淺談傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用

于秀娜

摘 要：近年來，隨著半導(dǎo)體、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，新型或具有特殊功能的傳感器不斷涌現(xiàn)出來，裝置也向小型化、固體化及智能化方向發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域也越加寬廣。文章闡述了傳感器技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展，探討了傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：傳感器技術(shù)；機(jī)電一體化技術(shù)；發(fā)展

引言

近幾十年來，自動(dòng)控制理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展，并已經(jīng)應(yīng)用到生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域。但是，由于作為“感覺器官”的傳感器技術(shù)沒有與計(jì)算機(jī)技術(shù)協(xié)調(diào)發(fā)展，出現(xiàn)了信息處理功能發(fā)達(dá)，檢測(cè)功能不足的局面。目前許多國家已投入大量人力、物力，發(fā)展各類新型傳感器。在機(jī)電一體化技術(shù)中，傳感器的廣泛應(yīng)用能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴(yán)酷環(huán)境考驗(yàn)，是機(jī)電一體化技術(shù)達(dá)到高水平的保證。

1 傳感器技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展

工程上通常把直接作用于被測(cè)量、能按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成同種或別種量值輸出的器件稱為傳感器。傳感器在很多行業(yè)都有著重要的應(yīng)用，大至工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，小至家用電器，隨處可見傳感器的身影。從20世紀(jì)80年代起，逐漸在世界范圍內(nèi)掀起一股“傳感器熱”，各國都積極進(jìn)行傳感器技術(shù)的研究、開發(fā)和生產(chǎn)。當(dāng)前，傳感器技術(shù)的發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）不斷提高檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量精度、量程范圍、延長使用壽命、提高可靠性?，F(xiàn)在許多檢測(cè)系統(tǒng)都可以在及其惡劣的環(huán)境下連續(xù)工作數(shù)十萬小時(shí)。

（2）集成化、功能化。隨著半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的發(fā)展，硅等電子元件的高度集成化有可能大量地向傳感器領(lǐng)域滲透。

（3）傳感器向智能化方向發(fā)展。人們已迅速將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到測(cè)量技術(shù)中，使得傳感器技術(shù)向智能化發(fā)展，從而擴(kuò)展了功能，提高了精度和可靠性。

（4）網(wǎng)絡(luò)化的傳感器。網(wǎng)絡(luò)化的傳感器系統(tǒng)，可以遠(yuǎn)距離實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、調(diào)試、故障診斷和數(shù)據(jù)采集等操作。

2 傳感器技術(shù)在機(jī)電一體技術(shù)中的應(yīng)用

傳感器是影響機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的重要方面，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)電一體化產(chǎn)品之中，文章就傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化技術(shù)中的應(yīng)用分以下幾個(gè)方面闡述。

2.1 傳感器在現(xiàn)代汽車中的應(yīng)用

近年來，隨著汽車智能化、電子化、小型化和輕型化，汽車對(duì)傳感器的需求大大增加?？梢哉f，現(xiàn)代汽車凡是采用電了控制的系統(tǒng)或裝置，都離不開傳感器?？諝庀到y(tǒng)中傳感器的作用是計(jì)量和控制發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒所需的空氣量。經(jīng)空氣濾清器過濾的新鮮空氣經(jīng)空氣流量傳感器測(cè)量之后再進(jìn)入氣管，與噴油器噴射的汽油混合后才進(jìn)入氣缸。汽車燃油系統(tǒng)的作用是供給氣缸內(nèi)燃燒所需的汽油，油壓的測(cè)量也需要傳感器，燃油的溫度可以采用熱敏電阻溫度傳感器來測(cè)量?，F(xiàn)代汽車還在排氣管前端安裝氧含量傳感器。在發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)中，可以用霍爾傳感器確定點(diǎn)火時(shí)間。特別是近幾年，汽車電子裝置越來越多，如安全報(bào)警裝置、通信裝置、娛樂裝置以及為提高舒適、減輕疲勞采用的輔助駕駛裝置等等，都廣泛采用了各種不同類型的傳感器。

2.2 傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用

機(jī)器人是由計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器，它的動(dòng)作機(jī)構(gòu)具有類似人的肢體及感官的功能，動(dòng)作程序靈活，有一定的智能性。機(jī)器人傳感器在機(jī)器人的控制中起到了非常重要的作用，正因?yàn)橛辛藗鞲衅?，機(jī)器人才具備了類似人類的知覺功能，可以認(rèn)為機(jī)器人傳感器是對(duì)人類感覺的模仿。

機(jī)器人傳感器分為內(nèi)部參數(shù)檢測(cè)傳感器和外部參數(shù)檢測(cè)傳感器兩大類。內(nèi)部參數(shù)檢測(cè)傳感器是以機(jī)器人本身的坐標(biāo)來確定其位置。通過內(nèi)部參數(shù)檢測(cè)傳感器，機(jī)器人可以了解自己的工作狀態(tài)，調(diào)整和控制自己按照一定的位置、速度、加速度和軌跡進(jìn)行工作。外部參數(shù)檢測(cè)傳感器的功能是讓機(jī)器人能識(shí)別工作環(huán)境，很好的執(zhí)行動(dòng)作，使機(jī)器人對(duì)環(huán)境有自校正和適應(yīng)能力。外部參數(shù)檢測(cè)傳感器通常包括觸覺、視覺、味覺、聽覺和嗅覺等傳感器。比如觸覺傳感器裝設(shè)在機(jī)器人腕、手爪等部位，通過觸覺確認(rèn)對(duì)象的位置從而修正手爪的位置以便能準(zhǔn)確地抓住對(duì)象物體。

2.3 傳感器在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

數(shù)控機(jī)床是機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，它是機(jī)、電、液、氣等學(xué)科的綜合應(yīng)用，技術(shù)范圍涵蓋了機(jī)械制造、自動(dòng)控制、伺服驅(qū)動(dòng)、傳感器技術(shù)及信息處理技術(shù)等。具有高精度、高效率、高柔性的特點(diǎn)。具體工作過程是：將刀具移動(dòng)軌跡等加工信息用數(shù)字化的代碼記錄在程序介質(zhì)上，然后輸入數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)過譯碼、運(yùn)算、發(fā)出指令，自動(dòng)控制機(jī)床上的刀具與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而加工出形狀、尺寸與精度符合要求的零件，這種機(jī)床即為數(shù)控機(jī)床。

傳感器在數(shù)控機(jī)床中占有重要的地位，它監(jiān)視和測(cè)量數(shù)控機(jī)床的每一步工作過程。數(shù)控機(jī)床的一個(gè)重要指標(biāo)就是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的位置定位誤差和重復(fù)定位誤差，要提高位置控制精度就要采用高精度的位置傳感器。接近開關(guān)除了在刀架選刀控制外，還在數(shù)控機(jī)床中常用作工作臺(tái)、氣缸及氣缸活塞的行程控制。

3 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，始于20世紀(jì)80年代，主要集中在專業(yè)研究所和大學(xué)，與國外先進(jìn)的計(jì)算、模擬和設(shè)計(jì)方法，先進(jìn)的微機(jī)械加工技術(shù)與設(shè)備，先進(jìn)的封裝技術(shù)與設(shè)備，可靠性技術(shù)研究等方面相比還有較大差距。

隨著自動(dòng)化程度越來越高，自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)智能化的程度要求也越來越高。這就要求要不斷研發(fā)新型傳感器，提高傳感器的性能和向、小型化、集成化、多功能化、智能化的方向發(fā)展。

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