机电应用中的检测技术分析
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生产一线
机电应用中的检测技术分析
文⊙ 刘成良 1 战丽红 2 周恩才 3 (黑龙江南华糖业集团有限公司 1 黑龙江农垦农业职业技术学院 2 3)
摘要: 高等职业教育工学结合的中机
电一体化专业的前端检测技术学习与分
析，实现了学生的高素质技能型人才培养
和教师的实践学习。
关键词: 机电一体化; 传感检测; 传感
器; 机器视觉
高等职业教育作为高等教育发展中的
一个类型，肩负着培养面向生产、建设、服
务和管理第一线需要的高技能人才的使
命，《国务院关于大力发展职业教育的决
定》的 2006 年 16 号精神，要求以科学发
展观为指导，促进高等职业教育健康发
展，改革教学方法和手段，融“教、学、做”
为一体，强化学生能力的培养，教学过程
实践性、开放性和职业性，突出实验、实
训、实习三个关键环节，加强学生的生产
实习和社会实践及校内生产性实训基地建
设的校企组合新模式等，提高学生的实际
动手能力。
我院的机电一体化专业通过和周边区
域、企业工学结合、顶岗实习，走产学结
合发展道路，使学生、教师的实际能力获
得了极大巩固和提高，为社会主义现代化
建设培养千百万高素质技能型专门人才。
一、机电一体化
机电一体化又称机械电子学，英语称
为 Mechatronics，它是由英文机械学 Me-
chanics 的前半部分与电子学 Electronics 的
后半部分组合而成。现在的机电一体化技
术，是机械和微电子技术紧密集合的一门
技术，它的发展使冷冰冰的机器有了人性
化，智能化。
机电一体化具体包括以下内容：机械
技术、计算机与信息技术、系统技术、自
动控制技术、传感检测技术。
机电一体化主要课程机械方面有机械
制图，机械设计，金属工艺学，数控编程
技术，autoCAD；电工方面有可编程控制
器 PLC，单片机，自动控制原理，电工电
子。实习课程：电力拖动，PLC，单片机，
钳工，普通车、铣、刨床，数控车、铣，加
工中心。
主要就业岗位：机电一体化设备的安
装、调试、维修、销售及管理；普通机床
的数控化改装等。次要就业岗位：机电一
体化产品的设计、生产、改造、技术服务
等。
二、传感检测技术
传感检测技术是系统的感受器官，是
实现自动控制、自动调节的关键环节。其
功能越强，系统的自动化程序就越高。现
代工程要求传感器能快速、精确地获取信
息并能经受严酷环境的考验，它是机电一
体化系统达到高水平的保证。
检测传感部分包括各种传感器及其信
号检测电路，其作用就是检测机电一体化
系统工作过程中本身和外界环境有关参量
的变化，并将信息传递给电子控制单元，
电子控制单元根据检查到的信息向执行器
发出相应的控制。
国家标准 GB7665-87 对传感器下的定
义是：“能感受规定的被测量并按照一定
的规律转换成可用信号的器件或装置，通
常由敏感元件和转换元件组成”。 传感器
是一种检测装置，能感受到被测量的信
息，并能将检测感受到的信息，按一定规
律变换成为电信号或其他所需形式的信息
输出，以满足信息的传输、处理、存储、显
示、记录和控制等要求。它是实现自动检
测和自动控制的首要环节。
可以用不同的观点对传感器进行分
类 ：
按传感器的物理量分类，可分为位
移、力、速度、温度、流量、气体成份等
传感器。
按传感器工作原理分类，可分为电
阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光
栅、热电偶等传感器。
电阻式传感器是将被测量，如位移、
形变、力、加速度、湿度、温度等这些物
理量转换式成电阻值这样的一种器件。主
要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、
气敏、湿敏等电阻式传感器件。
电阻应变式传感器。传感器中的电阻
应变片具有金属的应变效应，电阻应变片
主要有金属和半导体两类，金属应变片有
金属丝式、箔式、薄膜式之分。半导体应
变片具有灵敏度高（通常是丝式、箔式的
几十倍）、 横向效应小等优点。
压阻式传感器。压阻式传感器是根据
半导体材料的压阻效应在半导体材料的基
片上经扩散电阻而制成的器件。其基片可
直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片
内接成电桥形式。用作压阻式传感器的基
片（或称膜片）材料主要为硅片和锗片，硅
片为敏感材料而制成的硅压阻传感器越来
越受到人们的重视，尤其是以测量压力和
速度的固态压阻式传感器应用最为普遍。
热电阻传感器。热电阻传感器主要是
利用电阻值随温度变化而变化这一特性来
测量温度及与温度有关的参数。在温度检
测精度要求比较高的场合，这种传感器比
较适用。目前较为广泛的热电阻材料为
铂、铜、镍等，它们具有电阻温度系数大、
线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加
工容易等特点。用于测量 -200℃～+500℃
范围内的温度。
按传感器输出信号的性质分类，可分
为：输出为开关量的开关型传感器；输出
为模拟量的模拟型传感器；输出为脉冲或
代码的数字型传感器。
按传感器材料分类：可分为金属、聚
合物、陶瓷、混合物传感器。
按传感器制造工艺分类：可分为集成
传感器、薄膜传感器、厚膜传感器、陶瓷
传感器。
集成传感器是用标准的生产硅基半导
体集成电路的工艺技术制造的。通常还将
用于初步处理被测信号的部分电路也集成
在同一芯片上。
薄膜传感器是通过沉积在介质衬底
( 基板) 上的，相应敏感材料的薄膜形成的。
使用混合工艺时，同样可将部分电路制造
在此基板上。
厚膜传感器是利用相应材料的浆料，
涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是
Al2O3 制成的，然后进行热处理，使厚膜
成形。
陶瓷传感器采用标准的陶瓷工艺或其
某种变种工艺( 溶胶 - 凝胶等) 生产。
完成适当的预备性操作之后，已成形
的元件在高温中进行烧结。厚膜和陶瓷传
感器这二种工艺之间有许多共同特性，在
某些方面，可以认为厚膜工艺是陶瓷工艺
的一种变型。
每种工艺技术都有自己的优点和不
足。由于研究、开发和生产所需的资本投
入较低，以及传感器参数的高稳定性等原
因，采用陶瓷和厚膜传感器比较合理。
三、机器视觉技术
采用机器代替人眼来做测量和判断的
“机器视觉”， 第一步靠的就是传感器技
术。
机器视觉系统是通过图像摄取装置把
图像抓取到，然后将该图像传送到处理单
元，再通过数字化处理，根据像素分布和
亮度、颜色等信息，来进行尺寸、形状、颜
色等的判别。进而根据判别的结果来控制
现场的设备动作。
机器视觉技术日臻成熟，在现代加工
制造业中，广泛应用于食品和饮料、化妆
品、制药、建材和化工、金属加工、电子
制造、包装、汽车制造等行业。在现代自
动化生产过程中，广泛地用于工况监视、
成品检验和质量控制等领域。机器视觉系
统能提高生产的柔性和自动化程度，提高
了生产效率和生产的自动化程度，机器视
觉易于实现信息集成，是实现计算机集成
制造的基础技术。
四、机器视觉工业检测系统类型
机器视觉工业检测系统从检测性质和
应用范围而言，分为定量和定性检测两大
类，每类又分为不同的子类。机器视觉在
工业在线检测的各个应用领域十分活跃，
如：印刷电路板的视觉检查、钢板表面的
自动探伤、大型工件平行度和垂直度测
量、容器容积或杂质检测、机械零件的自
动识别分类和几何尺寸测量等。此外，在
许多其它方法难以检测的场合，利用机器
视觉系统可以有效地实现。机器视觉的应
用正越来越多地代替人去完成许多工作，
这无疑在很大程度上提高了生产自动化水
平和检测系统的智能水平。
用微波作为信号源，根据( 下转 58 页)
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生产一线
城市地下管网测量的技术研究
文⊙ 牟桂芹 (双鸭山市勘察测绘院)
摘要: 本文分析了地下管线的特点，
对测量地下管线的方法及测量精度方面的
要求作了一下探讨
关键词: 地下管线; 精度
0 、引言
随着我国城市化水平的迅速发展，许
多城市已形成了规模庞大、错综复杂的地
下管网体系，地下管网的频繁变更，大量
的资料需要管理和处理，传统低效率的手
工管理方式很难适应这种快速发展的需
要。从现代城市管理的需要出发，一个能
快速提供真实准确的地下管网数据，并能
实现快速查询、综合分析等功能，为城市
管理和决策部门的日常管理、设计施工、
分析统计、发展预测、规划决策等提供多
层次、多功能、各种综合服务的地下管网
信息系统，已在许多城市建立起来了，并
且随着一些测绘新技术，比如 GPS 技术，
数字地图测量技术，地下管线探测技术，
内外业一体化野外数据采集等技术的广泛
应用，极大的促进了地下管网信息系统的
成熟和发展，本文即是对一个成熟的城市
地下管网信息系统所具备的数据获取和数
据分析进行一些技术上的研究和探讨。
一、城市地下管网包含的内容
城市地下管网是一个极其复杂庞大的
系统，首先是管道类型复杂，比如说有给
水、排水、煤气、电力、热力，电信、以
及工业管道等大致七种类型，另外地下管
网的埋深不一，材料不同，年代不同，归
属不同，有些管网数据早已失去资料。要
将这些数据准确地测量出来，决非易事。
二、地下管网的测量精度要求
按城市地下管线测量技术要求，管线
探测精度如下：隐蔽管线点的探测精度，
水平位置限差不大于±（5+0.05h）， 埋深
限差不大于±（5+0.07h）（h 为地下管线
的中心埋深，以 cm 为单位。按 I 级精度要
求）。 管线点的测量精度，管线点的解析坐
标中误差（指测点相对邻近解析控制点）
不大于± 5cm，高程中误差（据测点相对
于邻近高程控制点）不大于± 2cm。地下
管线图上测量点位中误差不得大于图上±
0.5mm。
三、地下管网测量在技术上应注意的
问题
城市地下管网测量分为竣工前地下管
线测量和竣工后地下管线测量两大类。
（一）竣工前地下管线测量
首先建立精度高，密度适宜，点位不
易被施工破坏的平面和高程控制网是提高
效率，保证质量的重要前提。
竣工前地下管线测量主要是通过直接
测量管线特征点来完成管线测量工作，这
种测量往往是边施工边测量，管线分布杂
乱没有规律，没有预见性，施工后马上就
将管线埋上，这时测量精度要求非常高，
并且需要检核，以确保数据正确，同时，由
于是在施工现场进行测量，控制点不易保
存，这时管线测量的特点，就是跟着施工
走，施工一段，测一段，没有规律，每天
可能要测多种管线，但是每种管线只测几
个井，这就要求要及时将所测的点位展绘
于设计图等方式，进行比较是否一致，如
果不一致，就要及时验算，找出问题所在，
防止出错。有的工程地下管线埋深达七八
米，如果漏测、测错，覆土后，就无法补
救，即使用物探的方法也很难准确地测
出，所以测量这类管线就要求：测量后要
及时复验，确保测量正确，没有丢漏。另
外需要依设计图，将已测管线展绘、编号，
防止编号错误。因为管线竣工前测量的特
点是一天可能测多处，每种管线都测几
点，如果不及时编号，很容易发生重号、错
号的现象，出现质量事故。
（二）竣工后地下管网测量
竣工后管线特征点全部埋在地下，需
要用工程测量和探测的方法相结合将特征
点的数据测定出来，首先要尽可能地收集
地下管线已有的资料，同时对地下管线区
域进行调研也是必要的，因为有些地域地
下管线可能无法查到资料，但是，一些熟
悉地下管线的老同志对管线的情况比较了
解，这种情况下，在测区进行广泛的调研
尤为重要。
对于竣工后地下管线测量，首先可以
采用一般工程测量的方法，比如采用全站
仪、经纬仪、水准仪等布设测量控制网，然
后对管线特征点定位，这些测量方法比较
简单。但是有些管线用常规的测量方法不
可能确定其位置，这时就得用探测的方
法，但是各种探测仪器反映的异常峰值处
的直读深度，因受管线本身构成材料的影
响，埋深的影响以及相邻管线感应电磁信
号的影响等，探测深度与实际深度，有时
会有很大的差异，正确地选择探测方法是
提高探测质量的有效手段。在实际中可以
用直接法或夹钳法探测平行管线，特殊的
不具备管线暴露点的平行管线可采用水平
压线法或倾斜压线法，对于重叠较多的电
力管线可采用感应法进行探测，对于上下
重叠管道宜用电磁法对其定位，并且在管
线分叉处定深，推算出重叠处管道的深
度，对于燃气管道等应采用感应法或被动
源法进行探测，以保证安全。
四、地下管网测量的数据形式
地下管网测量可以为地下管网信息系
统的建立提供数据，而这种数据主要包括
两类，一类是图形数据，指描述管线各种特
征点的数据，比如管线埋深、管径、水平位
置以及三通、弯头、变径、窖井、阀门等数
据，另外就一类就是属性数据，比如描述管
道的类型、制作材料、权属、敷设时间等数
据，这些数据是成熟的地下管网信息系统
所必备的，必须要准确地测量出来。
结束语
以上对地下管网测量的特点，精度要
求以及对地下管网测量在技术上进行了一
些探讨，文章篇幅所限，有关地下管网测
量还有许多问题没有探讨。城市地下管网
测量将在现代城市发展中起到越来越重要
的作用，是现代城市管理的必经之路。
参考文献：
[1]胡伍生，潘庆林. 土木工程测量[M] . 南
京：东南大学出版社，2002.
[2]刘肇光，等. 测量学[M].北京：中国建筑工
业出版社，1995.
( 上接 57 页) 微波发生器发出不同波涛率的
方波，测量金属表面的裂纹，微波的波的
频率越高，可测的裂纹越狭小。
自动光学检测 (AOI) 指的是通过在
受控照明条件下使检测目标（如 PCB 的
一部分）成像进行的目标检测。
在 AOI 系统中，捕获和重建 3-D 形
状的能力是非常必要的。3-D AOI 从检测
图像中可以萃取出不同类型的信息。其表
面颜色一直被成功用于检查零部件情况，
对于焊点检测，精确确定焊点质量，形状
信息比颜色信息更有用。
高等职业教育坚持育人为本，德育为
先，立德树人的根本任务，培养学生的社
会适应性，教育学生树立终身学习理念，
提高学习能力，学会交流沟通和团队协
作，提高学生的实践能力、创造能力、就
业能力和创业能力，培养德智体美全面发
展的社会主义建设者和接班人。
重视学生的职业道德教育和法制教
育，重视培养学生的诚信品质、敬业精神
和责任意识、遵纪守法意识，培养出一批
高素质的技能性人才。
【参考文献】
1.《专业化教育课程的理论样态与基本结构》
柳海民、史宁中
2.《关于过程性评价的思考》人
高凌飚
3.《教师技术标准研究》 张春霞、李龙
4.《能力本位教育的四大理论支柱》
陈庆合
5.《教学的革命》 宇航出版社 [美]梅里尔.
哈明
机电应用中的检测技术分析.pdf
