傳感器技術(shù)在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用與發(fā)展

余勇進

摘 要：隨著第二次工業(yè)革命的完成，計算機技術(shù)發(fā)展并成熟，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的機電一體化系統(tǒng)得到迅猛發(fā)展。傳感器技術(shù)是機電一體化技術(shù)的核心，本文介紹了傳感器技術(shù)在機電一體化系統(tǒng)中的作用，并對其發(fā)展前景進行探討。

關(guān)鍵詞：傳感器技術(shù) 機電一體化 應(yīng)用 發(fā)展

引言

傳感器技術(shù)的發(fā)展使機電一體化系統(tǒng)更加智能，推動了機電一體化系統(tǒng)的發(fā)展。本文對機電一體化及傳感技術(shù)做了詳盡介紹，并對我國機電一體化的發(fā)展狀況進行探討，提出了利用傳感技術(shù)促進機電一體化發(fā)展的方向。

一、傳感器技術(shù)

傳感器，顧名思義，是一種檢測機器，即將人們對外界的感知進行傳送的機器。國際電工委員會（IEC：International Electronics Committee）的定義為：“傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測量的信號”。 傳感器能利用計算機技術(shù)敏感性的特點，獲取被測量物的信息并轉(zhuǎn)化為電信號或以數(shù)據(jù)等其它方式輸出。簡單的傳感器即能滿足信息的收集，處理，轉(zhuǎn)化，輸出，控制等。具體的說，傳感器是指在測試系統(tǒng)中，對某一特定的信息有針對性檢測功能并能將信息數(shù)字化輸出滿足人們生產(chǎn)生活需要的元器件或裝置。目前傳感器主要分為兩種：物理傳感器和化學傳感器。物理傳感器是利用物理原理如電磁學，壓電效應(yīng)等原理進行工作的裝置；化學傳感器是指利用電化學，燃燒化學等原理進行工作的傳感裝置。傳感器的基本要求是敏感性高，數(shù)據(jù)可靠，性能穩(wěn)定，簡單易操作且耐于使用。

二、機電一體化系統(tǒng)

機電一體化系統(tǒng)是運用計算機及微電子技術(shù)將機械與電子技術(shù)結(jié)合的新型機械系統(tǒng)，即將微電子技術(shù)運用在機械系統(tǒng)的主功能、動力功能、信息和控制功能上，隨著我國科技的發(fā)展，我國的機電一體化系統(tǒng)正向機電光一體化方向發(fā)展。機電一體化技術(shù)的功能強大在于將多種現(xiàn)代信息傳遞技術(shù)綜合利用，實現(xiàn)系統(tǒng)最佳功能價值。機電一體化系統(tǒng)可對系統(tǒng)的各組成要素進行信息分析處理，將復(fù)雜的信息聯(lián)系起來，在電子電路和計算機系統(tǒng)的控制下實現(xiàn)信息的有序處理和能量的智能分配。

三、機電一體化系統(tǒng)中傳感技術(shù)的應(yīng)用

傳感器技術(shù)是機電一體化系統(tǒng)發(fā)展與運行的基石。傳感器的發(fā)明滿足了機電一體化設(shè)備對信息的敏銳感知與傳送。在機電一體化系統(tǒng)中，傳感器在機電一體化系統(tǒng)中的作用類似與人的感知器官與大腦，它能迅速準確的感知信息并對信息作出分析處理，是機電設(shè)備中的自動檢測裝置，大大提高了系統(tǒng)的信息處理、控制決策等功能，保證了機電一體化系統(tǒng)高水平發(fā)展的實現(xiàn)。

傳感器的發(fā)展促進了一體化系統(tǒng)的發(fā)展進程，一體化前期是利用凸輪等簡單機械機構(gòu)實現(xiàn)的，屬于機械半自動化，后隨著電磁學的發(fā)展，一體化機械被接電器，觸電器代替，實現(xiàn)了電氣自動化，因此，機電一體化系統(tǒng)不僅有處理和轉(zhuǎn)化能量的功能，還有接受和轉(zhuǎn)化信息的功能。我國的機電一體化系統(tǒng)取得了巨大進步，傳感技術(shù)在機器人用傳感器，機械加工過程的傳感檢測技術(shù)，汽車自動控制系統(tǒng)方面已經(jīng)達到完善階段。

（一）傳感技術(shù)在汽車自動控制系統(tǒng)方面的應(yīng)用

就汽車自動控制系統(tǒng)中的傳感技術(shù)而言，溫度傳感器，壓力傳感器，氣敏傳感器等多種傳感器的使用，不僅保證了發(fā)動機的正常使用，而且全面優(yōu)化了汽車功能，如汽車的人性化服務(wù)，行駛的安全性等。

（二）機器人用傳感器

機器人是科技發(fā)展的產(chǎn)物，機器人的發(fā)明明確體現(xiàn)了機電一體化系統(tǒng)在人力生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。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，大大改善了機器人工作狀況，使其能夠更充分地完成復(fù)雜的工作。

（三）機械加工過程的傳感檢測技術(shù)

機械化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開機電系統(tǒng)一體化的發(fā)展，通過各種傳感與檢測手段控制加工過程來獲得高性能的機械元件是機械加工的最終目的。傳感技術(shù)可以避免人為誤差的出現(xiàn)，避免了人工處理數(shù)據(jù)的繁瑣性，使測量領(lǐng)域更可靠高效。

四、傳感技術(shù)自機電一體化系統(tǒng)前景展望

機電一體化使機械系統(tǒng)操作更為便捷， 從人們的日常生活到軍事領(lǐng)域， 機電一體化技術(shù)涉及領(lǐng)域眾多，我國對傳感器的研究主要體現(xiàn)在對傳感器材料及性能的研究與改進。在機電一體化系統(tǒng)中的發(fā)展主要表現(xiàn)在科技前沿領(lǐng)域的發(fā)展。

（一）光纖傳感器

機電一體化系統(tǒng)從機電一體化向著機電光一體化方向發(fā)展，傳感器有著巨大貢獻。近年來，我國的機械系統(tǒng)發(fā)展逐漸延伸到高壓高寒領(lǐng)域，如深海蛟龍?zhí)?，高空衛(wèi)星的發(fā)射等，因此對機械系統(tǒng)性能的要求較高，這就要求傳感技術(shù)有更好的敏感性，精確性，對惡劣環(huán)境的適應(yīng)性及智能性。在這一過程中，光纖傳感器受到人們關(guān)注。光纖穩(wěn)定性強，對外界物理及化學干擾抵抗性強。此外，光纖徑細、質(zhì)軟、重量輕，性價比高；絕緣、無感應(yīng)的電氣性能；耐水、耐高溫、耐腐蝕的化學性能等，它能夠在人環(huán)境惡劣的地區(qū)工作，傳送信息，因此，在機電一體化系統(tǒng)中可應(yīng)用于鐵路監(jiān)控、火箭推進系統(tǒng)以及油井檢測等方面。

（二）傳感器在航空航天領(lǐng)域的發(fā)展

隨著我國經(jīng)濟實力的發(fā)展，我國在航空航天領(lǐng)域的發(fā)展逐漸位居世界前列。在此領(lǐng)域，需要復(fù)雜的數(shù)字化技術(shù)，此外，航天領(lǐng)域環(huán)境惡劣，機電一體化系統(tǒng)需要面臨高溫高壓，因此，傳感器主要運用在飛行器信息檢測與傳遞方面。運用在航空航天方面的傳感器主要是微電系統(tǒng)傳感器。微電系統(tǒng)傳感器的發(fā)展使微型衛(wèi)星，納衛(wèi)星等微小衛(wèi)星的研究成為可能。此外，微電系統(tǒng)傳感器有以下發(fā)展前景①可用于獲取航空裝備表征可測量參數(shù)，實現(xiàn)飛行器的實時監(jiān)測②判斷各系統(tǒng)間工作的協(xié)調(diào)性，設(shè)計合理的方案③檢測飛行器內(nèi)部的環(huán)境狀況，為飛行員提供適合的工作條件，確保飛行員的生命安全。

（三）網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器

智能傳感器不僅可以對數(shù)據(jù)進行加工處理，并可以通過標準的接口與外界實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，具有自動檢測修正和保護功能，更加自動化與智能化。網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器半導(dǎo)體硅電子技術(shù)為核心。在人們的日常生活中網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器主要應(yīng)用在汽車方面。汽車車體空間有一定的限制，不可能為了提高汽車性能無限的加大汽車空間，網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器以硅電子技術(shù)為核心，將多個傳感器集中在一張芯片上，主要有硅壓力傳感器，靈敏性好，精確度高并且降低了使用空間。此外，網(wǎng)絡(luò)智能傳感器還應(yīng)用在車內(nèi)微型空調(diào)，自動雨刷等方面。

五、如何促進我國傳感器技術(shù)的發(fā)展

在計算機技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，一個國家對傳感器技術(shù)的應(yīng)用程度成為衡量一個國家的信息化水平，體現(xiàn)一個國家綜合國力的重要標志。 我國的傳感器發(fā)展起步較晚，與科技發(fā)達國家英美日等有一定差距，要想飛躍式發(fā)展，就應(yīng)聚集完善產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)，發(fā)揮龍頭企業(yè)帶動和領(lǐng)軍人才的引領(lǐng)作用，促進產(chǎn)業(yè)交流，促進多技術(shù)融合及協(xié)同發(fā)展。加大科技創(chuàng)新力度。

結(jié)論

從上文看出，機電一體化系統(tǒng)是促進我國科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展的的必由之路，不僅推動了機械化產(chǎn)業(yè)的更新?lián)Q代，還促進了航空航天等新興領(lǐng)域的發(fā)展。傳感器是機電一體化系統(tǒng)發(fā)展的基石，要想實現(xiàn)我國機電一團領(lǐng)域的突破與創(chuàng)新，就必須加大對傳感器的科研力度 ，利用新的科技條件研發(fā)新的傳感器，使傳感器具有更好的敏銳性，精確性。

參考文獻

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