傳感器在機(jī)電一體化技術(shù)中的應(yīng)用探討

摘 要：本文簡述了當(dāng)前傳感器技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用前景，討論了該技術(shù)在機(jī)電領(lǐng)域的使用環(huán)節(jié)，并對該技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中存在的多發(fā)問題進(jìn)行原因剖析，為今后此類技術(shù)的在企業(yè)中的應(yīng)用提供合理建議。

關(guān)鍵詞：傳感器部件；原理；機(jī)電一體化；系統(tǒng)；發(fā)展

在現(xiàn)有機(jī)電一體化領(lǐng)域中，傳感器作為主要部件，有著至關(guān)重要的作用，它的作用相當(dāng)于感官器官，能夠及時(shí)敏捷的獲取機(jī)器設(shè)備所需信息，并能有效發(fā)出指令去實(shí)現(xiàn)某一過程，該技術(shù)是機(jī)電自動(dòng)化系統(tǒng)中科技水平最高的環(huán)節(jié)，如果傳感器系統(tǒng)不能有效工作，機(jī)電系統(tǒng)的信息處理、數(shù)據(jù)分析、控制裝置都會(huì)失去相應(yīng)功能，對高精度的機(jī)電設(shè)備來言，傳感器技術(shù)是精髓，需要我們在工作中加以總結(jié)學(xué)習(xí)。

1 傳感器的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景

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(jī)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(jī)電一體化系統(tǒng)的運(yùn)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(qiáng)，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，傳感技術(shù)已成為重要的現(xiàn)代科技領(lǐng)域，傳感器及其系統(tǒng)生產(chǎn)已成為重要的新興行業(yè)。

2 傳感器在機(jī)電一體化體系中的運(yùn)用

傳感器是衡量機(jī)電一體化產(chǎn)品或系統(tǒng)是否優(yōu)越的重要指標(biāo)之一，該技術(shù)在機(jī)械設(shè)備中廣泛使用，通常應(yīng)用于以下幾個(gè)領(lǐng)域。

2.1 工業(yè)用傳感器

工業(yè)裝備能夠?qū)崿F(xiàn)高精度運(yùn)作，主要是應(yīng)用了多種傳感器部件來控制，傳感器通過對工業(yè)設(shè)備的下達(dá)指令，然后去按照程序進(jìn)行工作，例如傳感器可以讓工業(yè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)位置定位、轉(zhuǎn)移、運(yùn)行速度等環(huán)節(jié)的有效改變，完成對應(yīng)的操作，實(shí)現(xiàn)高精度的對機(jī)器設(shè)備進(jìn)行控制。

2.2 機(jī)械加工過程的傳感檢測技術(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，而最重要的傳感參數(shù)有切削力、切削過程振動(dòng)、切削過程聲發(fā)射、切削過程電機(jī)的功率等。對于機(jī)床的運(yùn)行來講，主要的傳感檢測目標(biāo)有驅(qū)動(dòng)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(jī)床的故障停機(jī)時(shí)間、被加工件的表面粗糙度和加工精度、功率、機(jī)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(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)工件識(shí)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(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。此外，還可以利用工件識(shí)別和工件安裝監(jiān)視傳感待加工毛坯或工件的加工質(zhì)量和表面缺陷。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 傳感器技術(shù)發(fā)展的若干問題及發(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；其水平越高，系統(tǒng)的自動(dòng)化程度就越高。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技術(shù)對被控對象的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確地檢測出并轉(zhuǎn)換成易于傳送和處理的信號，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。

傳感器技術(shù)是實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備自動(dòng)控制、自動(dòng)運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)，也是機(jī)電一體化系統(tǒng)中不可缺失的環(huán)節(jié)，傳感器技術(shù)的高低直接決定了機(jī)電設(shè)備的先進(jìn)性，水平越高，機(jī)電設(shè)備就越先進(jìn)，它的先進(jìn)性和應(yīng)用性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）先進(jìn)的計(jì)算、模擬和設(shè)計(jì)方法。

（2）先進(jìn)的微機(jī)械加工技術(shù)與設(shè)備。

（3）先進(jìn)的封裝技術(shù)與設(shè)備。

（4）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(jìn)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(dòng)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(shí)現(xiàn)傳感器微型化將是近十年研究的熱點(diǎn)。

④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。

⑤向智能化數(shù)字化發(fā)展：隨著現(xiàn)代化的發(fā)展，傳感器的功能已突破傳統(tǒng)的功能，其輸出不再是一個(gè)單一的模擬信號（如0～10mV），而是經(jīng)過微電腦處理好后的數(shù)字信號，有點(diǎn)甚至帶有控制功能，即智能傳感器。

4 結(jié)語

傳感器技術(shù)是研究機(jī)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(jī)地結(jié)合在一起，形成完整的系統(tǒng)。傳感器技術(shù)是在機(jī)電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展而變得越來越重要；同時(shí)傳感器技術(shù)的研究也必然促進(jìn)機(jī)電一體化的發(fā)展。從某種意義上講，機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，就是根據(jù)功能要求選擇了各部分后所進(jìn)行的傳感器應(yīng)用設(shè)計(jì)。傳感器的好與壞直接影響到機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制性能，以及系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，因此傳感器技術(shù)是機(jī)電一體化系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

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（作者單位：唐山國豐鋼鐵有限公司）