淺談傳感器技術(shù)在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用

李培英

【摘 要】在機電一體化系統(tǒng)中，傳感器處系統(tǒng)之首，其作用相當(dāng)于系統(tǒng)感受器官，能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴(yán)酷環(huán)境考驗，是機電一體化系統(tǒng)達到高水平的保證。如缺少這些傳感器對系統(tǒng)狀態(tài)和對信息精確而可靠的自動檢測，系統(tǒng)的信息處理、控制決策等功能就無法談及和實現(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】傳感器技術(shù)；機電一體化；應(yīng)用

1.傳感器的研究現(xiàn)狀與發(fā)展

傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，主要用于檢測機電一體化系統(tǒng)自身與操作對象、作業(yè)環(huán)境狀態(tài)，為有效控制機電一體化系統(tǒng)的運作提供必須的相關(guān)信息。隨著人類探知領(lǐng)域和空間的拓展，電子信息種類日益繁多，信息傳遞速度日益加快，信息處理能力日益增強，相應(yīng)的信息采集—-傳感技術(shù)也將日益發(fā)展，傳感器也將無所不在。

2.傳感器在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1機器人用傳感器

工業(yè)機器人之所以能夠準(zhǔn)確操作，是因為它能夠通過各種傳感器來準(zhǔn)確感知自身、操作對象及作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)，包括其自身狀態(tài)信息的獲取通過內(nèi)部傳感器（位置、位移、速度、加速度等）來完成，操作對象與外部環(huán)境的感知通過外部傳感器來實現(xiàn)，這個過程非常重要，足以為機器人控制提供反饋信息。

2.2機械加工過程的傳感檢測技術(shù)

（1）切削過程和機床運行過程的傳感技術(shù)。切削過程傳感檢測的目的在于優(yōu)化切削過程的生產(chǎn)率、制造成本或（金屬）材料的切除率等。對于機床的運行來講，主要的傳感檢測目標(biāo)有驅(qū)動系統(tǒng)、軸承與回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、溫度的監(jiān)測與控制及安全性等，其傳感參數(shù)有機床的故障停機時間、被加工件的表面粗糙度和加工精度、功率、機床狀態(tài)與冷卻潤滑液的流量等。

（2）工件的過程傳感。與刀具和機床的過程監(jiān)視技術(shù)相比，工件的過程監(jiān)視是研究和應(yīng)用最早、最多的，多數(shù)以工件加工質(zhì)量控制為目標(biāo)。20世紀(jì)80年代以來，工件識別和工件安裝位姿監(jiān)視要求也提到日程上來。粗略地講，工序識別是為辨識所執(zhí)行的加工工序是否是工（零）件加工要求的工序；工件識別是辨識送入機床待加工的工件或者毛坯是否是要求加工的工件或毛坯，還要求辨識工件安裝的位姿是否是工藝規(guī)程要求的位姿。

（3）刀具（砂輪的檢測傳感。切削與磨削過程是重要的材料切除過程。刀具與砂輪磨損到一定限度（按磨鈍標(biāo)準(zhǔn)判定）或出現(xiàn)破損（破損、崩刃、燒傷、塑變或卷刀的總稱），使它們失去切（磨削能力或無法保證加工精度和加工表面完整性時，稱為刀具/砂輪失效。工業(yè)統(tǒng)計證明，刀具失效是引起機床故障停機的首要因素，由其引起的停機時間占NC類機床的總停機時間的1/5-1/3.此外，它還可能引發(fā)設(shè)備或人身安全事故，甚至是重大事故。

2.3汽車自動控制系統(tǒng)中的傳感技術(shù)

隨著傳感器技術(shù)和其它新技術(shù)的應(yīng)用，現(xiàn)代化汽車工業(yè)進入了全新時期。汽車的機電一體化要求用自動控制系統(tǒng)取代純機械式控制部件，這不僅體現(xiàn)在發(fā)動機上，為更全面地改善汽車性能，增加人性化服務(wù)功能，降低油耗，減少排氣污染，提高行駛安全性、可靠性、操作方便和舒適性，先進的檢測和控制技術(shù)已擴大到汽車全身。在其所有重點控制系統(tǒng)中，必不可少地使用曲軸位置傳感器、吸氣及冷卻水溫度傳感器、壓力傳感器、氣敏傳感器等各種傳感器。

3.信息處理技術(shù)

20世紀(jì)90年代末，隨著微型技術(shù)的快速發(fā)展，微控制器的性能不斷提高，促使微控制器技術(shù)獲得廣泛應(yīng)用，并且以微控制器技術(shù)為基礎(chǔ)的分布式自動控制系統(tǒng)，在當(dāng)時是計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。微控制器技術(shù)系統(tǒng)具有很多優(yōu)點，如：控制功能更明確，組成更簡單，可靠性更高；運行速度快；開發(fā)、維護、擴充方便等。AFS-1000控制系統(tǒng)，經(jīng)過10余年的運行，已接近衰落期，但電廠出于資金原因和其他因素的限制，并不能馬上更換AFS-1000控制系統(tǒng)。因此，需開發(fā)此系統(tǒng)信息處理。

AFS-1000信息處理系統(tǒng)的開發(fā)：（1）硬件的組成：利用RS232接口，建立控制系統(tǒng)與信息處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通道。其由通信部分的AFS-1000控制系統(tǒng)通過RS232接口，把歷史數(shù)據(jù)送到打印機。信息的處理部分：帶有PENTIUMⅢ中央處理器、20 GB硬盤的PC機1部；EPSONLQ-1900打印機1部。（2）軟件部分：系統(tǒng)軟件：Windows 98操作系統(tǒng)、Visual FoxPro 6.0數(shù)據(jù)庫語言系統(tǒng)和ASM for Win匯編語言軟件等。1）信息處理軟件：信息處理軟件具有自動糾錯、自動翻譯英文信息、智能打印、歷史信息數(shù)據(jù)庫管理4大功能。2）信息接收軟件：其是匯編語言編寫的程序。運行SETLOG.COM時，接收程序常存在于內(nèi)存中。當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生了中斷，程序會根據(jù)中斷的類型，查找中斷向量表，確定要執(zhí)行哪一模塊。3）自動翻譯英文信息模塊：自動糾錯模塊會產(chǎn)生TEMPO.TXT文件，將它輸入到數(shù)據(jù)庫AFS.DBF中。自動翻譯英文信息根據(jù)AFS.DBF記錄，會在字典庫查找與之對應(yīng)的中文信息，最后把中英文信息寫入AFA.DBF中。（3）智能打印模塊：當(dāng)出現(xiàn)“汽輪機跳閘”、“鍋爐燃料跳閘”等重要事件時，系統(tǒng)會把此事件發(fā)生前8個報警及后續(xù)報警及時打印出來。這時模塊就可以提取重要的信息。

遠程控制技術(shù)是指管理人員在異地通過計算機網(wǎng)絡(luò)異地撥號或雙方都接入Internet等手段，聯(lián)通需被控制的計算機，并將被控計算機的桌面環(huán)境顯示到自己的計算機上，通過本地計算機對遠方計算機進行配置、軟件安裝程序、修改等工作。隨著高科技的飛速發(fā)展，機電控制技術(shù)也面臨著全新的改革。Internet網(wǎng)絡(luò)在當(dāng)今社會不僅僅是傳播信息的重要渠道，也為應(yīng)用技術(shù)提供了可靠的平臺，實現(xiàn)了遠程控制的作用。這也是機電控制系統(tǒng)向基于Internet的遠程控制發(fā)展的趨勢。隨著遠程控制的發(fā)展，控制方式技術(shù)有3種典型的遠程控制方式：保持型、完成型以及人機交互型。

4.我國傳感器技術(shù)發(fā)展的若干問題及發(fā)展方向

我國傳感器的研究主要集中在專業(yè)研究所和大學(xué)，始于20世紀(jì)80年代，與國外先進技術(shù)相比，我們還有較大差距，主要表現(xiàn)在：（1）先進的計算、模擬和設(shè)計方法；（2）先進的微機械加工技術(shù)與設(shè)備；（3）先進的封裝技術(shù)與設(shè)備；（4）可靠性技術(shù)研究等方面。必須加強技術(shù)研究和引進先進設(shè)備，以提高整體水平。

傳感器技術(shù)今后的發(fā)展方向可有幾方面：（1）加速開發(fā)新型敏感材料：通過微電子、光電子、生物化學(xué)、信息處理等各種學(xué)科，各種新技術(shù)的互相滲透和綜合利用，可望研制出一批基于新型敏感材料的先進傳感器。（2）向高精度發(fā)展：研制出靈敏度高、精確度高、響應(yīng)速度快、互換性好的新型傳感器以確保生產(chǎn)自動化的可靠性。（3）向微型化發(fā)展：通過發(fā)展新的材料及加工技術(shù)實現(xiàn)傳感器微型化將是近十年研究的熱點。

傳感器技術(shù)是研究機電一體化系統(tǒng)中的信息傳遞問題，使系統(tǒng)中信息和能量的傳遞和轉(zhuǎn)換更加順暢，使系統(tǒng)各部分有機地結(jié)合在一起，形成完整的系統(tǒng)。傳感器技術(shù)是在機電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來，隨著機電一體化技術(shù)的發(fā)展而變得越來越重要，傳感器技術(shù)的研究也必然促進機電一體化的發(fā)展。

從某種意義上講，機電一體化系統(tǒng)的設(shè)計，就是根據(jù)功能要求選擇了各部分后所進行的傳感器應(yīng)用設(shè)計。傳感器的好與壞直接影響到機電一體化系統(tǒng)的控制性能，以及系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性，傳感器技術(shù)是機電一體化系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

【參考文獻】

[1]鄒慧君，田永利，郭為忠.現(xiàn)代機構(gòu)學(xué)的形成、基本內(nèi)容和應(yīng)用前景[J].機械設(shè)計與研究，2002，（02）.