传感器和执行器的应用与发展----扬州良业收集

随着人类活动领域扩大到太空、深海和探索自然现象过程的深化，传感器和执行器已经成为基础研究与现代技术相互融合的新领域。它们汇集和包容多学科的研究成果，成为人类探索自然界活动和发展社会生产力zui活跃的部分之一。传感器和执行器技术是利用各种功能材料实现信息检测和输出的应用技术，成为现代信息技术系统三大支柱之一。

在光机电仪一体化领域，传感器按被测参数分类：尺寸与形状（宽度、厚度、凸度、平直度、弧度、直径等），位置（物位、阀门开度、高度、倾斜角度等），温度、速度（转速、线速度），力（重力、压力、张力、轧制力等），振动、加速度、流量、湿度、粘度、颜色、照度和视觉图像等非电量传感器。传感器按测量原理分类，主要有物理和化学原理，包括电参量式、磁电式、磁致伸缩式、压电式和半导体式等。执行器按控制系统要求应具备高度控制和快速响应的能力，主要有电动执行器（伺服电机、直线电机、步进电机、调速电机等），气动执行器、液压执行器（比例控制阀、伺服阀闭环控制），压电陶瓷执行器和LV/HV纳米执行器等。

电气控制和仪表控制融合成为基础自动化系统，传感器（变送器）、检测仪表和执行器成为PLC、PAC或IPC的输入和输出设备。传感器和执行器大多数应用场合是高速、高精度、多控制环节的复杂控制系统，实现调节、校正、纠偏和补偿等功能。它们在机电行业主要用于机械加工设备（高速加工、激光加工、精密压铸、精密加工、塑料加工、快速成型等），数控设备、并联机床、印刷包装设备（同步、纠偏、补偿装置等），运输设备（传输带、电梯、起重机、立体仓库等），半导体生产测试和IT行业装备（精密定位、微切割、粘片机、邦定机、SMT生产线等），药品/消费品生产线（配料、称重、数粒、喷码、贴标、颜色识别等），汽车制造业（焊接机器人、轮胎压力检测、工艺流程检测等），邮件自动分拣线和办公设备等。

随着数字化和信息技术与机械装置的融合，传感器和执行器已经开始实现数据共享、控制功能和控制参数协调一体化，并通过现场总线与外部连接。随着基础自动化控制功能的重新分配，许多计算机控制功能下放到传感器和执行器中完成，如参数检测、控制、诊断和维护管理等。由标准IEC-62061所规定的机械设备的功能安全已成为一个热门概念和不能回避的问题。就传感器和执行器而言，过去衡量其可靠性指标时，常用MTBF（平均*时间）来描述，随着硬件、软件和网络通信的融入，其可靠性必须有一个整体指标来描述，即功能安全规范。在产品的使用过程中遇到外界因素（机械振动、冲击、温度、电噪声、浪涌、雷击等）的单独或复合作用下，当可能功能出错导致危险时免遭影响而保护其可靠工作，同时又不能抛弃原有建立在严谨的概率论基础上的可靠性理论。

传感器和执行器的发展趋势是向集成化、微型化、智能化、网络化和复合多功能化，利用纳米技术、新型压电与陶瓷材料，隧道势垒等新原理和新材料研发航天、深海和基因工程领域的感知系统和执行系统。在工业领域，具有现场总线功能的传感器（变送器）和执行器，在提供测量参数信息的同时，一般还能提供器件的状态信息，配合软件增强自诊断能力，如差压/压力变送器做引压管堵塞、孔板冲蚀诊断等。近年来现场总线技术着重发展现场设备诊断技术（FDT），其目的是使现场设备接口标准化，使传感器和执行器制造厂商可借此开发参数设定和故障诊断软件，以设备类型管理（DTM）的形式加以集成。大多数情况新的FDT接口可用“软适配”的方法，既可用于RS-232C连接，又可用于现场总线连接。随着利用数字化技术、信息技术改造传统产业和光机电仪一体化进程的加速，我国对新型高性能价格比的传感器和执行器的研发与应用前景将更加广阔