傳感器在機(jī)電系統(tǒng)中的作用

張麗芳

【摘要】簡(jiǎn)要概述傳感器現(xiàn)狀與發(fā)展，探討傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用，并分析我國(guó)傳感器技術(shù)發(fā)展的幾點(diǎn)問題及發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】傳感器;機(jī)電一體化;機(jī)床;汽車

一、引言

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展引起了工程領(lǐng)域的技術(shù)改造與革命。在機(jī)械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機(jī)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電氣化”邁入了“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段。

二、傳感器的現(xiàn)狀與發(fā)展

傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，主要用于檢測(cè)機(jī)電一體化系統(tǒng)自身與操作對(duì)象、作業(yè)環(huán)境狀態(tài)，作為有效控制機(jī)電一體化系統(tǒng)的運(yùn)作提供一些相關(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，信息傳遞速度越來越快，信息處理能力日益增強(qiáng)，相應(yīng)的信息采集——傳感技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，傳感器也將在我們身邊無處不在。

三、傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用

傳感器是左右機(jī)電一體化系統(tǒng)（或產(chǎn)品）發(fā)展的重要技術(shù)之一，廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)化產(chǎn)品之中：

1.傳感器在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用

傳感器作為數(shù)控機(jī)床上的重要電器組件，廣泛的應(yīng)用各類傳感器使得機(jī)床成就了其高度的自動(dòng)化和高精。傳感器是一種能夠感應(yīng)規(guī)定的被檢測(cè)量，并且按照著一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件，輸入信號(hào)（即被檢測(cè)量）為非電量，而輸出信號(hào)往往是我們更加易于處理的電量。

在一臺(tái)數(shù)控機(jī)床上面可以用到大量的各類傳感器：接近開關(guān)，壓力傳感器，溫度傳感器，液位傳感器，速度傳感器等類型的傳感器，主要用來檢測(cè)位臵，壓力、溫度和流動(dòng)。

2.數(shù)控機(jī)床中常用的傳感器

（1）位移檢測(cè)及速度檢測(cè)的光電編碼器

光點(diǎn)編碼器它可以將機(jī)械轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成為電脈沖，在機(jī)床上面X軸和Z軸的端部配有光電編碼器，用于角位移的測(cè)量以及數(shù)字測(cè)速，角位移能夠通過絲杠螺距間接的反映拖板或刀架的直線位移;光電編碼器在經(jīng)過一定的角位移的時(shí)候變會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，配合定時(shí)器就可以檢測(cè)出角速度，在速控機(jī)床中一般用于數(shù)控系統(tǒng)伺服單元的速度檢測(cè)。

（2）位臵檢測(cè)的接近開關(guān)

接近開關(guān)顧名思義就是當(dāng)物體靠近的時(shí)候就會(huì)有信號(hào)輸出的開關(guān)，它不需要和被檢測(cè)物體進(jìn)行直接的接觸，伊瑪?shù)慕咏_關(guān)在機(jī)床上的主要應(yīng)用在刀架的選刀控制，工作臺(tái)的行程控制。如數(shù)控沖壓設(shè)備就有這種裝置，當(dāng)人身體的某一部位靠近時(shí)，他就馬上把刀頭抬起，以免傷人。

（3）壓力的檢測(cè)

壓力傳感器是一種將壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器，并且伊瑪?shù)闹悄苄蛪毫鞲衅骶哂卸嘟M可編程的輸出信號(hào)，可以對(duì)輸出信號(hào)類型進(jìn)行全方位編程。在機(jī)床上機(jī)器適應(yīng)于對(duì)工件夾緊力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)夾緊力低于設(shè)定的值的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致工件松動(dòng)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，停止走刀;另外還可以檢測(cè)車刀切削力的變化，再者，它在潤(rùn)滑系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)，氣壓系統(tǒng)中用來檢測(cè)油路或者氣路中的壓力，當(dāng)油路或者氣路的壓力小于設(shè)定值的時(shí)候，其觸電會(huì)動(dòng)作然后把信號(hào)送到控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。

3.機(jī)械加工過程的傳感檢測(cè)技術(shù)

（1）切削過程和機(jī)床運(yùn)行過程的傳感技術(shù)

切削過程傳感檢測(cè)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。切削過程傳感檢測(cè)的目標(biāo)有切削過程的切削力及其變化、切削過程顫震、刀具與工件的接觸和切削時(shí)切屑的狀態(tài)及切削過程辨識(shí)等。

（2）工件的過程傳感

與刀具和機(jī)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。它們多數(shù)以工件加工質(zhì)量控制為目標(biāo)。粗略地講，工序識(shí)別是為辨識(shí)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(shí)別是辨識(shí)送入機(jī)床待加工的工件或者毛坯是否是要求加工的工件或毛坯，同時(shí)還要求辨識(shí)工件安裝的位姿是否是工藝規(guī)程要求的位姿。完成這些識(shí)別與監(jiān)視將采用或開發(fā)許多傳感器，如基于TV或CCD的機(jī)器視覺傳感器、激光表面粗糙度傳感系統(tǒng)等。

（3）刀具（砂輪的檢測(cè)傳感）或出現(xiàn)破損，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(shí)，稱為刀具/砂輪失效。工業(yè)統(tǒng)計(jì)證明，很多刀具失效事例還可能引發(fā)設(shè)備或人身安全事故，甚至是重大事故。

4.汽車自動(dòng)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(jìn)入了全新時(shí)期。如EPS電動(dòng)隨速助力轉(zhuǎn)向、ASR電子穩(wěn)定程序、ABS防抱死制動(dòng)系統(tǒng)等。為提高行駛中的安全性、可靠性和舒適性，先進(jìn)的檢測(cè)和控制技術(shù)已擴(kuò)大到汽車全身。在其所有重點(diǎn)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。

四、我國(guó)傳感器技術(shù)發(fā)展存在的問題及發(fā)展方向

傳感器技術(shù)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是機(jī)電一體化系統(tǒng)不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)之一，其水平高低在很大程度上影響和決定著系統(tǒng)的功能。在一套完整的機(jī)電一體化系統(tǒng)中，如果不能利用傳感檢測(cè)技術(shù)對(duì)被控對(duì)象的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)出并轉(zhuǎn)換成易于傳送和處理的信號(hào)，我們所需要的用于系統(tǒng)控制的信息就無法獲得，進(jìn)而使整個(gè)系統(tǒng)就無法正常有效的工作。

我國(guó)傳感器的研究主要集中在專業(yè)研究所和大學(xué)，與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)相比，我們還有較大差距，主要表現(xiàn)在：

（1）先進(jìn)的計(jì)算、模擬和設(shè)計(jì)方法;

（2）先進(jìn)的封裝技術(shù)與設(shè)備;

（3）可靠性技術(shù)研究等方面。因此，必須加強(qiáng)技術(shù)研究和引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備，以提高整體水平。傳感器技術(shù)今后的發(fā)展方向可有以下幾方面：

1.加速開發(fā)新型敏感材料：通過各種新技術(shù)的綜合利用，可望研制出一批基于新型敏感材料的先進(jìn)傳感器。

2.向高精度發(fā)展：研制出靈敏度高、精確度高、互換性好的新型傳感器以確保生產(chǎn)自動(dòng)化的可靠性。

3.向微功耗及無源化發(fā)展：傳感器一般都是非電量向電量的轉(zhuǎn)化，工作時(shí)離不開電源，開發(fā)微功耗的傳感器及無源傳感器是必然的發(fā)展方向。

4.向智能化發(fā)展：處理器速度的提高和微機(jī)的高性能化、傳感器系統(tǒng)的集成化，有力地推動(dòng)著機(jī)電一體化產(chǎn)品向智能化方向發(fā)展。

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