機(jī)電一體化中傳感器技術(shù)的應(yīng)用探究

【摘要】傳感器是系統(tǒng)的感受器官，能夠高速、精準(zhǔn)地獲取信息。系統(tǒng)的信息處理和控制決策功能都要依靠傳感器技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。本文探討傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的具體應(yīng)用和發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】傳感器技術(shù)；機(jī)電一體化；應(yīng)用

一、傳感器是機(jī)電一體化系統(tǒng)的首腦

傳感器是信息采集系統(tǒng)的前端單元，能夠感受到測量對象按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可以測量的信號、信息。傳感器的產(chǎn)品品種多，采用的科學(xué)原理也多，屬于密集型技術(shù)，同時具有邊緣性、多樣性、綜合性等特點(diǎn)。隨著信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，信息產(chǎn)業(yè)還具有數(shù)字化、智能化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn)。人類信息技術(shù)、電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)不斷發(fā)展，機(jī)電的信息處理能力要求越來越高，信息采集—傳感技術(shù)也日益繁榮發(fā)展，傳感器也運(yùn)用到各個行業(yè)之中?，F(xiàn)在傳感器廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化中，它在機(jī)電一體化中的應(yīng)用主要是測量模塊。機(jī)電一體化系統(tǒng)通過測量模塊輸入一定的參數(shù)，比如位移、速度、壓力、強(qiáng)度等以后，按照一定的規(guī)律，輸出能夠反映機(jī)電物理參數(shù)的時間變化曲線，工作人員可以通過時間曲線進(jìn)行調(diào)試。沒有這些傳感器對系統(tǒng)狀態(tài)和信息精確可靠的自動檢測，機(jī)電一體化就無法實(shí)現(xiàn)高效率工作?！皞鞲衅鳠帷卑l(fā)起于20世紀(jì)80年代，那時的傳感器為工業(yè)生產(chǎn)帶來了巨大的推動力。并隨著深入研究，逐漸成為現(xiàn)代科技的重要領(lǐng)域，與通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)構(gòu)成信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱。傳感器技術(shù)涉及到測量技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)、微電子學(xué)光聲、聲學(xué)、精密機(jī)械等多門學(xué)科，并且錯綜交叉，相互融合，因而是一種高新密集型技術(shù)。

二、傳感技術(shù)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用

1、傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人能夠通過內(nèi)部和外部的各種傳感器來感知自身、操作對象和作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)。比如觸覺傳感器、視覺傳感器、力覺傳感器、接近覺傳感器、超聲波傳感器和聽覺傳感器等。觸覺傳感器裝置在機(jī)器人的手腕、手爪部位，通過觸覺確認(rèn)對象的位置，從而能夠調(diào)整手爪的位置來抓住目標(biāo)。特別是第3代工業(yè)機(jī)器人能夠獲取作業(yè)環(huán)境和操作對象的信息，經(jīng)過復(fù)雜的邏輯思維，做出判斷和決策。在作業(yè)環(huán)境中，完全可以獨(dú)立行動。

2、傳感器在工件加工中的應(yīng)用 相對于刀具和機(jī)床的監(jiān)視來說，工件安裝監(jiān)視是應(yīng)用最早的傳感器。工件加工中安裝辨認(rèn)傳感器和安裝監(jiān)視傳感器，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)能夠檢測工件的加工質(zhì)量。在傳感器工作過程中，首先檢測正在運(yùn)行的加工工序是否是所需加工工序，其次要準(zhǔn)確檢測需要加工的毛坯，識別工件安裝的位置是否是工藝規(guī)程要求的位置。最后要在工件加工后，測量工件的質(zhì)量，是否有尺寸、粗糙度、形狀、表面平整度存在缺陷。

3、切削進(jìn)程中的傳感檢測技術(shù) 切削過程中的傳感檢測能夠感知切削過程切削力度、震顫的變化，還能感知刀具和工件接觸的狀態(tài)。切削過程最主要的傳感參數(shù)有切削力、切削過程振動、切削過程聲發(fā)射、切削過程電機(jī)功率等。在選擇傳感器的時候要分析測試環(huán)境和干擾因素，測試環(huán)境是否有磁場、電場、溫度的干擾。

4、機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的傳感技術(shù) 機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)過程主要傳感器檢測的目標(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，能夠測量機(jī)床故障、加工件表面粗糙度、功率、機(jī)床狀態(tài)等。機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)中的傳感器要：1、有較高的可靠性和抗干擾性。2、能夠滿足機(jī)床的精度需求和速度需求。3、使用和維護(hù)方便，適合機(jī)床運(yùn)行環(huán)境。5、盡量降低成本。

5、傳感技術(shù)在刀具（砂輪）中的應(yīng)用 刀具失效是機(jī)床故障停機(jī)的主要原因，它能夠引起停機(jī)時間占NC類機(jī)床總停機(jī)時間的1/5—1/3，還有可能引起安全事故。刀具或者砂輪失效是指，刀具和砂輪磨損到一定限度或者出現(xiàn)破損，從而失去了切磨削的能力，不能保證加工精度。而傳感器技術(shù)應(yīng)用在刀具中能夠?qū)Φ毒吣p進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)機(jī)床主軸電動機(jī)負(fù)荷增大，電動機(jī)的電流和電壓會改變，電流也會改變，數(shù)控系統(tǒng)隨之發(fā)送報警信號，此時傳感器會采取相應(yīng)的措施進(jìn)行維護(hù)。所以刀具和砂輪的過程監(jiān)視和控制技術(shù)變得尤其重要。

6、汽車控制系統(tǒng)中的傳感技術(shù) 在汽車行業(yè)中，系自動變速器、汽車制動防抱死系統(tǒng)、驅(qū)動防滑系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)及導(dǎo)航系統(tǒng)等，都離不開傳感器。傳感器技術(shù)不能能夠改善汽車的各種性能，比如降低油耗、減少廢氣排放、反應(yīng)故障等，還能為駕駛員提供更便捷、更安全的人性化服務(wù)。傳感器在汽車行業(yè)中應(yīng)用要使環(huán)境保持高密封、強(qiáng)抗蝕、耐惡劣的環(huán)境中。汽車的發(fā)動機(jī)在汽車行業(yè)種類繁多，比如溫度傳感器、壓力傳感器、旋轉(zhuǎn)傳感器、濃度傳感器等。汽車的發(fā)動機(jī)在工作的過程中會產(chǎn)生電磁波和震動，所以應(yīng)用在汽車發(fā)動系統(tǒng)的傳感器要具有很強(qiáng)的抗干擾能力和抗震能力。汽車傳感器需求量大，傳感器要能夠大批量生產(chǎn)，最好適合自動化生產(chǎn)。

三、傳感技術(shù)的發(fā)展方向

我國傳感器研究和國外相比還存在很大的差距。計算方法、設(shè)計方法、工藝設(shè)備、封裝技術(shù)、可靠性研究等方面都還需要進(jìn)一步提高。隨著對國外經(jīng)驗(yàn)的吸取，對未來領(lǐng)域的探索，傳感器的發(fā)展將向著新材料、新工藝、高精度、微型化、微功耗、生物性方面發(fā)展。發(fā)現(xiàn)新工藝、新材料。早期除了半導(dǎo)體、陶瓷材料外，還有光導(dǎo)纖維和超導(dǎo)材料的開發(fā)。

1、探究新工藝和新材料。新工藝和新材料都是傳感器發(fā)展的基礎(chǔ)，每一種原理、新材料的發(fā)現(xiàn)都會伴隨新的傳感器種類的誕生。融合微電子、光電子、生物化學(xué)等各種學(xué)科能夠研制出一批光敏、氣敏、濕敏、力敏等新型敏感材料。

2、向高精度發(fā)展。傳感器是測試系統(tǒng)的前沿環(huán)節(jié)，輸出的值是否準(zhǔn)確直接影響了整個系統(tǒng)的使用性。所以傳感器一定要滿足使用的精度。

3、更加自能化。傳感技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的特點(diǎn)就是自動控制、自動調(diào)節(jié)，不需要進(jìn)行專門操作。在以后的發(fā)展過程中，不僅具有自動化特征，還需要有智能化特征，能夠根據(jù)檢測結(jié)果做出一系列應(yīng)對措施。

4、更加微型化。微型化傳感器結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、易于維護(hù)，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中都有很大的優(yōu)勢。微型化一直是傳感器研究的重點(diǎn)，光刻、擴(kuò)散和各向異性腐蝕等集成電路新工藝已經(jīng)運(yùn)用于傳感器中。從而使檢查系統(tǒng)更加微型化、小型化。微功耗。傳感器的正常工作離不開電源，研究微功耗和無源傳感器將是今后的發(fā)展方向。

6、生物傳感器的研究?，F(xiàn)在的傳感器主要以物理傳感器。生物傳感器是一個新興領(lǐng)域，現(xiàn)在還在大理研究中。今后要對生物傳感器進(jìn)行大力開發(fā)，在機(jī)器人中，可以模擬人類視覺、聽覺、觸覺等感覺器官。

四、總結(jié)

傳感器技術(shù)已經(jīng)滲透到日常生產(chǎn)生活中了，更是機(jī)電一體化系統(tǒng)不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)之一。傳感器水平的高低影響著系統(tǒng)的自動化程度。隨著世界科技水平的提高，人類探知領(lǐng)域的不斷深入，各種信息的傳遞速度將越來越快， 處理信息的能力也將越來越強(qiáng)，因此，就要求相對應(yīng)的信息采集傳感技術(shù)也要跟上發(fā)展的步伐，這也就決定了傳感器將越來越被廣泛運(yùn)用、無處不在。

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