傳感器技術在機電技術中的應用研究

摘 要：文章綜合分析了傳感器的發(fā)展與研究現狀，結合實踐探討了傳感器在機電一體化系統中的應用，同時也闡述了我國傳感器在技術發(fā)展中的發(fā)展方向和若干問題，證明了傳感器在機電一體化中舉足輕重的地位。

關鍵詞：傳感器技術；機電技術；應用研究

中圖分類號：TH-39 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）14-0042-02

傳感技術是一項綜合性技術，依靠敏感元器件，通過傳感器的設計制造、測試性能、綜合應用，共同起作用，逐漸發(fā)展成為一股支持自動化技術以及現代信息技術比不可少的關鍵力量。伴隨著科技的蓬勃發(fā)展，傳感器已經不是單一的種類和性能，而是隨著時代的步伐在不斷更新發(fā)展，逐漸擁有越來越廣泛的應用領域，在人類生產和生活中占據不可或缺的地位。

1 傳感器的分類

1.1 根據能量轉換分類

根據傳感器能量轉換的角度進行分類，可以分成能量控制型傳感器和能量轉換型傳感器兩種。能量控制型傳感器需要如電容傳感器、霍爾傳感器等提供電源。能量轉化型傳感器則利用能量變化產生的物理效應產生信息，不需外加電源。

1.2 根據被測參量分類

根據傳感器的被測參量可以分成三類，即物性參量、機械量參量、熱工參量。

1.3 根據傳感器使用材料分類

傳感器的應用材料受外界因素限制，會呈現出有對應性以及其獨特性的反應。所選用材料中最能體現功能特性的，也是在外界環(huán)境中最有敏感性的材料，因此也是作為制作傳感器敏感元件的最佳選擇。根據傳感器的應用材料，可以分為以下幾類：

①依照晶體結構區(qū)分材料。非晶、單晶、材料、多晶等。

②依照物理性質區(qū)分材料。絕緣體、磁性材料、導體、半導體等。

③依照其他類別區(qū)分材料?；旌衔?、金屬聚合物、陶瓷等。

1.4 根據傳感器工作原理分類

從傳感器的工作機理進行分類，可以將其分成生物傳感器、物理傳感器、化學傳感器三種，逐一分析如下：

①生物傳感器。利用信息科學與生命科學一起交織發(fā)展起來的學科知識，廣泛地應用于食品工程、環(huán)境監(jiān)測、臨床醫(yī)學、發(fā)酵工藝、軍事醫(yī)學等各個領域。

②物理傳感器。又分為物性型傳感器和結構型傳感器，具有品種多樣、發(fā)展迅速、應用廣泛等特點。

③化學傳感器。利用化學原理來識別檢測信息，最具有廣闊發(fā)展前景，多應用于醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境保護、家用電器、火災報警等方面。

2 機電一體化中傳感器的作用效果

在機電一體化系統中，傳感器處于首要地位，它的作用特點與系統的感受器官一樣，不僅能夠快速并且準確地獲取對我們有用信息，并且還能接受在惡劣環(huán)境之下的嚴酷考驗，在機電一體化系統中保證達到了高水平的要求。隨著現代技術的不斷更新，作為信息采集系統的前端單元，傳感器的作用和地位越顯突出。

3 機電一體化系統中傳感器的應用實踐

3.1 在機器人中傳感器的應用

隨著高科技的不斷發(fā)展，工業(yè)機器人作為高科技的產物，已經能夠通過各種傳感器準確無誤地感知周圍環(huán)境本身并且可以自如地操作對象，運作身體。外部傳感器獲得的操作對象和認知的外部環(huán)境，它是通過內部傳感器來獲取自身狀態(tài)的信息，我們能夠通過控制的機器人獲得提供的反饋意見。

3.2 傳感檢測技術在機械加工過程中的應用

①在機器的切割過程中的正常運轉過程中應用傳感器技術。在切割的過程當中，優(yōu)化生產結構是傳感器檢測的最終目的。而在切割過程中，提高金屬材料的利用率和節(jié)約生產成本的過程中去除率。軸承旋轉系統，驅動系統，溫度監(jiān)測和控制，這機器的性能和安全運行，這種傳感器的主要目標是檢測傳感參數包括由于故障的表面的粗糙度和加工機器停機精度，使用的電源，機器狀態(tài)和冷卻水流量。

②砂輪刀具的檢測傳感技術。重要的材料切除過程包括了切削與磨削過程。當刀具和砂輪磨損到一定限度的時候，或者就會出現塑性變形，損壞，卷刀或燒傷的情況，他們可能會失去切削的能力，使之更加不能保證加工表面的完整性和加工精密度，這樣的情況稱為工具砂輪失效。在大量的工業(yè)數據統計得出的結論，由于刀具失效從而導致機床故障停機為首要因素。另外，其存在著設備故障事故的危險和人身安全隱患。

3.3 在汽車中傳感技術自動控制系統的應用

隨著其它新型技術和傳感器技術的大量應用，如今的汽車產業(yè)步入了一個的全新時期。用自動控制系統來代替純機械式控制部件是汽車機電一體化的要求。在其所有的重要控制系統中，不可少地使用了壓力傳感器、吸氣及冷卻水溫傳感器、曲軸位置傳感器、氣敏傳感器等各種傳感器。

在機械制造業(yè)中，我們要需要進行動態(tài)特性的測量，利用傳感器來測量床身、刀架等有關部位的機械阻抗、振動等參數來檢驗傳感器的動態(tài)特性。在環(huán)境這方面，通過密集的節(jié)點布置可以詳細地觀察到微觀的環(huán)境因素，為環(huán)境監(jiān)測和環(huán)境研究提供了一個嶄新的平臺和途徑。在內部傳感器如：尖端科技產業(yè)，限位開關、角度、編碼器、加速度計傳感器等，觸覺傳感器、壓力傳感器、光電傳感器、視覺傳感器、接近開關等，在如此多的外部傳感器的共同作用之下，造就了現今新時代的機器人。實現自動調節(jié)、自動控制的關鍵環(huán)節(jié)主要是依靠傳感器技術，同時在機電一體化系統中這也是不可或缺的關鍵技術，它的技術水平高低在很大程度上決定和影響著其系統的功能。在各行各業(yè)的技術領域和科學領域以及日常生活中，傳感器越來越發(fā)揮著極其重要的作用，并且得到了日益?zhèn)鞑?，傳感器最終得到廣泛傳播。

4 傳感器技術所存在的問題

專業(yè)研究所和大學各高校是我國傳感器的研究主要集中的地方，發(fā)源于20世紀80年代，與國外先進的技術相比較，我們還存在著非常之的大差距，主要表現為：先進的計算、模擬技術和優(yōu)秀可行的設計方法；先進的高端設備與微機械加工技術；嫻熟于心的封裝技術；具有可靠性技術的研究。

所以說，在傳感器技術方面，我們更加要提高和加強對技術的探討以及深入的研究，以便促進我國傳感器技術的進一步發(fā)展。

5 傳感器技術應用中問題的解決方法與其發(fā)展方

向

傳感器的不斷發(fā)展為自動化水平的提高提供了條件。因此，傳感器技術能夠又快又好的發(fā)展，其今后的發(fā)展方向可能有如下幾個方面：

①傳感器技術發(fā)展的動力主要是來源于快速的開發(fā)。比如說，研究新型敏感材料和新型的技術：信息處理，生物化學，光電子，微電子等多種學科。各種新技術的綜合利用和相互滲透，這樣雙管齊下，就能夠在積極開發(fā)新一批敏感材料的基礎上開發(fā)生產先進的傳感器。

②趨向于高精度的發(fā)展。向精度高，響應速度快，靈敏度高，互換性好的有利方向發(fā)展，新型傳感器的可靠性確保了生產自動化。

③趨向于微型化發(fā)展。積極研發(fā)成熟的加工技術以及新型材料，是實現將傳感器微型化的重要途徑。

④趨向于集成化發(fā)展。其具有穩(wěn)定性高、可靠性高、體積小、重量輕、響應快等特點，而且便于批量生產，成本較低。

6 結 語

在機電一體化中通過運用傳感器技術，研究并解決系統中的信息傳遞問題，從而能夠使系統中信息、能量的轉換和傳遞更加的流通順暢，使得系統各部分都能夠有機地相結合一起，并形成統一完整的整體。在近幾十多年來，智能化傳感器有了很大的發(fā)展，智能化的傳感器更加開始與人工智能相結合，創(chuàng)造出了各種高度智能的傳感器，并且已經在家用電器方面得到了應用，相信在不久的將來，這項技術能夠更加的成熟，而且這項技術能夠向更多方向發(fā)展。從某種意義上來講，機電一體化系統的設計，主要是根據功能要求和選擇后的傳感器的應用設計。傳感器的好壞與否將直接影響到機電一體化控制系統運行和系統性能的穩(wěn)定性和可靠性。對于傳感器技術，機電一體化發(fā)揮著極其重要的作用。

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