現(xiàn)代傳感器與執(zhí)行器技術(shù)(研究生07)

1、汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 孫 寶 元2006. 2. 23汽車課件下載汽車課件下載 http:/ l前言:l各位知道多少傳感器與執(zhí)行器？l1 .現(xiàn)代傳感器與執(zhí)行器(S&A)的概念與定義l2 .機械與電子工程常用的典型S&Al3 .S&A的統(tǒng)一理論及其物理基礎(chǔ)l4 .S&A的多種能量間物性效應(yīng)及其模型l5 .S&A的技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢l結(jié)語汽車課件下載汽車課件下載 http:/ l從國家計委(計軍)78-264號國防科研談起l1977-2003(27年)的傳感器的研發(fā)歷程l支撐現(xiàn)代文明與制造業(yè)信息化的S&A術(shù): S&A與C的關(guān)

2、系：“電腦電五官電手足” 機電工程領(lǐng)域:CIMS,機器人 宇宙開發(fā):天文1號衛(wèi)星,阿破波羅10號:傳感器集合體,火箭部2077個(溫度559,信號501遙測142);飛船部1218個(離散信號392).耗資300億美元, 40萬人參與。神5我校的貢獻(xiàn)，25億元；軌姿控火箭發(fā)動機推力測試系統(tǒng) 資源調(diào)查,環(huán)境保護,安全監(jiān)控 基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域:宏觀上千光年宇宙微觀10-13cm微粒,時間數(shù)十億年天體演變10-24秒瞬變,溫度1億度等離子體0.01K超導(dǎo)體,超強超弱電、磁、能量場 生活領(lǐng)域等 從茫茫太空到浩瀚海洋,從各種工程系統(tǒng)到人們衣食住行,幾乎每種現(xiàn)代項目,都離不開S&A。汽車課件下載汽車課件

3、下載 http:/ l傳感器定義:(已講過?)“為測量目的將感受到的物理量（一般為非電量）按照相應(yīng)的關(guān)系轉(zhuǎn)化成另一種物理量（一般為電量）輸出的裝置叫傳感器。在傳感器中直接感受被測物理量部分叫做敏感元件?！保≦J30-81標(biāo)準(zhǔn)）“能感受（或響應(yīng)）規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號輸出的器件或裝置。傳感器通常由直接響應(yīng)于被測量的敏感元件和產(chǎn)生可用信號輸出的轉(zhuǎn)換元件以及相應(yīng)的電子線路所組成?！保℅B7665-87）。該定義同美國儀表協(xié)會（ISA）的定義相似。汽車課件下載汽車課件下載 http:/ l執(zhí)行器定義:l凡是利用物性（物理、化學(xué)、生物）法則、定理、定律、效應(yīng)等進行能量轉(zhuǎn)換與信息轉(zhuǎn)換，并

4、且輸出與輸入嚴(yán)格一一對應(yīng)，以便達(dá)到對對象物的驅(qū)動、控制、操作和改變其狀態(tài)的目的的裝置與器件均可稱謂執(zhí)行器。所謂現(xiàn)代執(zhí)行器，是在上述定義基礎(chǔ)上，利用先進理論、原理與先進的制造技術(shù)利用物性效應(yīng)做成的執(zhí)行元器件。主要應(yīng)用在國防與民用的高新技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)部門以及3A（辦公自動化、家庭自動化、工廠自動化）設(shè)備與裝置上。l由上述S&A的定義可以看出:對于物性型S&A動作原理與運行過程正式互逆的。所以，有人將這種S&A稱為“雙向傳感器”。汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ l現(xiàn)代傳感器與執(zhí)行器:l力學(xué)

5、量、電學(xué)量、光學(xué)量、聲學(xué)量、熱學(xué)量、磁學(xué)量、l化學(xué)量、生物量、l放射線、l微傳感器與執(zhí)行器汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 ht

6、tp:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 41) 動或致動作用;42) 施加載荷（力、力矩、扭矩等）作用;43) 控制與調(diào)節(jié)作用;44) 能量與信息轉(zhuǎn)換功能;45)物質(zhì)狀態(tài)與成分的控制功能，依據(jù)珀耳帖效應(yīng)制作的溫差電致冷器（固態(tài)熱泵）、半導(dǎo)體致冷器、以及微型節(jié)流致冷器等都是控制溫度狀態(tài)的執(zhí)行器，這種執(zhí)行器在宏觀上并沒有移動現(xiàn)象。又如控制物質(zhì)酸堿度（P

7、H值）的化學(xué)執(zhí)行器，是屬于控制物質(zhì)成分的執(zhí)行器。汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 微型泵汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載

8、http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 圖10-4管內(nèi)無線監(jiān)測系統(tǒng)圖10-5使用多層PZT雙晶片執(zhí)行器的移動機構(gòu)運動機理圖10-4管內(nèi)無線監(jiān)測系統(tǒng)汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 圖10-21直線跟蹤型微機器人汽車課件下載汽車課件下載 http:/ l 現(xiàn)代執(zhí)行器和傳感器都是利用某種物性效應(yīng)或者規(guī)律實現(xiàn)對被測控對象的檢測與控制的，所以，兩者在利用物質(zhì)效應(yīng)和規(guī)律方面有許多共同的性質(zhì)和規(guī)律。許多傳感器理論對執(zhí)行器也將是適合的。將兩者合在一起進行研究，將有助于對執(zhí)行器的認(rèn)識與了解。實際上，許多機電變換、電磁變換、熱電變換等器件都具有雙向可逆

9、特性，在一個方向變換為傳感器時，而在其相反方向則為執(zhí)行器。 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ l利用同一種物性效應(yīng)的傳感器與執(zhí)行器，兩者的工作原理相同，只是各自所利用效應(yīng)互為逆效應(yīng)。如果把S&A比喻成四端網(wǎng)絡(luò)的話（圖2-9），兩者的傳遞方向完全相反。l（ 見前“可逆四端網(wǎng)絡(luò)”，不再說明）汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 汽車課件下載汽車課件下載 http:/ PV聲能，P為有效聲壓（示強變量，廣義力） ，V有效質(zhì)點速度（示容變量，廣義位移） ；q，r1，2，3；當(dāng)*G 0時 ， 則 物 質(zhì) 內(nèi)

10、能rqponmlkjiVPKBHDESTSU*qrijjjdPVdtSdSTdSdSdu*dddUw61rqponmlkjjVPKBHDESTSUG*汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 六種能量間的物性效應(yīng)模型，每一物性參量（包括所有廣義力和廣義位移）與其它參量之間的本構(gòu)關(guān)系，其通用表達(dá)式（唯象方程）在一級近似情況下為531kkLiljiZYXiX被示參量的i維矢量（單列矩陣） ， 若x為標(biāo)量，如 ，S， 等，則i=1, 若x為一階張量，如E,D,H,B,K,P等等，則i=1,2,3 若x為二階張量，并可化為6維矢量，如T,S等等，則i1，2，6 j所示參量的個序數(shù)，6個廣義力和6個廣義位

11、移，故i=1,2,12 ilY兩種參量之間的耦合系數(shù)矩陣 Z第k個與ix耦合的自變量參量， 當(dāng)Z為標(biāo)量時，1 當(dāng)Z為一階張量時，1，2，3 當(dāng)Z為二階張量時，并可轉(zhuǎn)化為6維矢量時，1，2，6汽車課件下載汽車課件下載 http:/ l3.3 物性效應(yīng)研究的新進展物性效應(yīng)研究的新進展:l(1)壓電二次和二次以上的感生效應(yīng)l 二次效應(yīng)的證明與實驗方法;l(2)壓電扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的開發(fā)l 扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的實驗證明;l 晶片的切型優(yōu)化l 新型扭轉(zhuǎn)傳感器的研發(fā)l(3)壓電彎曲效應(yīng)的開發(fā)l(4)基于晶體變形的壓電效應(yīng)分類體系汽車課件下載汽車課件下載 http:/ 功能材料的新發(fā)展：半導(dǎo)體材料；功能復(fù)合材料、有機高聚物；功能陶瓷；功能金屬材料光纖材料；納米材料等。多功能與復(fù)合化：“氣敏濕敏”，“濕敏熱敏”，“力敏溫敏”，復(fù)合血液離子傳感器等。集成化（固體化）：結(jié)構(gòu)集成與信息集成。集