試析傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用

陽(yáng)志發(fā)

（桂林市思奇通信設(shè)備有限公司 廣西桂林 541004）

試析傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用

陽(yáng)志發(fā)

（桂林市思奇通信設(shè)備有限公司 廣西桂林 541004）

隨著社會(huì)生產(chǎn)力的穩(wěn)步解放以及科學(xué)技術(shù)水平的快速提升，在未來(lái)的機(jī)電發(fā)展中，機(jī)電一體化可以說(shuō)是必然的技術(shù)結(jié)果。而傳感器技術(shù)作為機(jī)電一體化進(jìn)程中的一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)支撐技術(shù)，對(duì)于提升機(jī)電一體化系統(tǒng)的敏感程度，測(cè)控精確度等都有著非常關(guān)鍵的促進(jìn)作用。但是在實(shí)際的機(jī)電一體化系統(tǒng)傳感器技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，很多技術(shù)人員與研究部門(mén)對(duì)于傳感器技術(shù)的重要作用認(rèn)知不足，使得傳感器在機(jī)電一體化中的應(yīng)用常出現(xiàn)問(wèn)題，無(wú)法發(fā)揮出百分百的效用。因此，本文旨在通過(guò)對(duì)傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用分析，幫助傳感器技術(shù)的應(yīng)用升級(jí)，促進(jìn)我國(guó)機(jī)電一體化的發(fā)展。

傳感器技術(shù)；機(jī)電一體化；應(yīng)用

前言

傳感器技術(shù)是一項(xiàng)高精度，高敏感的測(cè)量輸出技術(shù)，是人類感知的一種科技延伸。在目前越來(lái)越多的工程建設(shè)領(lǐng)域，高新技術(shù)領(lǐng)域中傳感器技術(shù)都得到了廣泛的應(yīng)用。而機(jī)電一體化作為一項(xiàng)涉足多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的綜合性技術(shù)，機(jī)電一體化技術(shù)若想要獲得長(zhǎng)足的進(jìn)步以及跨越式的發(fā)展就必須加強(qiáng)信息處理，測(cè)控，傳感器，機(jī)械制造等技術(shù)的升級(jí)發(fā)展。其中傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用能夠?yàn)闄C(jī)電一體化系統(tǒng)的運(yùn)行提供關(guān)鍵的信息，數(shù)據(jù)化整個(gè)運(yùn)行環(huán)境，是機(jī)電一體化技術(shù)高水平的體現(xiàn)與保證。因此，如何提升傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用水平，保證傳感器技術(shù)的快速進(jìn)步對(duì)于機(jī)電一體化的發(fā)展有著至關(guān)重要的意義。

1 傳感器在機(jī)電一體化中的作用

傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化中的作用就相當(dāng)于機(jī)電一體化系統(tǒng)中的感知器官，也就是從待測(cè)對(duì)象中獲取能反映該對(duì)象特征和基礎(chǔ)狀態(tài)的反饋信號(hào)的設(shè)備。一般情況下，一個(gè)常見(jiàn)的機(jī)電一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1，通過(guò)結(jié)構(gòu)圖我們能夠進(jìn)一步進(jìn)行說(shuō)明。

圖1

根據(jù)上述圖1可以清晰的看到，其中機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)中的測(cè)量模組同時(shí)連接了通訊模組和機(jī)械機(jī)構(gòu)模組，還與驅(qū)動(dòng)模組處于同一環(huán)節(jié)內(nèi)，處于整個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心區(qū)域。測(cè)量模組由傳感器，測(cè)量電路等部分組成，涉及采集有關(guān)機(jī)電一體化系統(tǒng)狀態(tài)與行為的信息。上述情況也反映了，傳感器在系統(tǒng)中所處的關(guān)鍵位置，它能夠快速，精確地進(jìn)行外部運(yùn)行參數(shù)的獲取，并在不受嚴(yán)酷環(huán)境的影響下保證好機(jī)電一體化系統(tǒng)的高水準(zhǔn)運(yùn)行。如果在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，缺乏了傳感器技術(shù)的應(yīng)用，那么機(jī)電一體化系統(tǒng)也就喪失了自身對(duì)于系統(tǒng)與對(duì)象的自動(dòng)檢測(cè)功能，自然也就無(wú)法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)處理，控制決策等主要功能。

2 傳感器技術(shù)的應(yīng)用

隨著目前技術(shù)手段的進(jìn)步以及日常生活生產(chǎn)的需求提升，傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，越來(lái)越深入。在下文中，我們將針對(duì)傳感器技術(shù)在一些機(jī)電一體化系統(tǒng)中的具體應(yīng)用進(jìn)行展開(kāi)說(shuō)明：

2.1 機(jī)械加工過(guò)程的傳感器技術(shù)

在機(jī)械加工的過(guò)程中，有很多的地方需要我們進(jìn)行檢測(cè)這是眾所周知的。這也就造成了傳感器技術(shù)在機(jī)械加工過(guò)程中的全面應(yīng)用。在這里，傳感器技術(shù)在機(jī)械加工過(guò)程中的應(yīng)用我們將大致分兩個(gè)方面進(jìn)行說(shuō)明。①是傳感器技術(shù)在機(jī)械的切削過(guò)程和機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中的應(yīng)用。在目前的切削過(guò)程中的應(yīng)用，主要是利用傳感器技術(shù)對(duì)機(jī)械設(shè)備切削力的變化狀態(tài)進(jìn)行控制，并通過(guò)對(duì)這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)的分析來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)于設(shè)備運(yùn)行狀況的記錄，進(jìn)而才能保證切削過(guò)程的高質(zhì)量進(jìn)行，最大程度上減少材料的浪費(fèi)，提升生產(chǎn)效率。傳感器可以對(duì)溫度，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等進(jìn)行一個(gè)有效的檢測(cè)，獲得的數(shù)據(jù)參數(shù)能夠在保證系統(tǒng)設(shè)備高效率運(yùn)行的方面提供關(guān)鍵的指導(dǎo)性參考。②就是傳感器在工件生產(chǎn)中的應(yīng)用。工件的生產(chǎn)過(guò)程需要完善的監(jiān)測(cè)與管控。因此，傳感器技術(shù)在工件生產(chǎn)中的應(yīng)用是十分必要的。a.傳感器能夠在工件加工之前對(duì)加工設(shè)備與原始工件進(jìn)行一個(gè)優(yōu)化篩選，保證加工的正常進(jìn)行。b.傳感器還能夠自動(dòng)檢測(cè)加工過(guò)程中產(chǎn)生的力度，角度，扭矩等參數(shù)，使加工條件永遠(yuǎn)處于最佳狀態(tài)。③傳感器還能在加工結(jié)束后對(duì)加工完成的工件進(jìn)行一個(gè)合格率的控制。

高精度的傳感器在非線性誤差、重復(fù)性誤差、滯后誤差等方面都是很小的。只有當(dāng)上述的這些誤差在萬(wàn)分之幾的范圍才能被成為高精度傳感器。計(jì)量系統(tǒng)的總誤差計(jì)算公式如下：

在選用傳感器時(shí)，除了考慮高精度這一因素以外，還要考慮組成同一稱重電子秤的傳感器的靈敏度具有一致性。因?yàn)閭鞲衅鞒惺苤亓繒r(shí)其輸出電壓由下式確定：

式中：S——傳感器的靈敏度，mV/V；

V1——傳感器的電橋工作電壓，V；

P——傳感器的量程，kg；

F——傳感器所承受的壓力或拉力，kg；

U0——傳感器承受壓力為時(shí)的輸出電壓，mV。

2.2 汽車行業(yè)的傳感器技術(shù)

近年來(lái)的科學(xué)技術(shù)水平提升也給汽車制造行業(yè)帶來(lái)了新一陣的技術(shù)改革，越來(lái)越多的新型技術(shù)在汽車行業(yè)中得到運(yùn)用。汽車的智能化，互聯(lián)化，小型化以及電子化也使得汽車對(duì)于傳感器的使用要求越來(lái)越高。比如在自動(dòng)變速器，汽車制動(dòng)抱死系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)等利用電子控制的汽車系統(tǒng)與裝置中，都離不開(kāi)傳感器技術(shù)的應(yīng)用。而且很多輔助性的電子裝置比如安全警報(bào)裝置，家庭式娛樂(lè)裝置也都采用電子控制的手段，同樣離不開(kāi)傳感器技術(shù)的應(yīng)用。由于汽車系統(tǒng)對(duì)于安全性與操作性的要求極高，因此，汽車的機(jī)電一體化要求盡可能的使自動(dòng)控制系統(tǒng)代替機(jī)械式控制，對(duì)于整體系統(tǒng)的檢測(cè)與控制都需要終端化與集成化，還得遍布全車所有系統(tǒng)。所以，傳感器以其快捷，反饋迅速，處理能力強(qiáng)的特點(diǎn)成為了汽車機(jī)電一體化系統(tǒng)優(yōu)化的關(guān)鍵性技術(shù)。汽車的日常使用環(huán)境極其復(fù)雜，常常有很多的突發(fā)情況與意外發(fā)生。因此，在汽車的所有重點(diǎn)控制系統(tǒng)中，曲軸位置傳感器，壓力傳感器，溫度傳感器等高靈敏度傳感器都不可或缺地得到了使用。這些傳感器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)汽車核心控制系統(tǒng)的使用狀況與運(yùn)行環(huán)境，并與發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元進(jìn)行信息交互，使得駕駛員與發(fā)動(dòng)機(jī)能夠?qū)φ囘M(jìn)行精確的控制，起到提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力，降低損耗的作用。除此之外，傳感器還能提供故障檢測(cè)，提醒駕駛員提前做好預(yù)備工作（見(jiàn)圖2）。

圖2 傳感技術(shù)在汽車中的應(yīng)用

2.3 數(shù)控機(jī)床的傳感器應(yīng)用

數(shù)控機(jī)床是利用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制的新型機(jī)床，主要采用的是數(shù)控技術(shù)，具體就是將所有設(shè)備的行為指令以程序作為介質(zhì)輸入數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)一系列譯碼，運(yùn)算等操作過(guò)程最終發(fā)出指令操控設(shè)備進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床通過(guò)數(shù)字化的控制手段能夠使加工出來(lái)的物件在形狀，尺寸等各個(gè)方面都極具精度，誤差極小。而在數(shù)控機(jī)床的電機(jī)一體化系統(tǒng)中，傳感器技術(shù)的主要應(yīng)用有直線光柵，接近開(kāi)關(guān)，溫度傳感器，電壓傳感器，光電編碼器，速度傳感器，液位傳感器，旋轉(zhuǎn)變壓器，感應(yīng)同步器，紅外傳感器，電流傳感器等多種傳感器形式。這些傳感器的使用對(duì)于位置，角位移，速度，壓力，溫度等各項(xiàng)數(shù)控機(jī)床運(yùn)行中的參數(shù)檢測(cè)有著非常重要的作用。像在數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行過(guò)程中，就可以使用壓力傳感器對(duì)工件夾緊力進(jìn)行一個(gè)檢測(cè)，一旦出現(xiàn)夾緊力不夠或者未達(dá)到規(guī)定值導(dǎo)致工件松動(dòng)的情況時(shí)，傳感器就可以立即做出反饋，觸發(fā)警報(bào)裝置，發(fā)出警報(bào)，停止接下去的走刀運(yùn)行，避免危險(xiǎn)情況與故障發(fā)生。而像壓力傳感器這種使用范圍較廣的傳感器類型還可以運(yùn)用在數(shù)控機(jī)床切削力變化檢測(cè)，液壓系統(tǒng)檢測(cè)，氣壓系統(tǒng)，潤(rùn)滑系統(tǒng)等不同的數(shù)控機(jī)床模塊，使得很多不易被人工發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題與難題得到暴露，大大降低了數(shù)控機(jī)床的故障率，提升了數(shù)控機(jī)床的整體工作效率。

圖3 數(shù)控機(jī)床傳感系統(tǒng)組成

3 傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化中的未來(lái)發(fā)展

傳感器技術(shù)是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)自動(dòng)控制與自我調(diào)節(jié)的關(guān)鍵性技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)能夠幫助機(jī)電一體化系統(tǒng)在復(fù)雜，多變的外部運(yùn)行環(huán)境中維持一個(gè)高效的運(yùn)行水準(zhǔn)。如果機(jī)電一體化系統(tǒng)缺失了傳感器這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，那么也就喪失了對(duì)于外部運(yùn)行環(huán)境以及內(nèi)部運(yùn)行參數(shù)的控制與監(jiān)管，喪失了系統(tǒng)中一個(gè)重要的數(shù)據(jù)反饋機(jī)制，這意味著機(jī)電一體化系統(tǒng)就不可能實(shí)現(xiàn)信息處理與系統(tǒng)決策的功能，使得機(jī)電一體化系統(tǒng)根本無(wú)法進(jìn)行正常的工作。所以，傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用發(fā)展必須以機(jī)電一體化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)為依據(jù)，提升傳感器技術(shù)的快速，精確，成本低廉等技術(shù)參數(shù)。同時(shí)，傳感器技術(shù)的應(yīng)用還不能脫離整體市場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)環(huán)境，要能滿足大規(guī)模制造，應(yīng)用并投入實(shí)際生產(chǎn)的條件。不過(guò)由于我國(guó)傳感器技術(shù)研發(fā)的起步時(shí)間較晚，又缺乏統(tǒng)一完善的理論體系，沒(méi)有先進(jìn)的模擬工具，微機(jī)械加工技術(shù)與相干設(shè)備，使得傳感器的未來(lái)發(fā)展還存在著很多的實(shí)際困難。希望我們能夠加強(qiáng)技術(shù)研究，開(kāi)展自我研發(fā)，加速開(kāi)發(fā)新型的敏感材料，使得傳感器技術(shù)向微型化，高精度等方向發(fā)展，為機(jī)電一體化系統(tǒng)的發(fā)展打下一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。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(hào)（如0～10mV），而是經(jīng)過(guò)微電腦處理好后的數(shù)字信號(hào)，有點(diǎn)甚至帶有控制功能。

4 總結(jié)

綜上所述，傳感器技術(shù)可以說(shuō)是機(jī)電一體化系統(tǒng)得以成立的關(guān)鍵性基礎(chǔ)技術(shù)，不僅僅保障了機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)備效率，還能促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展。傳感器技術(shù)如今已經(jīng)進(jìn)入了我們生活中的方方面面，在建筑，交通，醫(yī)療，自動(dòng)化等眾多關(guān)鍵性的領(lǐng)域，為我們的生產(chǎn)生活提供了無(wú)數(shù)的便利與快捷。但是由于我國(guó)傳感器技術(shù)的發(fā)展起步比較晚，在電機(jī)一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用又缺乏完善的理論體系，使得傳感器技術(shù)的機(jī)電一體化應(yīng)用中存在很多的實(shí)際問(wèn)題。希望通過(guò)本文對(duì)于傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化中實(shí)際應(yīng)用的分析，能夠提出一些行之有效的參考意見(jiàn)，促進(jìn)我國(guó)傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用升級(jí)，為我國(guó)的科技進(jìn)步貢獻(xiàn)一份微薄的力量。

[1]李文悅，劉彬.傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2013（24）：23.

[2]黃永林.傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化的應(yīng)用研究[J].科技視界，2014（24）：80，361.

[3]張會(huì)明.傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化專業(yè)中的應(yīng)用[J].知識(shí)經(jīng)濟(jì)，2013（16）：93.

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2016）18-0244-02

2016-6-5

陽(yáng)志發(fā)（1983-），男，漢族，廣西桂林人，大專，主要從事售前支持與工程建設(shè)工作。