4357温度传感器终检系统设计【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】
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4357温度传感器终检系统设计【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】,温度传感器,系统,设计,机械,毕业设计,全套,资料,已经,通过,答辩
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10 P 19 (2008) 085404 (9579/8/085404 A C &D o., 110t0 008, in 3 008 0 008 at 9/085404 n we a is in as in as In to a we a as a an is in of a to a is to it it be of in in in . of of of is of to in as of in in 1,2. of of in is to be 3-5 j. IF IF in a it is to IF a in in as in is to be a be IF a of a an 6 or a of a a . as of of in it is to In a 9578/085404+10$ 2008 in K 19 (2008) 085404 T et al in to in it to it is to a a To we a IF a a as a In an it in by at an in a if we in a of in of in at As a be of is 2. n we to of in or on on p o 1 to 7 is in 35 to is is to We a a of of a 50 x 100 x 1.2 mm a 30 x 60 x 2.0 10) 00 /;- 2 3 ( b ) o. (a) o. . SD in ) in n = 10). No SD 19 (2008) 085404 T et . to a .0 x 109 is 00 pM at a ( is a AG 532 nm mW in a 0 11 at a 0 /xL . to we 532 nm -1 mW as an a .0 x 108 is 1 nM at a (is to to in IF is to it a to of a an - n k y = 2E+09X + 000 100 10 10000 1 y = 3E+8x + 000 100 10 0 0000 1 19 (2008) 085404 T et It is in is 50 80 nm in in a of 19 (2008) 085404 T et 0 of is in of IF we We ED as a In we a ED a 25 a 0 a 5 an of in 1 nM at a , 0 dB in in . is to a as a it be an in of It be to of 00 pM at a . to .5 nM . On ED .6 nM . of ED is to in of on of ED on of of (mW D If a of of ED be 4. IF a as a of IF by a a a 0 /by It by an a of be it is to of We in nM to be 00 320 a . is to of SD in n 10) by in It IF is in in of be in of of is as it is of We a on of a of We to of of In we on of of IF to e 1 M 1996 in 79 12452 L, J P 1996 in 42 1933 C, , W Jr M 1994 on a 66 41274 , , , , J 1996 of a 68 104051 S. G 2003 of a NA on a 75 37046 Y, K. C, M, L B 2006 A a e 17 20017 C S 2002 of in 3 76781 M, B. K G 2001 NA on 5 9099 , , . , F 2003 a of 75 211710 184 11 2003 12 E, . . 1997 of to 76 77913 S, J M, 1997 on NA of NA on 69 345114 C, C, J A M 1998 of in 70 497415 1994 19 (2008) 085404 T et 1 to 91 5740-7 一个高度敏感 ,高度可再生的激光荧光检测系统 最近 ,生化分析的表现吸引了使用小的芯片 人士的 相当关注 ,因为它的许多优势于传统的系统。最吸引人的特征是它的微芯片体积小。它的使用保证分离反应快速、高效和降低了相当数量的样品和试剂要求进行分析。由于这个优秀的特征 ,这种芯片也吸引了越来越多的 环境监测、生命科学和医疗保健等领域的 重视水平 ,因为大批样品用于分析在这些领域里是非常小的。然而 ,这些微晶片非常小的尺寸 ,同时要求 非常 高 的 检测灵敏度。 在不同种类的检测方案用于测量激光荧光微流控设备 的 方法被认为是最敏感的方法 之一 。目前 ,有各种各样的生活系统可用 ,包括一个单分子生活显微镜 敏感的液体。然而 ,很难快速发展 ,小和廉价的生活没有减少系统的检测灵敏度。 为切实实施 ,特别是在分析技术 ,如免疫检测法在医学实验室 ,测试芯片是需要一个一次性芯片。可以有两种类型的生活系统 ,由一个微芯片装置和一个完整的荧光检测系统。后者有技术上的优势 ,比如系统简易一次性通过自动化测试带和实施 ,以保证减轻实验室设备的分析。然而 ,在 “系统 ,很难保持之间的相对位置相同的检测系统芯片和测量的结果与不同的芯片 ,这导致实际实验误差。用常规的方法 是 高精度扫描 。 为了调整芯片和探测器 之间的相对位置 得体。这个要求导致 必须使用 很贵 ,又大又重的设备。这种情况也很难把这个系统在实际 中应用。 因此有必要开发一个廉价、紧凑的系统 ,有一个简单的机制和高灵敏度和高的重现性。 为了实现这一目的 ,我们开发了一个相对廉价而紧凑的生活系统 ,具有灵敏度高、重现性高。我们的系统利用商用货车与一个 高数字化 光学镜头 1 量探针。此外 ,镜头 致动器的使用 ,这是振动在水平和垂直两个方向沿轴向推光致动器在合适的频率在两个方向上使用了一个简单 的方法。例如 ,如果我们运用系统测量微流体装置 ,光束的焦斑将在水平和垂直两个方向 ,然后扫描整个二维截面通道的设备在高速度。作为结果 ,你可以看到 ,测量可以获得高灵敏度和重现性高 ,没有微调的样品间的地位 ,微处理器和检测的头。所以 ,我们 的微型分析 系统具有较高的性能和成本和空间都是有效的。 2 系统描述 在这一节中 ,我们描述了微流控装置 ,用来评估我们的系统的性能。 大多数微流控设备的制造 ,在玻璃或硅。然而 ,许多当前的研究是基于聚合物微流控装置正把注意力集中在 由于其成本 低 ,易于处理。此外 ,几项研究已经报道了 是在光学透明 35跑到附近的范围 ,因此红外光学检测在整个可见区域是可能的。这也是相当低的 我们制造一个测试装置 ,包括使用 通道。图 1显示一个方案设计的测试装置。芯片由地面板和盖板 (3060米 ,)和五种要素的流动通道十访问端口相连在一起的渠道弹性矽管 (内径 :300 / 它是用来介绍 /去除样品测量、缓冲区和废物。这两个基质是由热相互联接空气等离子体。 首先 ,主人为微流控装置的开发利用标准光刻和湿化学腐蚀 方法 :(1)渠道设计是由用土坯插画家 后打印出来到一个透明膜用作面膜。一层薄薄的积极 分钟通过透明玻璃幻灯片相一致。 (2)为了获得一个 20 / 光刻胶被允许在一个开发者开发解决方案 (另一个 2分钟。模板与渠道设计作了进一步的 85 C / f 的烤箱烘焙 15分钟在热板加强的粘着力和当时的逐渐冷却到室温 1 - 2小时。 在这个过程中 ,所有的光阻除了抵抗被定义在该地区的渠道。 (3)以确保顺利脱模 ,玻璃滑被放进一个 (w / v(磷酸氢二铵溶液去除铬层暴露。在 米大师 :的高度与渠道获得了大约 20个 米 /我 5分钟高频解 25度。 (3)(液的制备以及东丽道康宁 :有限公司、日本东京 ,倒到主人 )与一个框架举办的解决方案。 (5)这是治愈入预热 65 C / 小时 ,其次是第二次治疗 1足总入预热 100 C / f。 (6):阿玻璃主人、检修口直径 (7)芯片的 它把两个表面与氧气等离子体才把他们带进接触9。硅管然后被插入 现在我们解释光学检测部分进行了详细的介绍。我们的生活中用的描述系统如图3。 对荧光激发光源是一个 梁直径 一个输出功率的 %的电力稳定。 0 兆赫不超过 通过激励梁 25%的中性密度 (第二滤波 (输出功率为 机械由微型电磁活塞与切碎 5毫米中风 (公司 ,东京 ,日本 ),必要的 ,可以避免荧光物弧的样品。最大的斩波频率的活塞是 60赫兹。 光束通过分光镜和波长盘。然后从两色镜子反射之前被传送到目标透镜光学货车与一个数值孔径为 向钠 )和焦距 / 是那么集中到一个小的区域并投射样品。梁权力的价值目标 ,通过 “ 房颤的镜头是 现场 一个样品持有人 ,它作为一种定位试验装置的向导 ,是摆在上面在目标透镜的光学检测部分。步进电机安装在一边的持有者和测试装置 ,设置在持有者 ,定位和精密 40项 X)的方向和 20项在肠垂直 (Z)方向英吉利海峡。对于多通道的测量 ,梁的运动之间的通道 测试设备和客观 吸收的光聚焦和发射荧光光再次在长波长 (样品 = 2)根据斯托克斯转变。这是一辆荧光收集目标透镜和一个钠为 入 )。光锥可以收集这个目标透镜是 总固体角度下 ,4 色的镜子反射光波长为 550以下和传输光的波长 ,上面这只传送荧光光谱。 定位引导 图 3。我们的生活中用 的描述系统与光学皮卡 (左 )。生活的外部视图系统和一个测试装置设置在样品持有人 (右 )。 其次 ,光是过滤后再举一个过滤器 ,即发射带通滤波器 ,玻璃只发射波长的荧光和检测的光电倍增管 (6355;子 日本 ),家庭。在输出路径 ,自制 毫米 4 毫米为了减少装配的反射和散射导致检测的流浪 光在并联机床。当前所产生的光敏表面然后并联放大大约 106次乘数管内部一个电压 700 V,然后输入放大器电路。该电流转换成电压信号 ,又要放大大约有 10次放大电 路。因此 ,价值的电压信号量成正比的荧光发射抽样绑定到流 最大的输出电压信号范围局限于 的在放大器终止登记 ,然后一个广告转换器采样与 16位分辨率在采样率为 兹。然后通过信号是一个低通滤波器在采样时间窗口 ,开出约 250 后分析了输出数据是由一个数据处理单元。 另一方面 ,光线的反射边界是聚集在皮卡车镜和反射的镜子是两色分光镜和部分。光束通过柱透镜和两个焦点 极管。检测信号用于设置扫描范围的目标透镜致动器的基础上 ,结合边界的通道。 我们的生活的关键特征系统是光学传感器时 ,即客观的镜头被安装在音圈电机(这是用来反复氯乙烯驱动物镜处沿垂直方向和水平方向的渠道在扫描过程中 ,在这个系统中 ,我们采用了 标透镜 (限公司。日本的大阪 ),如图 其中有一个数值孔径 (南 ) 焦斑直径 为上述宋惠乔激光与 X 532海里。自从钠 是可以选择的根据光束半径 ,我们使用了钠对梁投影值为 冷凝 利用控制信号和电压幅值 1 V、执行机构可以振动频率的 640赫兹以扫描范围的 10 / 重点发展方向和在 140赫兹的频率以扫描范围的 150 / 作为目标透镜可以在高频振动 ,我们的系统具有如下优点在常规的生活体系。 (1)高通量测量可以达到很高的速度扫描 在目标透镜的焦点和跟踪的方向。 (2)一个小样本的分布可以用高灵敏度高 ,因为目标透镜钠和一小束斑大小。也有可能 ,有效地提高了测量重现 样本数据进行平均。 (3)一个适当的程序可以弥补振动差异之间的缝隙对不同芯片和探测器测量并能减少努力参与微调为每个测量。 上述特征暗示我们的系统可适用于检测 ,特别是在小卷过程 ,如微流控芯片毛细管电泳与交流 在 应该指出的是 ,我们已经适应的 类型的照明系统 ,在并联机床位于侧面的入射光垂直放置之上 ,以避免退化的设备检测信号完整性因串扰而导致邻近频道之间 ,在测量在多通道的设备。 我们估计端到端的效率的荧光检测由考虑光路的损失 :收藏荧光 (10%)88%)x 两 色镜子 (95%)90%)= 这个结果相比一个商业生活系统或生活显微镜的 类型的 ,通常用钠为 。 在这个系统中 ,我们也可以采取一种发光二极管 (为光源透镜准直器和激励设置过滤器在两色的光通过镜子。使用一个 而 ,的敏感性也可能降低系统相比 ,这样的情形 ,一个激光作为光源。 我们现在说明操作的执行机构和目标透镜实验中所用的测量方法。 开环的动态响应特性的目标透镜光学拾驱动器 :(一 )传输特性的重点发展方向的传输特性和 (b)为轨道方向。 作为准备 ,首先讨论了执行测量对象的扫描范围应将镜头检测驱动器之间的界线要解决渠道和玻璃钢板或 点发展方向的边界之间的空白溶液和玻璃地面板或空白溶液和 道方向的边界之间的空白溶液和 此 ,由执行该操作 ,你可以把扫描范围的焦点和氯乙烯两轨迹的方向。 虽然这 界检测的第一步是行之有效的情形的深度和广度 ,微通道是未知的 ,它都不一定需要实验 ,因为我们的深度和广度 ,是众所周知的 ,和粗糙的模拟精度调整 (40项肠和 20 /我在 X 和 、晚稻的精度 20 /肠 )已经在两个方向上进行人用样本的步进电机。因此 ,氯乙烯的范围可以设定在推进运动 ,能够覆盖整个二维区域的 有足够的利润。 我们采用了以下方法为振动。该方法尤其适合用于 量。 在本研究中 ,我们使用高精度、同步信号 ,由 正三角形横扫 V 负面 在集中 (Z)和跟踪 (X)的方向。信号频率的基础上 ,确定结构的振动频率的情况下 ,为 方向 )。在我们的系统中 ,由一个输入信号产生一个16位分辨率与达变频器在采样率 4兆赫 ,依照的输出数据控制单元。因此 ,移动目标透镜氯乙烯沿 而振动沿 为一个结果 ,束斑扫描整个 2 的焦点在高速度。在这个测量过程中 ,最大的测量值为每个往复运动在 样的程序被 执行的 后执行的互惠周期是反复的平均周期为最高值都在每条通道被视为最终衡量价值的荧光信号的渠道。值得注意的在这里 ,可以实现高通量测量数据采集和分析因为数据进行互惠的循环中测量。 在下一节里 ,研究表明 ,该振动方法提高上扮演相当重要的角色测量灵敏度高、重现性好 ,没有进行微调 间的相对位置 ,对检测探头在我们的生活体系。 3 实验部分 我们运用我们的生活流试验装置系统在第 从而我们的体系。作为一种评价样本 ,我们使 用它被广泛应用 直接或间接地作为荧光标记 63海里 ,587海里 ,分别。以不同浓度的样品的解决方案 聚碘的制备方法为 系列稀释磷酸盐缓冲 , :1,v / v)混合 ,然后加入样品系统。水库 测试装置是放置在试样夹 ,大约 米以上被放置在目标透镜的生活系统 (图 3,右 )。设备被连接到微泵静脉推注法的样品聚醚醚酮管和解决方案 ,在流量泵 20 / 从水库 1到每一个频道。流量稳定性 。然后 ,荧光信号的样品的 解决方案会流动通道主要通过测量系统使用振动方法求医 ,在第 测量、运动梁之间的信道 ,连续流由步进电机的速度 20毫米年代的基础上 ,通过控制单元的命令 ,因此在多通道的观测样本进行了试验装置非常迅速。在我们的试验中 ,我们将 V - , / m = 400赫兹和 / 2 = 40赫兹被考虑到试验装置和精密定位的 40微米在 0 / 方向移动。 检测到的最大体积的体积 ,由数值孔径的物镜处腰围和梁的距离计算出频道约有400的质量。这是一个小的量检测的优越特性本 系统。 首先 ,我们评估了变化的荧光信号的测量数据由于错误的微通道之间的相对位置和光学检测芯片探针。从现场尺寸的激光很小 ,相对位置在每个通道和目标透镜有影响的力量 ,从而输出信号的测量结果。 进行了测量和五种不同的芯片和 0“7 米 了比较 ,液的荧光信号的约束来测量这两个流道第一的目标透镜情况就固定在初始位置和情况是在目标透镜的振动频率 / i = 400赫兹和 / 2 = 40赫兹 (实验 1)。然后 ,会用移动芯片沿 2)。 在这些实验中 ,十个测量每个实验进行了以芯片和芯片和运动每束渠道之间的沿该指出的是 ,每一片安装按手在采样持有人。 因此 ,很明显 ,利用光学货车与振动方法 ,我们可以弥补错误而产生的安装和运动的薯片 ,能有效地提高测量系统的结果的重现性相对位置没有微调。这就提供了一个相当的优势在实际使用 ,因为它不需要发展复杂和昂贵的仪器对高精度定位。 量结果 接下来 ,我们显示测量的结果检测特点的生活体系。测量不同浓度进 行了 生活的反应系统 ,不同浓度的 。我们可以看到 ,为 线性的测量范围为 100 准的价值的便携式测量仪器。测量时间 ,不包括时间包装样品溶液的 时不到十元的钞票。检测极限是大约 800点在信噪比 3种。绝对数量的样品检出率 ,估计大约有 320 景信号 ,即缺乏空白的程度上 ,是认定为 测 极限 800点是与以前报道的结果 ,为大型 因此 ,我们的系统能够分析示例解决方案 ,具有灵敏度高、重现性高的振动目标透镜光学拾定位准确。 我们已经发展了一种相对较小的廉价的分析系统具有优良的性能。我们的系统可以容易实现的实践 ,特别是分析技术在医学实验室免疫测定法等测试片 ,须芯片的单次 ,即系统包括一个一次性的微芯片以及光学检测系统。在这些很难执行高度敏感的测量由于具有较高的重现性误差间的地位和探测器芯片的不同测量。这意味着我们的生活体制 符合“ 分离式的系统 ,因为它能提供成本、时间和空间 高效测量和高性能因使用一个简化的测量方法与光学的猎物。 把 色散 考虑 在我们的光学系统 中也是有必要的 。我们的光学透镜皮卡是专为650海里 / 780海里波长的光。因此 ,小货车头轴彩色畸变引起的兴奋和荧光波长 ,结果转移重点 (简称焦距 )。然而 ,这种转变并不影响我们的扫描的方法和结果一旦扫描范围确定目标透镜激发波长。因此 ,色散不引起严重的退化的生活体系和绩效结果。我们可以获得高灵敏度和重现性。我们现在考虑的结果被采纳为当一个 我们的研究中 ,我们使用一个绿色 25纳米 ,半带宽的 40 海里 ,一个指向性的角度和输出功率的 15 司 ,本 )。光束功率经过目标透镜是 总功率。 虽然灵敏度较低比情况下使用激光作为光源 ,它必须考虑更换提供了一个优势 ,这在该尺寸的系统变得非常紧凑的 ,因此其价格降低大幅度降低。它可能是有意义的比较敏感的单位功率激光和 测极限时使用了 800点激光在信噪比 3种。因此 ,检测灵敏度的 们的 区别在于光功率的有效性集中在通道。有效功率 计算 波 ,用一个日后过滤 )。如果一个领导提供了较大的输出功率和更有效的完成了横向光的灵敏度 4。结论 生活系统 ,使用一种商用光学测量探头控制方法。这个系统的性能并利用求医 ,一个 深度 :20 /我是虚构的 例证明 ,利用光学货车和一个简单的方法、结果的重现性与振动测量系统的剧烈 ,可以提高这足以补偿位置误差 引起的安装和运动的筹码。研究了不同浓度的系统响应 得到的响应曲线的线性测量范围 100海里和检出限被发现大约 800点 (320 3.,信噪比与传统的系统。结果的重现性相对标准偏差值表示为重复测量 (n - 10)是 些结果是非常令人印象深刻的考虑 ,每个芯片是虚构的 ,每个单独芯片安装按手在实验的建立。这表明生活系统也特别适合微流控装置测量针对其灵敏度和重现性。 因此 ,该系统可有效地用于 分析化学在芯片的检测 ,这就需要非常少量的样品准确。我们的系统是有用的 ,也是理想的不仅为研究和发展的宗旨也为实际使用如环境监测、生命科学和医疗保健的水平 ,因为它是相对低廉 ,结构紧凑 ,能够执行快速测量。我们正在从事一项研究分析一种蛋白应用荧光诊断。我们已申请了我们对系统的定性的分析检测。免疫在我们的下一篇论文中 ,我们将报告在详细分析应用我们的生活系统 ,这样的例子。 高度灵敏，高度可重复的激光诱导荧光检测系统 摘要 本研究，我们已经开发出一种新型激光诱导荧光检测（ 统，这是特别好，比如在毛细管电泳和微芯片为基础的分离和微反应器装置，如微流体过程测量的理想选择。为了获得高性能的系统，我们作为测量探头以及一个物镜致动器是在一个光轴的垂直和水平方向振捣根据一个简单的方法，市售的光学读取头。我们的系统优于传统的系统，因为它具有高灵敏度和高重复性，它可以在不复杂，昂贵的高精密组件和检测探头定位装置实施。 关键词 ：激光诱导荧光检测，激光头，音圈电机，振 动的方法，无需 微调，灵敏度高，重现性高，成本低，结构紧凑，微流体设备 。 1 引言 最近，使用小芯片生化分析性能吸引了比传统的系统，因为它的许多优点相当的重视。该芯片最具吸引力的特点是它的体积小。它的使用，确保反应快速，高效分离，减少了样品和分析所需的试剂可观。由于这种出色的功能，芯片也吸引了诸如环境监测，生命科学和医疗保健领域相当重视，因为在这些领域中使用的分析样品的数量相当小 1,2。但是，这些芯片体积小，同时要求非常高的检测灵敏度。 1 09578/085404 10 $之间在微流体器件测量用于检测计划的不同类型的 光诱导荧光（ 法被认为是最敏感的方法 3各种 括一个单分子在液体中的敏感性 是，它是非常困难的发展离不开一个快速的检测灵敏度下降，小型和廉价的统。 2008 版印刷有限公司在英国的实际执行，特别是在诸如医疗实验室免疫分析技术，测试芯片必须是一次性使用的芯片。可以有两种类型的个系统，一个设备和一个集成芯片荧光检测系统组成（“综合型 ”）6或微芯片和检测系统（“分离式”）。后者的制度，如一次性使用的试纸，并使用自动化实验室设备，保证了便于分析实现的简单处理的技术优势。然而，在“分离式”系统，就很难保持相同的芯片之间以及与不同的芯片检测系统测量的相对位置，这会导致大量的实验误差。在传统的方法，高精度扫描阶段是必要的，以便调整之间的芯片和检测探头适当的相对位置。这一要求导致非常昂贵，大，重型设备。这种情况也使得它很难投入实际使用这个系统。因此有必要开发一种廉价和紧凑的系统，有一个简单的机制和高灵敏度和高重复性。 为了达到这个目的，我们开 发了具有高灵敏度和高重复性相对便宜，紧凑的们的系统使用了高数字化 1光圈镜头作为测量探头市售的激光头。此外，物镜致动器是使用，它是在沿光轴的垂直和水平方向振动驾驶在适当的频率，同时用一个简单的方法方向的执行机构。例如，如果我们应用在微流体器件测量我们的系统中，光束焦点将移动在垂直和水平方向，然后扫描整个二维的微节在高速设备。因此，人们可以看到，测量结果可以用高灵敏度，高重复性和无之间的采样位置，芯片和检测头微调获得。因此，我们的微分析系统具有较高的性能，成本和空间效益。 图 1设计试验装置： （一）顶视图和（ b）侧视图。 2 系统描述 流体测试装置 在本节中，我们描述了微流体装置，是用来评估我们系统的性能。大多数微流体器件制作在玻璃或硅。 然而，许多是在聚合物基微流体器件的研究，目前正专注于宝 1 由于其成本低，易于操作。此外，一些研究报告 7 35运行到近红外范围内，因此在整个可见光区的光学检测是可能的。 自体荧光也低比其他聚合物。 该测试设备制造过程的基础上， 11本成型技术。我们将这个过程解释下。首先，为微流体设备主是发达国家使用标准光刻和湿法化学蚀刻技术：（ 1）通道的设计是由使用 后印在透明薄膜是用作遮罩了。一个积极的光致抗蚀剂薄层（。 - 京 业株式会社，日本神奈川县）是在空白面具板（ 50 纳米 ; 备销售公司，日本东京。）表面涂层旋和随后暴露于长波的长度约 2 。 （ 2）取得 20 / 的 微结构，光致抗蚀剂被允许发展中的显影液（ - 1S;东京 业）的另外 2 分钟。与渠道设计模板进一步烘烤在 85 15热板，以加强粘连分钟 有的光阻去除除了抵制在定义的渠道领域。 （ 3）为了确保顺利脱模，玻璃幻灯片在 17 W / 铵硝酸溶液中去除暴露镀铬层。漂洗后在 2 M 一个有大约 20 M M 5分钟在 25下获得解决方案的玻璃，在 片成型对主。 （四） 溶液（ 184：道康宁东丽有限公司，东京，日本）浇到主用持有的解决方案框架。 （ 5）它是固化在烤箱在 65 1 00秒 1发彗星治愈之后。 （ 6）固化后的 片去皮 O ：玻璃的主人，并用直径 席访问孔分别到芯片打了个使用金属管。 （ 7） 片是不可逆的键合 米等离子氧治疗两个表面厚玻璃板，然后才接触到 9提出。随后硅管插入孔的访问和 2显示了制造测试设备。 m 2 外观的制造测试设备。 学检测系统 现在，我们详细解释了光 学检测部分。对我们 统原理图描述如图 3所示。为荧光激发光源是连续 频带的 532 = 一个光束直径为 瓦的输出功率为 1，保证功率稳定波长的激光。在带宽峰峰值噪声从 0兆赫不超过 532，长春新产业。中国）。激发光束穿过 25的中性密度（ 镜（输出功率为 瓦），并通过微型电磁机械切碎活塞行程为 5 05A， 司，日本东京），其中弧要避免荧光光漂白的样品。活塞最大的斩波频率为 60 赫兹。光束经过束分离器 和一个1 / 4波长板。它是那么反射前被转移了 值孔径 出）和焦距为 一个光头物镜二色镜。梁，然后集中到一个小点，并预计到样品。梁力之三值自动对焦镜头，通过客观的逝世是 瓦，光斑大小为 。英里。一个样品架，这是作为一个为测试设备定位指南中使用，是摆在上面的光学检测部分物镜。步进电机是安装在持有人方和测试设备，它是在持有人设定，定位精度为 40 ，在水平（ X）的方向和 20 垂直（ Z） 于多通道测量，渠道之间的测试设备和物镜驱动器中的无梁运 焦光吸收和排放，从在一个较长的波长（ = 2）根据斯托克斯位移样品荧光光了。这种荧光收集的一个有 入） 卡物镜。在光锥可以用此物镜收集 总 4体角，在假设发射光子辐射四面八方。下面的两色镜子，反映了 550 万（ = 3）波长的光并传送超过这个波长的光，从而只传输一个荧光光谱。 接下来，光线过滤再次使用的排放过滤器，即一个带通滤波器，只传输的荧光发射波长，检测使用光电倍增管（ 6355; 子学株式会社，日本静冈县）。在输 出路径，一个自制的圆锥型为 2 毫米 x 4 毫米口径光学挡板组装，以减少在沿 X - 毫米间隔马达，最大速度为 20毫米的 “1 。地面之间的工作距离板底部的重复执行，并为每个通道中的所有周期的最高值的平均值作为最后的考虑测得的该通道的荧光信号值，应该指出的是，它有可能实现高通量的测量，因为数据采集和数据分析在测量过程中的往复循环执行，在下一节中，它是观察到的振动方法中起着重要的作用 。 图 3 对我们 统原理图描述光学拾音 图 5 。 开环的光学拾音物镜致动器的动态响应特性：（一）转让为特征的重点方向和（ b）转移轨道的方向特性。 频率 焦 至于执行测量准备，第一，在物镜致动器扫描范围应设置检测之间的通道要解决和玻璃板或 板的界限。之 间的空白溶液和玻璃地面板或空白溶液和板的重点方向边界可以由 测的重点错误信号 S 形曲线。之间的空白溶液和 板的轨道方向边界可以由监察沿地面之间的玻璃板块与板块边界 反射信号的强度。因此，通过执行此操作，可以设置在两个轨道的重点和方向的 然这一边界检测预扫描步骤是在情况下的深度和宽度的微不明有效的，它不一定需要我们的实验，因为深度和微通道宽度是已知的，和（ 40 精度粗糙调整 20 / 别和 20 /双向 确性 经完成用步进电机的样品架。因此， 动范围可以预先设定，以涵盖所 有具有足够余量的 维部分。我们采用以下方法进行振动。这种方法特别适合于微芯 片为基础的测量。在这项研究中，我们使用高精度，同步扫描三角信号，从积极的 V 以适当的频率，在焦点（ Z） 和跟踪（ X）方向负 信号的频率决定的基础上，条件是为 Z 方向 (=/)振动频率高于对 =/:)号是由一个 4 6 位分辨率与来自控制单元的输出数据进行。因此 ， X 方向移动物镜反复扫描，而它沿同步 动。作为一个结果，光斑扫描的速移动的光束的焦点部分。在此测量过程中，最大测量中的每个 样的程序执行为 往复循环，然后实现高通量的测量，因为数据采集和数据分析在测量过程中的往复循环执行。在下一节中，我们可以观察到的振动方法中起着重要的作用，改善 测量灵敏度和重现性不执行之间的 我们 位置进行微调。 3 实验部分 量过程概要 在测量过程中，我们应用我们的大纲 统的微流体测试装置在 而评估了我们的系统性能。作为评价样本，我们使用 被广泛使用，直接或间接地为与吸收和荧光发射最大值 563 87 荧光蛋白质标记 磷酸缓冲液， 1:1， V / V）混合，然后添加到系统的样本库。该试验装置被放置在样品架，这是放在高于 统物镜（图 3 右）约 米。该 设备被连接到由 0流量 / 1到每个通道的水库，流速稳定性为 然后在荧光信号绑定到流通渠道，测定样品溶液的 测量过程中，对流通渠道之间的连续梁的运动是由步进电机进行了 20 毫米的速度上线由控制单元，因此多渠道在测试设备 的样品进行了测量命令的基础上很快在我们的实验中，我们设定 V - ， ， / J = 400 / 2 = 40 考虑，测试设备是与 40 庵在X 方向和 20 / . . 方向定位精度 检测到的卷的最大数量，由物镜的数值孔径决定束腰的大小和通道距离计算约为 400 种小批量的检测，是本系统的优良特性之一。 首先，我们评估在因之间的微芯片和光学检测探头的相对位置误差荧光信号的测量值的变化。由于激光光斑尺寸很小，彼此之间的通道和物镜的相对位置已经对输出信号的强度，因此对测量结果有相当的影响力。测量结果均用五种不同的芯片和一个 10“ 7 M 解决方案。为了比较的目的，势必流道 1 I = 400 2 = 40 赫兹（实验 1）。频率振动情况，那么，绑定到所有五个渠道 决 方案的荧光信号进行测量移动沿 评估之间的通道（实验 2）的变化，在这些实验中，十进行测量每个实验采取的芯片和每个芯片之间的通道束的运动了沿 X 该指出的是，每个芯片是由人的手在采样安装，结果如图 6 所示（实验 1） 8 网图 7（实验 2）从图 6（ a）可以看出，在测量值的变化是大的物镜时是固定的，即使是初步优化，它有时会出现所观察到的，通过把信号变得很弱微芯片和缩小，也就是说，重点不交 3。实验部分 统的微流体测试装置在 而评估了我们的系统性能大纲，作为一种评价样本中，我们使用 而被广泛使用，直接或间接地为与吸收和荧光发射最大值 563 87 别与不同浓度的 品溶液是由串行准备用 磷酸缓冲液， 1:1， V / V）混合，然后稀释添加到样品库系统，测试设备是在样品架，它被放在上面放置约 统（图 3右）。设备被连接到由 0 流量 / 钟“，从水库到每个通道 1。流速稳定性为 。然后，必将对流通渠道的样品溶液的荧光信号进行测量振动的中描述的系统。在测量过程中，对流通渠道之间的连续梁的运动是由步进电机进行了有关命令，由控制单元的基础上速度为 20 毫米 s 和因此多通道测量在测试设备 的样本表现非常迅速。在我们的实验中，我们设定 V - ， ， / J = 400 2 = 40 试设备是与40庵在 0 /精密定位， 方向。对检测到的卷的最大数量，由物镜束腰尺寸和数值孔径的通道距离确定计算约为 400 种小批量的检测，是本系统的优良特性之一。 接下来，我们显示了我们的 测量均对不同浓度的 决方案。该 。我们可以观察到的 应曲线覆盖超过四个数量级，并在测量线性范围 100纳米。而测量精度为 2超过了便携式测量仪器的标准值 量时间，不计时间收拾在 品溶液，只需不到 10 秒。检测限约为 800 分在 3 信号的信噪比。绝对 的样品检出量为约 320 样本估计虽然在 应曲线的测量，得到来自五个不同的渠道和五个不同的芯片，在这个范围内 测量进行十次（ N - 10） 单芯片测量。结果更令人印象深刻的考虑，每个芯片为 F 独和每个芯片是手工安装在实验装置。因此，我们的系统可以分析具有高灵敏度和振动不定位 恰是一个光头物镜高重复性的样品溶液。因此，我们开发了一个相对较小的高性能和廉价的分析系统。我们 的系统可以方便地实现实际，特别是在医学实验室等，其中的测试芯片必须是一次性使用的芯片，即免疫分析技术，该系统包括一个一次性芯片和光学检测系统。在这些“分离式”系统，它是难以执行高重复性由于在芯片之间和不同的测量检测探头位置误差高度敏感的测量。这意味着我们的 统非常适合的“分离式”系统，因为它可以提供成本，时间和空间，有效的测量和高性能由于简化测量过程与激光头的使用。这也是必要的。考虑的 . 色 .们的光学拾音镜头是专为 650 80 波长。因此，读写头 造成轴向激发和荧光的波长，这是（缩短焦距）重点转移的结果色差。然而，这种转变并不影响我们的扫描结果的方法和我们曾经是物镜扫描范围是为激发波长决定的。因此，色散不会导致在出 统性能严重退化和。我们能获得高灵敏度和重复性的结果。我们现在考虑所取得的成果时， 我们的研究中，我们使用的最大排放 525纳米， 40 纳米半带宽，15 个方向性的角度和一个 瓦的输出功率 色（ 本德岛）。后通过物镜近光功率为 为总 功率的 图9 显示了在这种情况下，为 准曲线。人们可以看到，检测限为在 3信号与噪声的比例，这是约 20分贝外，在图 8所示的情况下少约 11 海里。虽然灵敏度相对较低的情况相比，使用激光作为光源，它必须考虑到，这个替换提供了一个优势，该系统的规模变得非常紧凑，因此它的价格大幅降低。这可能是有益的，比较单位的激光功率的灵敏度和 结论 来作为测量探头市售的激光头的开发。该系统的性能进行了评价 0 / 决方案和测试芯片：芯片是由粘接 玻璃制造。据证实，通过使用一个光头和一个简单的振动的方法，测量系统的重复性，可以大幅度提高，而且足以弥补从安装位置和运动而产生错误的芯片。我们研究了不同浓度的微芯片使用相同的方法对 获得的响应曲线是在测量范围 线性，检测限被发现为 3 信号与噪声的比例约为 800 分（ 320 这相当于常规系统。在重复测量的 N - 10）表示的重复性为 单芯片测量和 这些结果是非常令人印象深刻的考虑，每个芯 片单独制作，每个芯片是手工安装在实验装置。它表明， 统特别适合于在其灵敏度和重复性查看微流体器件测量的理想选择。因此，该系统可以有效地用于微芯片化学，这就需要对极少量样品的准确检测分析。我们的系统是有用的，不仅对研究和发展的目的，而且，如环境监测，生命科学和医疗的实际应用可取的，因为它比较便宜，结构紧凑，执行快速测量。目前，我们正在开展一项关于一种利用荧光蛋白质类型的诊断分析研究。我们应用我们的系统的免疫化学检测分析的定性测定。在我们的下一个文件，我们将报告对我们的 1 M 1996 in 79 12452 L, J P 1996 in 42 1933 C, , W Jr M 1994 on a 66 41274 , , , , J 1996 of a 68 104051 S. G 2003 of a NA on a 75 37046 Y, K. C, M, L B 2006 A a e 17 20017 C S 2002 of in 3 76781 M, B. K G 2001 NA on 5 9099 , , . , F 2003 a of 75 211710 184 11 2003 12 E, . . 1997 of to 76 77913 S, J M, 1997 on NA of NA on 69 345114 C, C, J A M 1998 of in 70 497415 1994 to 91 5740-7 长春工业大学学士学位论文 摘要 传感器终检系统就是以检测传感器各方面性能是否符合设计要求为目的的机电一体化系统。随着科技的更新和时代的发展，传感器以其特有的功能已逐渐成为众多产品实现其功能不可或缺的一部分，其产量以及应用范围与日俱增，影响力也越来越大。 本次传感器终检系统设计主要分为三个工位，分别执行阻值检测、绝缘检测和打标三个功能。三个工位依次排列在同一直线上，有机械机构完成对目标件的检测。 机械部分主要由一个主工作台，两个辅助台组成。传动部分选用气动滑台、气缸、摆动缸、气爪和步进电机带动的齿轮传送带来完成所需要的工作步骤。其中气 动滑台执行 x 轴方向上的水平移动，气缸执行 件的夹取由气爪完成，最后的分拣由摆动气缸和气爪组合完成。 电气部分设计主要应用的是 带动步进电机运动。步进电机与同步齿轮带相连接，从而执行工件的进给运动。输入输出部分选用的是 个系统与 一控制。 程序部分使用的软件是 过 拟仪器完成整个系统的自动化工作。 关键字： 温度传感器 步进电机 气压传动 长春工业大学学士学位论文 is to is of by an of is in is a to a by a of of to x on of of y by in 734, CI C of is I to of 长春工业大学学士学位论文 目录 第一章 绪论 . . 1 . 1 前景及特点 . 2 . 2 第二章 温度传感器 . 3 度传感器的定义 . 3 . 3 第三章 机械部分设计 . 6 . 6 . 6 . 8 用电机与滚珠丝杠传动 . 8 用液压传动 . 8 用气压传动 . 8 动方案的最终确定 . 9 . 9 向移动装置的选择 . 9 向运动装置的选取 . 9 测件的夹取回收 的选择 . 9 爪的设计及抓取力计算 . 9 缸 1 行程及参数计算 . 11 缸 2 行程及参数计算 . 11 缸的串联 . 12 动缸计算 . 13 动滑台的选择 . 14 作周期的计算 . 15 进电机的选择依据 . 16 轮传动部分设计 . 18 承的选择设计 . 20 第四章 电气部分设计 . 21 . 21 . 21 述 . 21 件设置 . 23 外设连接 . 24 长春工业大学学士学位论文 脚描述 . 25 39+与步进电机的连接 . 25 . 28 述 . 28 卡的 置 . 29 图 . 29 号连接 . 29 . 31 述 . 31 卡的 置 . 32 号连接 . 33 第五章 序设计 . 35 述 . 35 . 35 心得体会 . 39 致 谢 . 40 参考文献 . 41 长春工业大学学士学位论文 1 第一章 绪论 课题的来源及意义 顾名思义，传感器终检系统就是以检测传感器各方面性能是否符合设计要求为目的的机电一体化系统。随着科技的更新和时代的发展，传感器以其特有的功能已逐渐成为众多产品实现其功能不可或缺的一部 分，其产量以及应用范围与日俱增， 影响力 也越来越大。因此， 为了生产出更有质量的传感器 ， 人们对传感器检测系统设计的要求也越来越高。没有精良的传感器检测系统，就不可能生产出质量过硬的传感器产品。 本次的 毕业 设计 针对 的对象 是 热敏电阻，即温度传感器。主要测试的属性 有两个： 1温度传感器的阻值 2温度传感器是否绝缘。 在本系统中只有以上两个参数符合设计者的要求，才允许投入使用 意义 是不言而喻的，它对产品能否顺利执行功能及产品的生产环节是否需要调整起着至关重要的作用。 另外，本系统经过部分改装 重组还可以作为其他传感器的检测系统，具有较广 的应用范围 和较高的实用性 。 感器的特点及 当前形势 传感器是国内外公认的前景广阔的高新技术产品，其主要的特点有技术含量高，经济效益好，渗透能力强，市场前景广等。 装备制造业 在制造过程中及整机性能测试中会 面对许多不同的 机械量和几何量，有些 设 备在运行中还要经常对 例如 位移、速度、加速度、力、 等机械量， 长度、角度、形状、位置 等几何量进行测量 。 在人们的实际社会生产实习中 ，从信号的角度来看，都需要通过传感器，将其转换成电信号 (近代还可以转换成光信号 )，而后再 进行信号的 多方面处理。 传感器产品的门类品种繁多，用于流程工业的主要有：温度传感器、压力传感器、重量传感器、流量传感器、液位传感器、氧敏传感器 ,各种力敏传感器、气敏传感器、分析仪表等，用于机械工业的还有：开关类的接近 /定位传感器、安全门开关等安全传感器、旋转编码器、视觉传感器、速度传感器、加速度传感器等。目前国内传感器共分 10 大类， 24 小类， 6000 个品种。而国内品种更多，如美国约有 17000种传感器，所以我国发展传感器品种的领域很宽广。 长春工业大学学士学位论文 2 内外发展前景及特点 中国传感器的市场近几年一直持 续增长，增长速度超过 15%， 于此的同时温度传感器的生产在世界范围内发展迅猛 ，平均增长率为 9%。在 中国 ，传感器主要应用于 工业及 ，汽车 产品、通信电子产品、消费电子产品专用设备，其中工业和汽车电子产品占市场份额的 较大 。 改革开放以来，我国吸引了各国商家的投资，主要有西门子 、欧姆龙、邦纳等公司， 这便为国内的制造业发展提供了很大的动力， ，虽然我国 国内传感器 产业 有 一定程度的 发展，但这 还远远 不能 满足 形势的要求。世界其他国家的 传感器生产和研发的规模在不断 壮大 ， 以美国为例，它拥有 生产和开发传感器的厂家 多达 1300多家 ， 另外据不 完全统计还有拥有 100多个 研究院所和院校 。整体看来我国的传感器产业正稳步的发展，但步伐还不够快，还不足以适应当前 该产业的更新。发达国家对传感器的发展也同样没有停歇，传感器产业日益成为装备生产中的重要角色。 文的主要研究内容 本课题主要对热敏电阻检测系统进行设计，分为三个工位，第一个工位检测电阻值，第二个工位负责检测内部端 子与外壳是否绝缘，第三个进行打标 。 环境温度范围是 1827，温度测试精度为 直线三二工位布置，节拍为 。 长春工业大学学士学位论文 3 第二章 温度 传感器 度传感器 的定义 利 用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的 传感器 。这些呈现规律性变化的物理性质主要有体。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照 传感器材料 及电子元件特性分为热电阻和 热电偶 两类 。 度传感器的分类 1 接触式温度传感器 接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触，又称温度计 。 温度计通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。一般测量精度较高。在一定的测温范围内，温度计也可测量物体内部的温度分布。它们被大量应用于各个部门。与 此同时，在我们的日常生活中常常应用温度计。另外，随着低温技术在国防科技、空间科技、冶金技术、电子产品、食品工程、医药和石油化工等部门的普遍应用研究，测量 120温温度计要求感温元件体积小、准确度高、复现性和稳定性好。利用多孔高硅氧玻璃渗碳烧结而成的渗碳玻璃热电阻就是低温温度计的一种感温元件，可用于测量 300K 范围内的温度。总而言之，作为接触式温度传感器的当前的代表，地问温度计的应用范围越发广泛。 2 非接触式温度传感器 非接触式温度传感器的敏感元件与被测对象互不 接触，顾名思义，也成为非接触式仪表。这种传感器可用来测量运动中的物体、较小的目标和较低的热量或温度变化迅速（瞬变）对象表面温度，也可用于测量温度场的温度分布。 长春工业大学学士学位论文 4 图 最常用的非接触式测温度传感器基于黑体辐射的基本定律，称为辐射测温仪表。辐射测温法包括亮度法、辐射法和比色法。各类辐射测温方法只能测出对应的光度温度、辐射温度或比色温度。只有对黑体（吸收全部辐射并不反射光的物体）所测温度才是真实温度。如欲测定物体的真实温度，则必须进行材料表面发射率的修正。而材料表面发射率不仅取决于温度和波长，而且还与表面状态、涂膜和微观组织等有关，因此很难精确测量。在自动化生产中往往需要利用辐射测温法来测量或控制某些物 体的表面温度，如冶金中的钢带轧制温度、轧辊温度、锻件温度和各种熔融金属在冶炼炉或坩埚中的温度。在这些具体情况下，物体表面发射率的测量是相当困难的。对于固体表面温度自动测量和控制，可以采用附加的反射镜使与被测表面一起组成黑体空腔。附加辐射的影响能提高被测表面的有效辐射和有效发射系数。利用有效发射系数通过仪表对实测温度进行相应的修正，最终可得到被测表面的真实温度。最为典型的附加反射镜是半球反射镜。球中心附近被测表面的漫射辐射能受半球镜反射回到表面而形成附加辐射，从而提高有效发射系数式中为材料表面发射率，为反 射镜的反射率。至于气体和液体介质真实温度的辐射测量，则可以用插入耐热材料管至一定深度以形成黑体空腔的方法。通过计算求出与介质达到热平衡后的圆筒空腔的有效发射系数。在自动测量和控制中就可以用此值对所测腔底温度（即介质温度）进行修正而得到介质的真实温度。 非接触测温优点：测量上限不受感温元件耐温程度的限制，因而对最高可测温度原则上没有限制。对于 1800以上的高温，主要采用非接触测温方法。随着红外技术的发展，辐射测温 逐渐由可见光向红外线扩展， 700以下直至常温都已采用，且分辨率很高。 3热电阻 长春工业大学学士学位论文 5 材料特性 导体的电阻值随温度变化而改变，通过测量其阻值推算出被测物体的温度，利用此原理构成的传感器就是电阻温度传感器，这种传感器主要用于 00温度范围内的温度测量。纯金属是热电阻的主要制造材料，热电阻的材料应具有以下特性： 电阻温度系数要大而且稳定，电阻值与温度之间应具有良好的线性关系。 电阻率高，热容量小，反应速度快。 材料的复现性和工艺性好，价格低。 热敏电阻温度特性 在测温范围内化学物理特性稳定。 目前，在工业中应用最广的铂和铜，并已制作成标准测温热电阻。 （ 1）铂电阻 铂电阻与温度之间的关系接近于线性（如右图），在 0 围内可用下式表示 + 0范围内为 + 。 式中： 及 t时铂电阻的电阻值， A、 B、C 为温度系数，由实验确定， A 10， B 10 2， C10 3。由公式可看出， 当 同样温度下，其 （ 2）铜电阻 在测温精度要求不高，且测温 范围比较小的情况下，可采用铜电阻做成热电阻材料代替铂电阻。在 150的温度范围内，铜电阻与温度成线性关系，其电阻与温度关系的表达式为 +2中， A 100铜电阻的温度系数。 在测温 精度 要求不高，且测温范围比较小的情况下，可采用铜电阻做成热电阻材料代替铂电阻。在 150 的温度范围内，铜电阻与温度成线性关系，其电阻与温度关系的表达式为 +2中， A0 0 为铜电阻的温度系 数。 长春工业大学学士学位论文 6 第三章 机械部分设计 械部分的整体要求 在 本 次 设计中， 机械部分 共 要求 三个工位， 分别用于 检测传感器阻值 大小 ,绝缘 与否 和打 标喷码 。 需将 三个工位 沿 水平 方向线性 布置在 工作台上，通过 横向 传动装置 和纵向导向装置带动被测件运 动，使被测件分别通过 上述三个工位并与被测件接触，最终完成 检测任务。 因为系统工作过程中需要有电路板，动力源等部分， 所以要求机械部 分有足够 空间容纳上述器件。 械部分整体框架的设计 检测 产品性能的三道工序应该放在一个工作台上，我们不妨先设定它为主工作台，另外该系统还要有特 定的空间去承载控制部分和动力源，电路板等元件，故可以给系统另外再增加 2 个工作工作台，称之为承载工作台。为增加检测系统的机动性，使其移动灵活，可以在系统底部按四个滑轮。 而本设计的核心部分也就是主工作台设计部分。 在三个工作台的支撑部分可以选用铝质型材，型材之间的连接利用的是型材连接架 。结构图如下： 图 长春工业大学学士学位论文 7 图 图 长春工业大学学士学位论文 8 械导向 装置的选择 用电机 与滚珠丝杠 传动 伺服电机作为动力源，由滚珠丝杠和同步皮带等组 成结构简单而效率很高的传动机构。 它的传动精度定位也非常高。 用 液 压传动 从结构上看，其单位重量的输出功率和单位尺寸输出功率 最高 ，有很大的力矩惯量比，在传递相同功率的情况下，液压传动装置的体积小、重量轻、惯性小、结构紧凑、布局灵活。 从工作性能上看，速度、扭矩、功率均可无级调节，动作响应性快，能迅速换向和变速，调速范围宽，调速范围可达 100： l 到 2000： 1；动作快速性好，控制、调节比较简单，操纵比较方便、省力，便于与电气控制相配合，以及与 算机 )的连接，便于实现自动化。 但 是 液压传动因有相对运动表面不可避免地存在泄漏，同时油液不是绝对不可压缩的，加上油管等弹性变形，液压传动不能得到严格的传动比，因而不能用于如加工螺纹齿轮等机床的内联传动链中。油液流动过程中存在沿损失、局部损失和泄漏损失，传动效率较低，不适宜远距离传动。特别是液压技术不太普及的单位，这一矛盾往往阻碍着液压技术的进一步推广 应用。液压设备维修需要依赖经验，培训液压技术人员的时间较长。 用气压传动 与液压传动相比，气压传动 以空气为工作介质，工作介质获得比较容易，用后的空气排到大气中，处理方便，与液压传动相 比不必设置回收的油箱和管道。因空气的粘度很小（约为液压油动力粘度的万分之一），其损失也很小，所以便于集中供气、远距离输送。外泄漏不会像液压传动那样严重污染环境 。另外 ， 同液压 传动相比较 ， 气压传动 拥有更快速的动作 、 更敏捷的反应 、 日常维护与保养更加便捷 、工作介质 更加 清洁 安全且 不存在介质变质等问题。 与此同时，气压传动 工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣工作环境中，比液压、电子、电气控制优越。成本低，过载能自动保护。 长春工业大学学士学位论文 9 动方案的最终确定 气动和其他传动也控制方式比较， 气动方式的要比机械方式和电器方式稍大，（可以达到数十 但其优点也相当明显，构造简单，受温度影响较小（不超过100） ，另外气动方式的维护相对简单，容易实现远程操作。 本 设计对传动力的要求不大，固不必要采用液压控制。又因为本次设计的 传动过程中三个定位的要求精度不是很高，固不必要采用伺服电机传动； 综上所述，本次 设计的 传动 部分 采用的是工作中几乎没有危险性，抗污染能力强， 工作介质容易获得 ，性价比高 且维护简单的 气压传动作为最后的传动方案。 动装置的选择和设计 向移动装置的选择 沿横向的传动选 择，选用气动滑台作为传动机构。 因为气动滑台即能使运动平稳迅速，又能相对精确的定位。使工件达到指定位置。 本设计中的气动滑台有两个定位，一个是初始位置，一个是中间位置，气动滑台在这两个位置间带着两组气缸作往复运动从而实现检测过程。 向运动装置的选取 纵向进给运动，选取 气缸作为纵向进给单元。可以选取两个气缸组合成一个进给单元，从而增加精度。在更贴近低端的气缸上加一个探针，探针一面连接预先设计好的电路，另一面连接被测件。完成纵向移动并测量的目的。 测件的夹取回收的选择 被测件的夹取 装置采用气动夹爪，要求气动夹爪的抓力大于被测件的最小夹取力。 另外，打标 工序完成后需要 一个摆动爪，将合格的工件传递到工件箱里 。 爪的设计及抓取力计算 本次毕业设计 分别在三个位置执行三个工序 ,所以要选用三个气爪去抓取被长春工业大学学士学位论文 10 测件 ,检测过程中的被测检始终没有变化 ,即外形尺寸和质量一定 ,故选用的三个气爪的型号也完全相同。 被测件的质量大约在 250g 到 300g 之间， 因为系统工作过程中气爪夹取工件后是指方向上运动，即克服被测件自身重力做工，故所选用的气爪抓取 力 应为 F=10=3N 所以在以上抓取力的限定下，可以选取空间尺寸最为合适的气爪来完成本系统的具体要求。 本次设计中的三个气爪选用瑞安市经纬气动液压元件有限公司的 长春工业大学学士学位论文 11 缸 1 行程及参数计算 气缸 1即为带动气爪上下运动气缸， 其位于工作位置低位时实现的是为气爪抓取工件提供空间，其位于工作位置顶端是实现的是在工件被夹住横向运动通往下一个工位时能够不触碰其构件。 气缸 1 的程为 10径选用 r=20系统中，该型号的气缸共有两个，平行放置，工作频率和顺序也完全一致。 图 表 性能指标 型号 作形式 单杆双作用 缸径 32,40,50,53,80,100,125 特长 1拉杆内置结构，可安装刚性开关槽丝，防止灰尘进入堆积。 2带磁性开关（ 列）。 缸 2 行程及参数计算 气缸 2 的主要作用是与检测被测件，在气缸 2 的伸出杆端安装一个连接了预先检测电路的探针，通过气缸 2 的伸缩，带动探针同步运动，当气缸 2 处于工作位置低端时，系统处于检测状态，工位 1 检测阻值，工位 2 检测绝缘。当气缸 2处于顶端时，工件的位置处于调整状态，探针不与被测件接触，气缸 2不工作。 气缸 2 的行程为 20径选用 r=5单杆柱塞式气压缸。在本系统中，选用2个该型号的柱塞气压缸，分别连接两个探针，探针连接两个不同的预设电路，从而完成对被测件的检测。 长春工业大学学士学位论文 12 图 表 缸 2性能指标 型号 用方式 单缸双作用 缸径 4,6,10,15 特长 1缸径 4 个磁性开关。 2能连接 2 快换接头、速度控制阀。 3带磁性开关 (列： 缸的串联 本次设计，气缸 1和气缸 2都完成竖直方向上的进给运动，又是成对出现的，所以 本人考虑将两个气缸在纵向连接起来从而节省了空间，同时提高了系统的整体工作效率。而连接两个气缸的构件选用一个 件的形状就是一个 短边的上侧与气缸 1 的输出端相连接，竖长边的外侧与气缸 2相连接，这样就可以使整个系统的结构得以简化。 长春工业大学学士学位论文 13 图 缸组合体 动缸计算 摆动气缸是一种在小于 360角度范围内作往复摆动的气缸，它是将压缩空气的压力转化为机械能的装置，输出力矩是结构实现往复摆动。常用的摆动气缸的最大摆动角度为 90 180 270 冲 击力的耐力小，因此，如摆动气缸速过快或受到驱动物体的冲击作用，将用以损坏，故需要采用缓冲机构或制动器。 本系统中的摆动气缸采用的摆动角度是 90摆动缸上面固定的是气爪，当工件检测合格以后摆动缸通过转动和气爪的抓取，把合格件放入指定位置准备包装出厂。 长春工业大学学士学位论文 14 图 表 型号 用方式 单叶片 缸径 摆动角度 10,15,20,30,4090,180,270 特长 磁性开关安装位置可以移动到任意位置。 可直接安装。 配管方向有缸体侧面和轴向两种。 (带有磁性开关和角度调整的配管方向只能选择缸体侧面 ) 最低使用压力： 径 10)径 15 40) 带角度调整的可以调整到任意角度。 附带磁性开关 (列： 、 U) 动滑台的选择 本次 的系统设计，工位间的距离定位 150气动滑台带动两对 气缸在水平方向上运动，所以气动滑台的行程选用 150经对比分析，本套设计方案选用 国 )有限公司的产品 长春工业大学学士学位论文 15 图 表 型号 用方式 双作用 缸径 6,10,12 特长 高刚性、高精度、最 400 该型号气动滑台的突出优点是高韧性和高精度，另外 其 400行程也足以满足本次设计的要求。 作周期的计算 根据系统的设计要求， 系统工作的流程如下 原始状态： 1、 2 工位的气缸 1 伸出，气缸 2 处于收缩状态，气动滑台处于初始位置。 1被测件送到指定位置，气缸 2带动探针向下运动，使预设电路与被测件接触。 2探针接触后，预设电路马上工作，并记录该件该属性数据。 长春工业大学学士学位论文 16 3测量结束，气缸 2带动探针向上运动，恢复到初始位置，同时气爪夹取 被测件。 4气缸 1通过 的顶端，此时气缸 1恢复收缩 状态。 5气动滑台水平运动，将两组气缸和抓取工件的气爪送到下一个工位。 6气缸 1向下运动 再次回到伸出状态。 7气爪松开。 8气缸 1向上运动到顶端。 9气动滑台水平运动回到初始位置。 10气缸 1向下运动到低端。 此时 1、 2工位都有工件，再次重复以上 1至 10运动后， 1、 2、 3工位都被侧件在。 1、 2 工位不变， 3 工位在 1、 2 工位进行测量的时候完成打标，在 1、 2 工位进行夹取的时候 3 工位也同时夹取， 1、 2 工位夹取后向上运动时， 3 工位摆动气缸摆动至 90处， 1、 2 工位横向移动完毕松开工件时， 3 工位的气爪也松开工件， 1、 2工位回到初始位置时， 3工位的摆动缸也旋转回到初始位置。 以上三个工位公用 完成，所以每个工序所用时间为 。所以以上十个工步每一个的周期是 。 进电机的选择依据 步进电机又称电脉冲马达，是伺服电机的一种，步进电机可以按照输入的脉冲指令一步步地旋转，即可将输入的数字指令信号转换成相应的角位移和转速。因此，它实质上也是一种数模转换装置，由于步进电机成本较低，易于采用计算机控制，因而被广泛应用。 步进电动机是一种将脉冲信号变成角位移的电磁装置，其转子的转角与输入的电脉冲数成正比，速 度与脉冲频率成正比，而运动方向是由步进电动机的各项通电顺序来决定，并且保持电动机各项通电状态就能使电动机自锁。因而步进电机具有控制简单，运行可靠，惯性小等优点。但其缺点是调速范围窄，升降速响响应慢，矩频特性软，输出数据力矩受限。 步进电动机的主要性能指标及选择： （ 1）步距角： 步距角是指每给一个电脉冲信号，电动机转子所对应转过角度的理论值，它是步进电动机的主要性能指标之一。不同的应用场合，对步距角大小的要求不同。它的大小直接影响步进电动机的起动和运行频率。因此，在选择步进电动机的步距角 b i = 长春工业大学学士学位论文 17 （ 2）精度： 步进电动机的精度
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