傳感器技術(shù)在機電自動控制中的應(yīng)用

李云峰

摘 要

隨著我國經(jīng)濟的快速飛躍、科技的迅猛發(fā)展，傳感器技術(shù)的發(fā)展也日益加快。本文首先簡單介紹了傳感器技術(shù)的發(fā)展過程，然后闡述了傳感器技術(shù)在機電自動控制中的應(yīng)用，比如自動化的機械加工過程、工業(yè)機器人中的應(yīng)用，最后介紹了我國傳感器技術(shù)發(fā)展的一些問題和發(fā)展的方向，便于在不同的情況下采用合理的傳感檢測方法。

【關(guān)鍵詞】傳感器技術(shù) 機電自動控制 應(yīng)用

【關(guān)鍵詞】傳感器技術(shù) 機電自動控制 應(yīng)用

1 引言

傳感器技術(shù)隨著當(dāng)今世界科技的日新月異，成為一項受人關(guān)注的快速發(fā)展起來的前沿技術(shù)，也可以說是現(xiàn)代科技水平發(fā)展的標(biāo)志性產(chǎn)物之一，它跟通信以及計算機技術(shù)一起被稱為信息產(chǎn)業(yè)中的三大支柱。假如說計算機像人類的大腦，傳感器就好像是人類的五官，當(dāng)電路、計算機相關(guān)的技術(shù)更新速度加快時，人們才慢慢意識到信息的獲取設(shè)備——傳感器沒有與信息技術(shù)同步發(fā)展起來。從這之后傳感器技術(shù)就開始受到各方的關(guān)注，從80年之后，慢慢的在全球范圍內(nèi)刮起了一陣傳感器技術(shù)的“颶風(fēng)”。

傳感器簡單來說就是一種能把非電量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏康脑骷?，是一種可以把來自周圍的各種信號轉(zhuǎn)變成電信號功能塊。在機電自動控制系統(tǒng)中，傳感器的功能主要是用來檢測自動控制系統(tǒng)本身以及檢查對象的狀態(tài)，為實現(xiàn)自動控制提供可靠的數(shù)據(jù)和信息，傳感器就好比控制系統(tǒng)中的感官系統(tǒng)，可以迅速精準(zhǔn)采集到數(shù)據(jù)和信息，自動控制系統(tǒng)能否達到高水平就要靠傳感器做后盾。本文主要從傳感器技術(shù)實現(xiàn)自動化機械加工以及汽車自動控制系統(tǒng)中的傳感技術(shù)和機器人自動控制中的傳感器技術(shù)這三個方面淺談傳感器技術(shù)的應(yīng)用。

2 傳感器技術(shù)在機電自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 自動化機械加工過程

2.1.1切削過程和機床運行過程的傳感技術(shù)

在切削過程中需要進行傳感檢測，主要是為了盡可能的優(yōu)化切削過程，提高生產(chǎn)率、同時降低成本等。另外還需要對整個機床運行的過程進行傳感檢測，涉及到的傳感參數(shù)包括機床發(fā)生故障時停機所需要的時間、被切削的物件的表面光滑程度以及需要達到的切削精度等。

2.1.2加工部件的過程傳感技術(shù)

最早使用并且使用次數(shù)較多的是加工部件的過程的監(jiān)察，它跟前面說的切削以及整個機床的過程監(jiān)視有所不同，主要的目標(biāo)是控制工件的加工質(zhì)量。簡單地講，工序識別主要是為了保證所進行的加工工序與工（零）件加工要求相符合，工序識別不僅需要識別出送入機床加工的工件或者毛坯是否與要求加工的工件與毛坯相符，還需要保證工件安裝的位置達到工藝規(guī)程的要求。

2.1.3刀具

主要是對砂輪進行傳感檢測。切削與磨削過程在材料切除過程占有重要地位，如果刀具與砂輪被磨損到一定限度（根據(jù)磨鈍標(biāo)準(zhǔn)進行判定）或出現(xiàn)破損的現(xiàn)象（它包括刀具出現(xiàn)破損、崩刃、燒傷、塑變或卷刀等現(xiàn)象），使它們失去切的功能（即無法保證磨削能力以及加工精度和工件表面完整性，這種情況稱為刀具/砂輪失效），根據(jù)工業(yè)的相關(guān)統(tǒng)計，在機床發(fā)生故障而導(dǎo)致的停機很大部分的原因是由于刀具的失效，而刀具失效導(dǎo)致的停機所消耗的時間是NC 類機床的總停機時間的三分之一。此外，它還可能導(dǎo)致設(shè)備不正常或人身發(fā)生安全事故。

2.2 汽車自動控制系統(tǒng)中的傳感技術(shù)

隨著傳感器技術(shù)完善以及其它新技術(shù)的不斷出現(xiàn)與應(yīng)用，現(xiàn)代化汽車工業(yè)也因此進入了全新的階段。汽車的機電一體化是為了淘汰傳統(tǒng)的純機械式控制部件，而采用自動的控制系統(tǒng)，特別能夠體現(xiàn)在汽車的發(fā)動機上，這種自動控制系統(tǒng)中傳感技術(shù)可以全方位的改善汽車的性能，與過去相比增加了人性化服務(wù)功能，在一定程度上也可以降低油耗，從而有利于保護環(huán)境，另外該技術(shù)也提高了行駛安全可靠性，加強了操作的便捷性以及駕駛的舒適性，整個汽車車身都采用了了先進的檢測與控制技術(shù)。為了可以更好的使用到汽車自動控制系統(tǒng)中的傳感技術(shù)，會經(jīng)常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。

2.3 機器人自動控制中的傳感器技術(shù)

隨著科技的迅速發(fā)展，機器人慢慢融入我們的生活和工作，并在生活和工作中漸漸成為人類的得力助手。上個世紀(jì)七十年代，機器人傳感技術(shù)才正式步入發(fā)展的正軌，人類設(shè)計這種傳感器的最初目的就是運用于機器人中，成為機器人技術(shù)的新型傳感器。從整體上說，該傳感器的工作原理類似于普通傳感器，從某些細節(jié)上說它又有著自身的獨特性，比如它在處理傳感信息種類和智能化時要求比普通的傳感器更高。而根據(jù)檢測不同的對象，機器人傳感器又可以分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器。

內(nèi)部傳感器主要是為了檢測機器人自身的性能和狀態(tài)，大部分是檢測位置與角度的傳感器。而外部傳感器就是檢測機器人當(dāng)前縮在的環(huán)境以及周圍狀況，這類傳感器主要包括物體識別傳感器，物體探傷傳感器，接近覺傳感器，距離傳感器，力覺傳感器，聽絕傳感器等。

其視覺傳感器分為圖像獲取、圖像處理以及圖像理解三部分。經(jīng)過近幾年的發(fā)展，圖像的理解技術(shù)還相對于發(fā)達國家來說還是處在比較落后的位置。力覺傳感器根據(jù)安裝部位主要分為關(guān)節(jié)力傳感器，腕力傳感器和指力傳感器。觸覺主要是為了補充視覺，來感知目標(biāo)物體的表面性能和物理特性。而接近覺傳感器運用到機器人中的主要功能是如果有物體接近機器人，機器人能夠通過接近覺傳感器來獲取目標(biāo)物接近的程度，從而做出是否躲避的判斷，可以使機器人有效的躲避對其有害的物體。聽覺傳感器大致分為特定人的語音識別系統(tǒng)以及非特定人的語音識別系統(tǒng)。特定人的語音識別的工作過程是：首先用一定數(shù)量的特征矩陣存儲指定人的聲音，從而形成一個標(biāo)準(zhǔn)模版庫，然后當(dāng)有語音傳入時再與庫中模板進行匹配；非特定人的語音系統(tǒng)只是簡單的分為語言識別系統(tǒng)，單詞識別系統(tǒng)以及數(shù)字音識別系統(tǒng)。

3 我國傳感器技術(shù)發(fā)展的若干問題及發(fā)展方向

目前我國從事傳感器技術(shù)研究的地方主要集中于一些重點高校和研究所，由于起步不算太早，因此現(xiàn)在的水平跟國外傳感器技術(shù)相比，先進性還有不小的差距，主要體現(xiàn)于：（1）科學(xué)有效的計算、仿真以及良好的設(shè)計方案；（2）卓越領(lǐng)先的自動機械加工技術(shù)與機器；（3）領(lǐng)先的密封包裝技術(shù)和裝備；（4）權(quán)威性技術(shù)研究等。一定要增加對先進技術(shù)的研究以及對先進設(shè)備的引進，從而可以提升整個行業(yè)的水平。endprint

傳感器技術(shù)今后的發(fā)展趨勢：（1）繼續(xù)研發(fā)新型材料，大大提高材料的敏感性：由電子學(xué)、生命生物學(xué)、數(shù)字信號處理等各種學(xué)科進行交叉，使得各項新技術(shù)達到結(jié)合以及合理有效改進，就有希望誕生出更多采用新型敏感性更強的材料制造出的傳感器。（2）精度越做越高：傳感器的精確度是一項關(guān)鍵性的指標(biāo)，細分起來就要注重傳感器靈敏度、響應(yīng)速度、互換性等是否優(yōu)良，這些指標(biāo)都達到之后，才能保證所研制的傳感器應(yīng)用于自動控制系統(tǒng)中的有效性。（3）緊湊微小化：使用更好的加工工藝和技術(shù)，合理運用新的材料， 來達到傳感器緊湊微小化會成為近幾年全球研究熱門領(lǐng)域。傳感器技術(shù)主要關(guān)注機電自動控制系統(tǒng)中的信息是否能精確傳達，以及系統(tǒng)中的相關(guān)數(shù)據(jù)和信息的傳輸和變換是否流暢，從而讓系統(tǒng)各個部件迅速結(jié)合為一個整體，組成相對完善的體系。

從另外的層面上說，機電自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計，其實就是針對所需的功能要求進行選擇各個部分的相關(guān)傳感器技術(shù)的應(yīng)用設(shè)計。傳感器的優(yōu)劣除了對機電自動控制系統(tǒng)性能的好壞起決定性作用，還會直接決定系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠程度，總而言之，傳感器技術(shù)是實現(xiàn)機電自動控制的重要一環(huán)。

4 結(jié)論

傳感器技術(shù)是實現(xiàn)機電自動控制以及調(diào)節(jié)的重要一環(huán)，也可以說是整個控制體系中一項必不可少的核心技術(shù)，傳感器技術(shù)的水平怎么樣會直接改變整個系統(tǒng)的功能；如果傳感器技術(shù)越好，整個系統(tǒng)實現(xiàn)機電自動控制就越自如。在比較完善的機電自動控制體系中，若采用的傳感檢測方案不是很好，最直接體現(xiàn)方式就是不能反映出被控對象的各項參數(shù)結(jié)果，從而就無法給出客觀有效的檢測結(jié)果，轉(zhuǎn)換出容易傳輸和便于處理的信號就更無從談起了，因此需要的關(guān)于自動控制的數(shù)據(jù)就無從獲取，那么控制系統(tǒng)也沒有辦法正常工作。所以，在最初挑選各種傳感設(shè)備的時候，應(yīng)該盡可能優(yōu)先挑可靠性強，適用性強，易于操作，易護理，性價比良好，經(jīng)久實用的裝置。

參考文獻

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[3]畢振明.傳感器技術(shù)在機電一體化中的應(yīng)用探討[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品， 2011.

作者單位

吉林機電工程學(xué)校 吉林省吉林市 132100endprint