40、电子元件、传感器和执行器集成技术：现状与未来趋势

电子元件、传感器和执行器集成技术：现状与未来趋势

1. 传感器基本原理及应用

在金属部件监测中，通过导线一端捕获的传输信号的幅度和频率偏移，能对应主部件所受的负载。这一原理将复杂性转移到信号调理和分析上，有助于设计出极其稳健的传感器。该原理在铝和铁部件的砂型铸造中已成功验证了其检测机械性能的能力。

1.1 部件识别方法

传统的部件识别方法，如标签、激光打标、针式印刷或压花等，会改变部件表面，容易受到损坏或篡改。因此，人们对替代方法产生了兴趣。RFID 作为独立系统，无需互连或内部电源即可读取，相对容易集成。不过在金属部件中，需要克服电磁屏蔽问题，且不太适合分布式方法，但与传感器相比，通过热保护措施与主部件解耦的问题较小。

例如，早在 2010 年，就有关于在高压压铸（HPDC）部件中集成 RFID 系统的报道。在德国研究基金会资助的合作研究中心项目中，基于 RFID 的部件识别使通过模型生产线的部件能够主动控制其路径，从而实现个体加工和组装。后续的欧洲项目 MUSIC 进一步发展了这一概念，将传感器在铸造前定位在模具内的操作纳入 HPDC 工艺链，利用现有的机器人喷涂系统进行操作。通常会采用保护方案，如用聚合物封装 RFID 系统，同时为读取提供介电槽。

1.2 传感器集成用例

由于 HPDC 工艺冷却速度快，允许考虑更复杂的集成解决方案。例如压阻式传感器，常见的应变片就是利用机械应变引起的电阻变化工作。其中，由类金刚石碳材料（DLC，DiaForce®）制成的薄膜传感器，其 DLC 传感器、带接触垫的导电路径和绝缘层（SiCON®）都具有高达甚至超过铸造温度的高温稳定性，是“硬化”方法的一个例子。这些传感器和触