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傳感器和執(zhí)行器的應(yīng)用與發(fā)展----揚(yáng)州良業(yè)收集

隨著人類(lèi)活動(dòng)領(lǐng)域擴(kuò)大到太空、深海和探索自然現(xiàn)象過(guò)程的深化，傳感器和執(zhí)行器已經(jīng)成為基礎(chǔ)研究與現(xiàn)代技術(shù)相互融合的新領(lǐng)域。它們匯集和包容多學(xué)科的研究成果，成為人類(lèi)探索自然界活動(dòng)和發(fā)展社會(huì)生產(chǎn)力zui活躍的部分之一。傳感器和執(zhí)行器技術(shù)是利用各種功能材料實(shí)現(xiàn)信息檢測(cè)和輸出的應(yīng)用技術(shù)，成為現(xiàn)代信息技術(shù)系統(tǒng)三大支柱之一。

在光機(jī)電儀一體化領(lǐng)域，傳感器按被測(cè)參數(shù)分類(lèi)：尺寸與形狀（寬度、厚度、凸度、平直度、弧度、直徑等），位置（物位、閥門(mén)開(kāi)度、高度、傾斜角度等），溫度、速度（轉(zhuǎn)速、線速度），力（重力、壓力、張力、軋制力等），振動(dòng)、加速度、流量、濕度、粘度、顏色、照度和視覺(jué)圖像等非電量傳感器。傳感器按測(cè)量原理分類(lèi)，主要有物理和化學(xué)原理，包括電參量式、磁電式、磁致伸縮式、壓電式和半導(dǎo)體式等。執(zhí)行器按控制系統(tǒng)要求應(yīng)具備高度控制和快速響應(yīng)的能力，主要有電動(dòng)執(zhí)行器（伺服電機(jī)、直線電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、調(diào)速電機(jī)等），氣動(dòng)執(zhí)行器、液壓執(zhí)行器（比例控制閥、伺服閥閉環(huán)控制），壓電陶瓷執(zhí)行器和LV/HV納米執(zhí)行器等。

電氣控制和儀表控制融合成為基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)，傳感器（變送器）、檢測(cè)儀表和執(zhí)行器成為PLC、PAC或IPC的輸入和輸出設(shè)備。傳感器和執(zhí)行器大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合是高速、高精度、多控制環(huán)節(jié)的復(fù)雜控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)、校正、糾偏和補(bǔ)償?shù)裙δ堋Ｋ鼈冊(cè)跈C(jī)電行業(yè)主要用于機(jī)械加工設(shè)備（高速加工、激光加工、精密壓鑄、精密加工、塑料加工、快速成型等），數(shù)控設(shè)備、并聯(lián)機(jī)床、印刷包裝設(shè)備（同步、糾偏、補(bǔ)償裝置等），運(yùn)輸設(shè)備（傳輸帶、電梯、起重機(jī)、立體倉(cāng)庫(kù)等），半導(dǎo)體生產(chǎn)測(cè)試和IT行業(yè)裝備（精密定位、微切割、粘片機(jī)、邦定機(jī)、SMT生產(chǎn)線等），藥品/消費(fèi)品生產(chǎn)線（配料、稱(chēng)重、數(shù)粒、噴碼、貼標(biāo)、顏色識(shí)別等），汽車(chē)制造業(yè)（焊接機(jī)器人、輪胎壓力檢測(cè)、工藝流程檢測(cè)等），郵件自動(dòng)分揀線和辦公設(shè)備等。

隨著數(shù)字化和信息技術(shù)與機(jī)械裝置的融合，傳感器和執(zhí)行器已經(jīng)開(kāi)始實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、控制功能和控制參數(shù)協(xié)調(diào)一體化，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與外部連接。隨著基礎(chǔ)自動(dòng)化控制功能的重新分配，許多計(jì)算機(jī)控制功能下放到傳感器和執(zhí)行器中完成，如參數(shù)檢測(cè)、控制、診斷和維護(hù)管理等。由標(biāo)準(zhǔn)IEC-62061所規(guī)定的機(jī)械設(shè)備的功能安全已成為一個(gè)熱門(mén)概念和不能回避的問(wèn)題。就傳感器和執(zhí)行器而言，過(guò)去衡量其可靠性指標(biāo)時(shí)，常用MTBF（平均*時(shí)間）來(lái)描述，隨著硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)通信的融入，其可靠性必須有一個(gè)整體指標(biāo)來(lái)描述，即功能安全規(guī)范。在產(chǎn)品的使用過(guò)程中遇到外界因素（機(jī)械振動(dòng)、沖擊、溫度、電噪聲、浪涌、雷擊等）的單獨(dú)或復(fù)合作用下，當(dāng)可能功能出錯(cuò)導(dǎo)致危險(xiǎn)時(shí)免遭影響而保護(hù)其可靠工作，同時(shí)又不能拋棄原有建立在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)母怕收摶A(chǔ)上的可靠性理論。

傳感器和執(zhí)行器的發(fā)展趨勢(shì)是向集成化、微型化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和復(fù)合多功能化，利用納米技術(shù)、新型壓電與陶瓷材料，隧道勢(shì)壘等新原理和新材料研發(fā)航天、深海和基因工程領(lǐng)域的感知系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)。在工業(yè)領(lǐng)域，具有現(xiàn)場(chǎng)總線功能的傳感器（變送器）和執(zhí)行器，在提供測(cè)量參數(shù)信息的同時(shí)，一般還能提供器件的狀態(tài)信息，配合軟件增強(qiáng)自診斷能力，如差壓/壓力變送器做引壓管堵塞、孔板沖蝕診斷等。近年來(lái)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)著重發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備診斷技術(shù)（FDT），其目的是使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)化，使傳感器和執(zhí)行器制造廠商可借此開(kāi)發(fā)參數(shù)設(shè)定和故障診斷軟件，以設(shè)備類(lèi)型管理（DTM）的形式加以集成。大多數(shù)情況新的FDT接口可用“軟適配”的方法，既可用于RS-232C連接，又可用于現(xiàn)場(chǎng)總線連接。隨著利用數(shù)字化技術(shù)、信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和光機(jī)電儀一體化進(jìn)程的加速，我國(guó)對(duì)新型高性能價(jià)格比的傳感器和執(zhí)行器的研發(fā)與應(yīng)用前景將更加廣闊