傳感器技術(shù)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢

【摘要】隨著現(xiàn)代市場經(jīng)濟(jì)以及人們的日常生產(chǎn)生活對產(chǎn)品自動(dòng)化、智能化等的要求，使傳感器技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并迅速廣泛的涉及到工農(nóng)軍等各個(gè)領(lǐng)域。在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用與開發(fā)都隸屬現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目，自動(dòng)控制系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用占主要地位，作用尤為突出，發(fā)展?jié)摿o可厚非，它使工業(yè)生產(chǎn)從勞動(dòng)密集型轉(zhuǎn)換為智能技術(shù)型，本文通過對傳感器技術(shù)的認(rèn)識，來了解傳感器技術(shù)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】傳感器技術(shù)；自動(dòng)控制；應(yīng)用；發(fā)展

前言

隨著人們運(yùn)用科學(xué)技術(shù)對未知領(lǐng)域和空間的探索，信息的種類及信息間的傳遞方式的多樣化，要求信息處理的速度愈來愈快，信息處理的能力也要愈來愈強(qiáng)，從而使傳感器信息采集技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用頗為廣泛。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中傳感器技術(shù)相當(dāng)于自動(dòng)控制系統(tǒng)的“皮膚”，其作用極其重要，能精準(zhǔn)并迅速的感受到不同的環(huán)境、操作對象所傳遞的相關(guān)信息，為有效的控制自動(dòng)控制系統(tǒng)以精、細(xì)、準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行提供了必不可少的條件。

一、認(rèn)識傳感器技術(shù)

傳感器是一種探測和感受并傳遞外界的溫度、光亮、煙霧濃度和濕度等各種信號的裝置。它是通過一些敏感性元件來感受被檢測的非電信號的物理量，再通過轉(zhuǎn)換元件把被檢測的非電信號物理量轉(zhuǎn)換成方便并適于傳輸和測量的電信號物理量。這種信號間的轉(zhuǎn)換是運(yùn)用了生物、化學(xué)以及物理等學(xué)科現(xiàn)象和效應(yīng)進(jìn)行的各種能量形式的相互轉(zhuǎn)換。傳感器技術(shù)是一種不僅包含了傳感器的物理量之間的轉(zhuǎn)換、所用材料的選擇、結(jié)構(gòu)與外形的設(shè)計(jì)以及開發(fā)和應(yīng)用等多方面的全面性技術(shù)，而且還是多種先進(jìn)學(xué)科之間進(jìn)行交叉、融合而形成的綜合性的高新前沿技術(shù)。傳感器技術(shù)是采集現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)以及人們?nèi)粘Ｉ钪械母鞣矫嫘畔⒌闹饕椒ê头绞?，對提高人們的生活水平、科學(xué)研究的進(jìn)步和生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)有著不可替代的決定性作用。傳感器技術(shù)的先進(jìn)與否直接影響科學(xué)和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

二、傳感器在自控系統(tǒng)中的應(yīng)用

自動(dòng)控制在現(xiàn)代化產(chǎn)品生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛，傳感器又在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用非常普遍，因此自動(dòng)化生產(chǎn)中傳感器的應(yīng)用遍布各個(gè)環(huán)節(jié)。

1、在工業(yè)機(jī)械手中的應(yīng)用

在電子行業(yè)，電路板的印制以及電子電路的焊接是一個(gè)較為繁瑣的過程，為了保證其精準(zhǔn)精細(xì)的特點(diǎn)，目前多采用機(jī)械手來運(yùn)作，它通過各種傳感器獲得相關(guān)信息，對所需操作的元件的位置、大小以及電路路線等得以確定，可以做到自動(dòng)、精準(zhǔn)、無誤的完成各項(xiàng)工作，減少了人工操作的勞動(dòng)強(qiáng)度和誤差。

2、在AGV自動(dòng)控制送貨車中的應(yīng)用

在AGV自動(dòng)送貨車中采用超聲波測距傳感器來判斷建筑物內(nèi)人和物體所在位置，運(yùn)用紅外線色彩傳感器來控制小車的運(yùn)動(dòng)軌跡并識別小車的位置，采用條形碼傳感器進(jìn)行貨物識別，已達(dá)到自動(dòng)運(yùn)送貨的目的。

3、在機(jī)械加工過程的應(yīng)用

目前機(jī)械加工都是采用數(shù)控機(jī)床來操作，數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行主要是采用傳感器技術(shù)來檢測驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、軸承系統(tǒng)以及回轉(zhuǎn)系統(tǒng)和摩擦溫度監(jiān)測與控制等。按照給出的切削加工指令指示控制機(jī)床運(yùn)行，利用傳感器檢測出影響刀具與工件相對位移的因素，例如機(jī)床的位置、速度以及變形、振動(dòng)等，并通過傳感器監(jiān)測工件加工過程的狀態(tài)，根據(jù)傳感器的檢測結(jié)果來調(diào)整工件的加工條件，保證加工精準(zhǔn)度。工件加工完畢后，還要利用傳感器技術(shù)對其進(jìn)行質(zhì)量檢測，以確保工件在以后應(yīng)用中的可靠性。

4、在車業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著時(shí)代的發(fā)展，傳感器技術(shù)的應(yīng)用使汽車行業(yè)的出現(xiàn)了前所未有的新面貌。汽車的純機(jī)械式控制部件由自動(dòng)控制系統(tǒng)所取代，增強(qiáng)人性化服務(wù)功能，全面地改善了汽車的相關(guān)性能，降低油耗量，減少汽車尾氣的排放量。在汽車中把位置、溫度、壓力、氣敏等各種傳感器運(yùn)用在所有的重點(diǎn)控制系統(tǒng)中，使汽車全身都運(yùn)用了先進(jìn)的檢測和控制技術(shù)，從而做到了操作起來更方便、舒適，行駛的過程中更安全、可靠。

5、在機(jī)器人控制中的應(yīng)用

隨著高科技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人的相關(guān)研究與機(jī)器人在現(xiàn)代化生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，是高科技術(shù)自動(dòng)化和智能化的綜合性表現(xiàn)?？蒲泄ぷ魅藛T采用傳感器技術(shù)，在機(jī)器人與人類的相應(yīng)部位上安裝了與人類相似的感觸、視覺和運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)等相關(guān)功能的觸覺、視覺、力覺以及超聲波等多種傳感器，從而使機(jī)器人具備了智能探測發(fā)現(xiàn)工作對象并可以對其進(jìn)行處理加工的能力，提高了智能機(jī)器人感知能力和應(yīng)急反應(yīng)能力，可以代替人工更靈活、更妥善地完成一些具有危險(xiǎn)性的和難度較大的復(fù)雜的工作。

三、傳感器技術(shù)發(fā)展趨勢

現(xiàn)代化產(chǎn)品的生產(chǎn)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的關(guān)鍵是在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中運(yùn)用了傳感器技術(shù)。傳感器技術(shù)說是這是現(xiàn)代化發(fā)展的重要技術(shù)之一，其發(fā)展水平越高，自動(dòng)化系統(tǒng)的功能就越強(qiáng)大。現(xiàn)在人們對傳感器技術(shù)的應(yīng)用比較廣泛，不管是生產(chǎn)還是生活中傳感器技術(shù)的應(yīng)用隨處可見，人們對其的重視程度也日趨高漲，因此傳感器的研發(fā)也就成為了高科技術(shù)研究目前最為火熱的話題。

1、新材料的研發(fā)

隨著材料工程的發(fā)展，傳感器種類的多樣化，使傳感器的材料不僅僅限于半導(dǎo)體和陶瓷材料，而是向著高科技材料光導(dǎo)纖維和超導(dǎo)材料的方向進(jìn)軍，目前納米材料等新式材料應(yīng)用給傳感器技術(shù)注入了新的血液，同時(shí)也使傳感器具備了新的功能和外形結(jié)構(gòu)，為人工智能材料開辟出了新天地。

2、多功能一體的研發(fā)

也稱為多功能集成，在同一時(shí)間多個(gè)被測參數(shù)可以由一個(gè)傳感器同時(shí)檢測出來。例如可以同時(shí)檢測出Na+，K+和H+等離子的多離子傳感器，常用于水質(zhì)的檢測，以及可以檢測物體所受壓力和物體所處環(huán)境的溫度兩個(gè)參數(shù)的硅壓阻式復(fù)合傳感器。

3、集成化的研發(fā)

隨著精細(xì)化加工技術(shù)在各個(gè)行業(yè)、各個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)品中的應(yīng)用，集成化技術(shù)也成了傳感器技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向，促使傳感器產(chǎn)品達(dá)到質(zhì)量高性能化和體積小型化。集成壓力傳感器就是把受壓力變化是電阻值隨之變化的壓敏電阻、電橋電路和可以放大電壓的電壓放大器電路以及溫度補(bǔ)償電路集成在一個(gè)芯片上。集成傳感器的功能單一、誤差較小、價(jià)格便宜、反應(yīng)速度快、微型體積、功耗較低以及外圍電路簡單等特點(diǎn)適宜于異地遠(yuǎn)距離操作。

4、智能化的研發(fā)

智能化傳感器是將采用集成化技術(shù)的傳感器與微型處理器兩者有機(jī)結(jié)合起來，形成具有檢測和處理信息功能的傳感器。現(xiàn)在，智能化傳感器發(fā)展空間頗為廣闊，把它與人工智能相結(jié)合，可以對所檢測到的信息進(jìn)行分散處理，可以降低制造傳感器所需要的成本。由于智能化傳感器具有高精準(zhǔn)度的信息采集、檢測和編程自動(dòng)化等多樣化功能，因此未來傳感技術(shù)研發(fā)智能化將是重中之重。

5、微精細(xì)化的研發(fā)

在順應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展的要求下，傳感器在生產(chǎn)和生活中加工技術(shù)的微精細(xì)化的地位越來越凸顯。伴隨著集成技術(shù)在電路工藝的應(yīng)用，微機(jī)械精細(xì)加工技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，它是把離子、電子、激光等光束和化學(xué)刻蝕工藝運(yùn)用到微型電子元器件加工上的專業(yè)性技術(shù)。目前微精細(xì)化加工技術(shù)已在傳感器制造工藝中得到了廣泛應(yīng)用。

四、傳感器技術(shù)面臨的桃戰(zhàn)和機(jī)遇

現(xiàn)在由于科技發(fā)展的迅猛，使得產(chǎn)品的生產(chǎn)和傳輸系統(tǒng)越來越復(fù)雜繁瑣。單純的自動(dòng)控制系統(tǒng)已不能滿足現(xiàn)代化發(fā)展所應(yīng)具備的條件，主要體現(xiàn)在攝取信息的方式跟不上科技的發(fā)展以及傳感器本身存在智能化和網(wǎng)絡(luò)化等方面技術(shù)落后上，這兩個(gè)方面的原因使自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展呈現(xiàn)出步步維艱、難以突破的尷尬局面。由此可以看出傳感器技術(shù)的重要性，也表明傳感器技術(shù)的前行的道路存在的極大阻力，有著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

新型技術(shù)的開發(fā)，帶來新一輪的技術(shù)革命，全球開始步入信息化時(shí)代。在這個(gè)以信息傳遞為重要通訊的時(shí)代中，能可靠并準(zhǔn)確無誤的傳遞信息的技術(shù)是最為重要的，然而人們的生產(chǎn)和生活領(lǐng)域離不開傳感器技術(shù)，它是獲取和傳遞不同信息的重要途徑和手段。在現(xiàn)代化自動(dòng)控制系統(tǒng)的生產(chǎn)過程中的很多環(huán)節(jié)都要運(yùn)用傳感器來監(jiān)視、檢測和控制各種參數(shù)，已達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量的設(shè)備運(yùn)行和產(chǎn)品生產(chǎn)。由此可見，高優(yōu)質(zhì)的傳感器是現(xiàn)代化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，傳感器技術(shù)推動(dòng)著社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，是現(xiàn)代化科學(xué)發(fā)展的一項(xiàng)核心技術(shù)。高科技術(shù)的發(fā)展同樣推動(dòng)傳感器技術(shù)加速發(fā)展，因此在未來傳感器技術(shù)將會(huì)踩在高科技術(shù)的肩膀上馳騁。

五、結(jié)束語

傳感器技術(shù)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用主要體現(xiàn)在信息的傳遞方面，它使系統(tǒng)中信息間的傳遞和能量間的轉(zhuǎn)換更加方便、快捷，促使系統(tǒng)各個(gè)組成部分順應(yīng)自然的相互聯(lián)系在一起，從而形成一套完備的整體系統(tǒng)。隨著自動(dòng)控制理論推進(jìn)著自動(dòng)控制系統(tǒng)的前行，傳感器技術(shù)在自動(dòng)控制系統(tǒng)而變尤為重要；同時(shí)由于現(xiàn)代化產(chǎn)品高品質(zhì)、高精準(zhǔn)度的迅速發(fā)展，也要求傳感器技術(shù)的研究步伐也越來越快。時(shí)代在進(jìn)步，社會(huì)在發(fā)展，傳感器技術(shù)將會(huì)融合更多學(xué)科技術(shù)，達(dá)到更高的技能水準(zhǔn)，從而帶動(dòng)各行各業(yè)迅猛發(fā)展，是現(xiàn)代化科學(xué)發(fā)展必不可少的一項(xiàng)技術(shù)。

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作者簡介

周方方，女，山東濟(jì)寧人，學(xué)士學(xué)位，濟(jì)寧市技師學(xué)院助理講師，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè).