加工技术、传感器技术和微机电系统技术。
微纳加工技术是MEMS制造的基础，主要包括光刻、薄膜沉积、离子刻蚀、扩散和薄膜技术等。
这些技术可以制造出微米甚至纳米级别的微型结构和器件。
传感器技术是MEMS的重要应用领域之一，利用微型传感器可以实现对温度、压力、流量、位移、加速度和姿态等物理量的检测和测量。
而微机电系统技术则是将传感器和执行器等微型装置集成在一起，实现自动化控制和微操纵的功能。
MEMS具有以下几个显著的特点：微小化、集成化、多功能和低成本。
微小化可以实现高密度的集成和高灵敏度的检测，同时降低设备的功耗和重量。
而集成化可以将多个功能模块集成在一个芯片上，提高了系统性能和可靠性，同时减少了系统的体积和重量。
多功能则是指MEMS可以同时实现多种功能，如传感、处理和控制等。
此外，由于MEMS采用的是集成化的制造工艺，可以大规模制造，降低了生产成本，为大规模应用提供了可能。
MEMS在各个领域的应用也越来越广泛。
在通信领域，MEMS技术可以制造微型光机械开关，用于光通信网络的光信号调控和光路径选择。
在汽车领域，MEMS技术可以制造出压力传感器、加速度传感器和姿态传感器等，用于车辆的安全控制系统和车载导航系统。
在医疗领域，MEMS技术可以制造出微型生物传感器，用于检测体内的生物信号，如血压、血氧和葡萄糖等。
在军事领域，MEMS技术可以制造微型化的惯性导航系统和气体传感器，应用于导弹制导系统和化学生物探测等。
在消费电子领域，MEMS技术可以制造微型微镜头和投影显示器，应用于智能手机、平板电脑和智能手表等。
微机电系统原理
微机电系统原理微机电系统原理是一种融合了微电子技术和机械工程的新型系统。
它通过将微型电子元件和微小机械装置相结合，实现了传感、控制和执行功能的集成。
微机电系统广泛应用于汽车、航空航天、医疗、通信等领域。
微机电系统的原理基于微电子技术的发展和微机械工程的研究。
微电子技术使得我们可以制造出微型的传感器、执行器和控制电路，而微机械工程则提供了制造这些微型元件的技术手段。
通过微机电系统，我们可以实现对微小力、压力、温度、湿度等物理量的感知，并通过微型传感器将这些物理量转化为电信号。
微机电系统中的控制电路部分起到了重要的作用。
它可以根据传感器采集到的数据，对系统进行实时监测和控制。
控制电路根据预设的控制算法，对执行器输出控制信号，实现对系统的精确控制。
通过控制电路，我们可以对微型机械装置进行精确的操作，实现微机电系统的各种功能。
微型机械装置是微机电系统中的关键组成部分。
它可以根据控制信号执行一系列的机械操作，如运动、振动、转动等。
这些微小的机械装置通常由微弯曲或微电子加工技术制造而成。
通过微型机械装置，微机电系统可以实现微小的机械动作，例如微型机械臂的运动、微型泵的压力调节等。
在微机电系统中，微小尺寸和高集成度是其最大的特点。
微机电系统的元件尺寸通常在微米至毫米级别，这使得其具有了高度集成的能力。
通过微机电系统的集成，我们可以将传感、控制、执行功能集成在一个小型芯片上，实现功能的迷你化和便携化。
总的来说，微机电系统通过微型电子元件和微小机械装置的结合，实现了传感、控制和执行功能的集成。
它具有微小尺寸、高度集成的特点，广泛应用于各个领域，为我们的生活和工作带来了诸多便利。
微机电系统MEMS技术的研究与应用2
4/200417科技导报4/2004微机电系统(MEM S )技术的研究与应用高世桥1曲大成2(北京理工大学机电工程学院,博士、教授、博士生导师1;信息科学技术学院,博士2北京100081)一、微机电系统的发展在自然界中,人们对未知领域的物理研究越来越呈现出两级化的发展趋势。
一方面是针对宇宙的极大化研究,尺度特征为光年,研究手段以射电望远镜为代表;另一方面是针对原子、分子和电子等的极小化研究,尺度特征为微米、纳米甚至皮米,研究手段以扫描隧道显微镜为代表。
这其中,微型化是近二三十年自然科学和工程技术发展的一个重要趋势,而微/纳米技术的研究则推动了这一领域的蓬勃发展。
微机电系统(M icroelectrom echanical S y stems ,简称MEM S )是微/纳米技术研究的一个重要方向,是继微电子技术之后在微尺度研究领域中的又一次革命。
MEM S 是指将微结构的传感技术、致动技术和微电子控制技术集成于一体,形成同时具有“传感-计算(控制)-执行”功能的智能微型装置或系统。
MEM S 的加工尺寸在微米(μm )量级,系统尺寸在毫米(mm )量级。
它的学科交叉程度大,其研究已延伸至机械、材料、光学、流体、化学、医学、生物等学科,技术影响遍及包括各种传感器件、医疗、生物芯片、通信、机器人、能源、武器、航空航天等领域。
MEM S 的发展源于集成电路,但又与之有所区别;MEM S 能够感知物理世界中的各种信息,并由计算单元对信息进行处理,再通过执行器对环境实施作用与控制。
微型化是MEM S 的一个重要特点,但不是唯一特点。
首先,MEM S 不仅体积小、重量轻,同时具有谐振频率和品质因子高(高Q 值)、能量损失小等特点。
其次,可批量加工特点大大降低了MEM S 产品成本;若借助于MEM S 器件库,MEM S 的设计将更加灵活,重用率更高。
最后,强大的计算能力是MEM S 系统实现信息采集、处理、控制的关键,充分利用集成电路的计算优势将会拓展MEM S 在智能控制等领域的应用。
MEMS技术在微流控芯片中的应用
MEMS技术在微流控芯片中的应用近年来，激光技术、微纳加工技术、生物传感技术等一系列新兴技术的迅速发展，推动微流控芯片技术不断取得新的进展。
微流控芯片是一种将微小液滴、细胞、粒子等进行微小操作的芯片，已经在药物筛选、病毒检测、细胞捕获和分离等多个领域得到应用。
其中，MEMS技术是微流控芯片中不可或缺的技术之一，本文将探讨MEMS技术在微流控芯片中的应用。
一、MEMS技术在微流控芯片中的基本原理MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）技术是指采用微电子加工技术制造微小的机械、电子、光学和磁学元件或系统的技术。
在微流控芯片中，MEMS技术主要用于制造微型流体控制器件，如微型泵、微型阀门、微通道等。
通过MEMS制造的微流体控制器件，可以在微小尺度内实现精确灵活的流体操控和分析。
以微型泵为例，其原理是利用电压控制微小压电膜的膨胀和收缩，从而产生微流体引导和输送的效果。
而微型阀门则利用电极控制膜片的抬升和下压，从而实现流体的开关控制。
通过MEMS技术的微流体控制器件，可以实现精确的微小流体操作和分析，为微流控芯片的应用打下坚实的基础。
二、MEMS技术在微流控芯片中的应用领域1.生物学应用MEMS技术在生物学应用方面的威力凸显。
通过MEMS技术制造微型通道、微型泵和微型阀门，可以实现微小液滴、细胞、粒子等的分离、操控和检测。
同时，MEMS技术也可以制造微型生物芯片，实现分子检测、蛋白质分析、细胞分离等多项生物实验。
2.医学应用MEMS技术在医学应用中得到广泛应用。
微流控芯片可以显著提高药物筛选的效率，同时也能对药物对病原微生物生成的影响进行研究。
针对疾病诊断方面，可以通过微流控芯片进行肿瘤细胞检测、糖尿病病人血糖监测等，为临床医学提供更为精准的检测手段。
3.环境应用MEMS技术在环境应用领域的应用正在不断拓展。
利用微流控芯片制备环境检测芯片，可以实现对污染物的迅速监测和分析。
传感器技术在机电一体化中的应用分析
流量以及功率等 。切削过程的传感技术应用主要是为了达到优 化切削过 程的生产率 、材料切除率以及降低 制造成本的 目的。切削过程传感检测 指标 主要包括 ：切削力的变化 、工件与刀具之间的接触 、切屑的状态 、 切削过程 的颤震以及切削过程的识别 ，其 中主要的传感参 数包括 ：切 削 力、切削过程声发射 、切削过程振动以及 电机的功率等 。 ３ 刀具或砂轮 的传 感技术应用 。磨削及切削过程是 材料 切除过程 ） 的重要组成部分 。当砂轮与刀具之 间的磨损达到一定的程度或 者是出现 破损 、烧伤 、塑变 、卷刀或者是崩 刃时 ，两者之间将失 去磨 削能力或者 是无法保证加工表面 的完整性以及加工精度 ，一般称为刀具或 者砂轮失 效。刀具或者砂轮失效是引发机床运行故障 、系统停机 的主要原 因，其 引发 的停机时间占Ｎ Ｃ类机床总停机时问高达２ ％。此外 ，刀具或者砂轮 ５ 失效不仅会引起设备故障 ，还会 引发人身安全事故 ，严 重的甚 至会引发 重大安全事故 。传感器技术应用于刀具或砂轮的检测主要是通 过对磨 削 及切削过程 的监视 ，以判断刀具 或砂轮 的工作状态 ，并采取相应 的措施 对其进行维护等，使其达到最佳的工作状态 。
２ 传感 器技 术 在机 电一 体化 系 统 中的应 用
２１ 工 业 机 器 人 用 传 感 器 进 行 感 知 ．
传感 器 为工业机器 人对 自身情况 以及外部情 况提供 准确的反馈 信 息 。工业机器人主要是通 过传感器对 自身状态 、 操作对象 以及作业环境 进行感知 ，并根据感知的情况进行现场操作。工业机器人采用传感器进
中 图分 类号 ＿ 文 献标 识 码 Ａ ｒ Ｐ 文 章 编号 １７ —６ １（ １）１－ １４Ｏ ６３９ ７一２ ２ １００一 １ ０ ０
机电一体化技术在农业机械中的应用
机电一体化技术在农业机械中的应用摘要：近年来，随着社会建设的不断发展，农业生产全程机械化的速度明显加快，农机保有量持续增加，机电一体化的应用也更加广泛。
通过分析机电一体化的关键要素和应用优势，结合农业机械的使用场景和生产需求，探究其在农业机械设计中的应用以及未来的发展趋势，提升农业机械的自动化、智能化水平，有利于推动我国农业可持续发展，实现我国农业现代化发展的目标。
关键词：机电一体化技术；农业机械；应用引言随着社会的发展，人们追求更高的效率和质量，在农业机械化方面，应用机电一体化技术以提高农业的质量和作业效率。
在机电一体化的影响下，许多农业机械设备有了更多功能，使用起来也更加方便、简单，由此可见，机电一体化的应用是比较成熟且有利于农业发展的。
机电一体化技术应用主要为解决各行业的问题，在农业机械化方面应用该技术，不仅能发挥技术优势，还能推动农业及农业管理的发展。
1机电一体化的概述机电一体化（Mechatronics）是机械工程、电子工程、计算机科学和控制工程等多个学科交叉融合而成的一门学科，它通过将机械、电子和计算机技术融合在一起，实现自动化和智能化控制的目标，是将机械、电气、自动控制和计算机技术紧密结合的一种新型综合技术，能够实现对机械系统的智能化控制和自动化操作。
机电一体化的主要目标是实现机械系统的自动化和智能化控制，它通过对电子和计算机技术的应用，将机械系统与控制系统紧密结合起来，从而实现机械系统的高效、精准、安全和可靠运行。
机电一体化技术被广泛应用于工业、农业、医疗、家庭等各个领域，在汽车、机床、机器人、智能家居等方面都有广泛的应用。
2机电一体化技术在农业机械中的作用2.1实现农业机械系统集成化机电一体化技术在农业机械中的应用，对于实现系统集成化具有非常重要的作用。
第一，机电一体化技术的应用可以实现各个系统之间的信息互通和数据共享。
机电一体化技术将机械和电子技术相结合，通过网络传输和互联互通的方式，实现各个系统之间的信息交换和数据传输，实现系统的互联互通和集成化管理。
传感器在机电一体化中的应用
传感器在机电一体化中的应用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。
因此，传感器是左右机电一体化系统(或产品)发展的重要技术之一,广泛应用于各种自动化产品之中:一.机器人用传感器。
机器人是由计算机控制的复杂机器，它具有类似人的肢体及感官功能；动作程序灵活；有一定程度的智能；在工作时可以不依赖人的操纵。
机器人传感器在机器人的控制中起了非常重要的作用，正因为有了传感器，机器人才具备了类似人类的知觉功能和反应能力。
机器人传感器分类：根据检测对象的不同可分为内部传感器和外部传感器。
a.内部传感器：用来检测机器人本身状态（如手臂间角度）的传感器。
多为检测位置和角度的传感器。
b.外部传感器：用来检测机器人所处环境（如是什么物体，离物体的距离有多远等）及状况（如抓取的物体是否滑落）的传感器。
具体有物体识别传感器、物体探伤传感器、接近觉传感器、距离传感器、力觉传感器，听觉传感器等。
具体有：（1）明暗觉检测内容：是否有光，亮度多少应用目的：判断有无对象，并得到定量结果传感器件：光敏管、光电断续器（2）色觉检测内容：对象的色彩及浓度应用目的：利用颜色识别对象的场合传感器件：彩色摄像机、滤波器、彩色CCD（3）位置觉检测内容：物体的位置、角度、距离应用目的：物体空间位置、判断物体移动传感器件：光敏阵列、CCD等（4）形状觉检测内容：物体的外形应用目的：提取物体轮廓及固有特征，识别物体传感器件：光敏阵列、CCD等（5）接触觉检测内容：与对象是否接触，接触的位置应用目的：确定对象位置，识别对象形态，控制速度，安全保障，异常停止，寻径传感器件：光电传感器、微动开关、薄膜特点、压敏高分子材料（6）压觉检测内容：对物体的压力、握力、压力分布应用目的：控制握力，识别握持物，测量物体弹性传感器件：压电元件、导电橡胶、压敏高分子材料（7）力觉检测内容：机器人有关部件（如手指）所受外力及转矩应用目的：控制手腕移动，伺服控制，正解完成作业传感器件：应变片、导电橡胶（8）接近觉检测内容：对象物是否接近，接近距离，对象面的倾斜应用目的：控制位置，寻径，安全保障，异常停止传感器件：光传感器、气压传感器、超声波传感器、电涡流传感器、霍尔传感器（9）滑觉检测内容：垂直握持面方向物体的位移，重力引起的变形应用目的：修正握力，防止打滑，判断物体重量及表面状态传感器件：球形接点式、光电旋转传感器、角编码器、振动检测器几种主要的机器人传感器简介：⒈视觉：20世纪50年代后期出现，发展十分迅速，是机器人中最重要的传感器之一。
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微电子传感技术对机械自动控制的应用
摘要：基于机械设备中，智能控制的信号延迟问题影响机械设备的自动化水平，阐述微电子传感器的应用可以有效控制信号延迟，分析采用微电子传感信号的机械设备自动控制系统。
关键词：微电子，传感信号，机械设备，自动控制
目前，我国机械设备的自动化控制技术在不断发展，但仍存在一定的问题，导致机械设备无法进行精准高效的自动控制。
将微电子传感信号应用在机械设备的自动控制中可以增强信号的精准度，保证信号的稳定性[1-7]。
因此研究微电子传感信号在机械设备自动控制中的应用具有重要意义。
1微电子机械系统的特点
（1）微型化。
与传统的机械设备相比，微电子传感信号设备的体积非常小，不会占用过大的空间，也比较轻，消耗的能源也相对较少。
同时，设备的性能也没有随着体积的减小而减弱，不会出现谐振频率不稳定等情况。
（2）集成度高。
之前每一个传感器的分工不同，所以每一个传感器都需要独立存在，但是在机械设备中应用微电子传感信号之后可以将所有的传感器都规划成一个传感器系统。
比如说可以将不同制动功能的传感器规划成一个系统。
且这些传感器的工作并没有受到系统合并的影响。
此外，形成一个系统之后传感器的稳定性有明显的提升。
（3）材料优。
将微电子传感信号应用在机械设备中时都会使用硅这种材料。
相比其他材料，硅具有密度大、硬度高等优势。
同时，作为一种传导材料，硅的传导性能也比较好。
（4）综合性强。
微电子技术是一种综合性较强的技术，集中了很多高精尖技术，应用范围也非常广泛，在军事、医疗以及航天等领域中都占据着重要位置。
2微电子传感技术在机械设备中的应用
根据研究发现，微电子传感技术在机械设备中发挥着重要作用，可以将其应用在机械设备的伺服系统以及检测装置中。
（1）在伺服系统中的应用。
大多数数字设备中都含有伺服系统，伺服系统具有全数字、高性能的特点，未来电子设
备将会向全数字化的伺服方向发展。
在微电子技术不断发展的过程中，微处理器的运行速度在不断加快，运行功能也越来越完善。
伺服系统可以有效控制设备的速度、位置以及电流等各个方面，且具有状态自动检测、故障提示以及信息处理等功能。
部分设备主回路中的电子器件已经应用了智能化功率模块，使伺服系统成为轻巧且无噪音的系统。
（2）在检测装置中的应用。
在机械设备中应用微电子传感信号可以自动检测设备的位移情况和速度，即一旦机械设备出现移动，微电子传感信号就会立即发出反馈信号。
整个检测过程主要是由位移传感器、电流传感器以及速度传感器等传感器共同完成的。
其中位置传感器可以检测到位移状况，将具体情况转变为电信号，然后信号处理器会对电信号进行综合处理，放大弱信号，使弱信号成为强信号，从而增强设备稳定性，而这一过程应用了光栅技术。
相对来说，光栅传感器具有稳定性高、精确度高等特点，所以可广泛应用在精密度高的数字设备中。
3微电子传感信号在机械设备的自动控制过程
机械设备主要是由机械设备和电气这两大部分共同构成的，可以分为检测、执行、机械以及控制等各个方面。
（1）检测部分。
检测部分的主要作用就是获取外界信息，转换信息格式。
检测部分的信号传播顺序主要可分为传入信号和输出信号这两部分，信号传播形式可分为数字量以及模拟量信号这两种。
在机械设备的检测部分中应用微电子传感信号时，传入信号就是在设备工作过程中获得的状态信号，输出信号即驱动设备原件正常运行的内部信号。
数字量信号指的是在限定幅值范围内出现的离散信号，需要通过高低逻辑电频或者是上升沿和下降沿进行控制，主要由脉冲信号、数码信号等信号构成。
模拟信号会随着测量情况的变化而变化，在变化时温度、速度等信号都属于模拟信号。
模拟量信号在经过模
拟数字转换系统的处理之后会转变为数字量信号，之后会传递给控制器，控制设备会根据相关数据进行科学处理。
（2）控制部分。
微电子传感器在机械设备的控制部分中发挥着前置转换的作用，在完成检测之后转换成有规律的装置信号。
在这一过程中需要使用到传感器的敏感元件，因为敏感元件可以对规则信号进行处理，使规则信号转变为可以传输的信号和可以被测量到的信号，这时传感器就可以迅速转换速度、温度、压力以及位移等信号。
每一个传感器的功能都不同，所以这些传感器需要对相应的感应信号进行转换，使信号可以被识别。
（3）执行部分。
在机械设备中，执行部分的主要作用是进行运动和产生动力，从而使系统运动起来，需要通过控制信号来完成。
执行装置被详细划分为了电动、气动以及液动执行这三种类型。
电动执行主要是将电能转换为运动机械能；气动执行是将气体的压力处理成运动机械能；液动执行是将液体压力转变为运动机械能，而微电子传感器可以自动识别整个转换过程。
4机械小信号的转换
采集电信号是微电子传感信号自动控制机械设备的关键环节之一。
和传统的信号相比，小电波信号比较注重分析局部的频率变化，所以小电波信号的延展性和准确性较高。
同时，小电波信号可以有效展现出信号中的细节，所以在机械信号转换中发挥着极大的优势。
从小电波信号的原理来看，在微电子转换和表达机械信号时，转换信号的强度需要达到一定要求，这样才能够提高机械设备自动控制的精准性。
因此，需要对机械信号进行逐层分解，将其分为高频信号和低频信号这两种类型，这样分解之后就可以直接达到降低甚至是消除噪音的目的。
同时，和传统的信号相比，小电波信号在分解时，函数这一存在并不是唯一的，这样就可以对小电波信号进行详细筛选，从中找出研究价值高的信号，并增强机械信号。