傳感器技術(shù)在機(jī)電自動(dòng)化中的運(yùn)用分析

鄧和蔭

摘要：近年來(lái)，傳感器技術(shù)在社會(huì)多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，在推動(dòng)各行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展上發(fā)揮了重要作用。傳感器是獲取各項(xiàng)精確信息的基礎(chǔ)，也能將要求測(cè)量的非電量轉(zhuǎn)為被測(cè)量的電信號(hào)。在目前機(jī)電自動(dòng)化控制環(huán)節(jié)中，傳感器技術(shù)應(yīng)用范圍正不斷擴(kuò)大，這極大地推動(dòng)了社會(huì)化生產(chǎn)生活效率的提升，為信息化建設(shè)提供了重要?jiǎng)恿?。本文結(jié)合傳感器技術(shù)在機(jī)電自動(dòng)化中的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了傳感器在機(jī)電自動(dòng)化控制中的重要應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：傳感器技術(shù)；機(jī)電自動(dòng)化；運(yùn)用；控制

一、傳感器技術(shù)基本概念

傳感器是指能感受規(guī)定的被測(cè)量，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。它屬于檢測(cè)應(yīng)用裝置，能對(duì)行業(yè)發(fā)展相關(guān)信息進(jìn)行記錄、控制、存儲(chǔ)、處理等。作為信息獲取的重要手段，傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)被稱為信息技術(shù)的三大支柱。隨著科技的迅猛發(fā)展及相關(guān)條件的日益成熟，傳感器技術(shù)逐漸受到了更多人士的高度重視。當(dāng)今傳感器技術(shù)的研究與發(fā)展，特別是基于光電通信和生物學(xué)原理的新型傳感器技術(shù)的發(fā)展，已成為推動(dòng)國(guó)家乃至世界信息化產(chǎn)業(yè)進(jìn)步的重要標(biāo)志與動(dòng)力。

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，傳感器技術(shù)在自動(dòng)化控制中的應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大。在機(jī)電自動(dòng)化控制中，傳感器技術(shù)屬于核心技術(shù)，具有廣闊的發(fā)展應(yīng)用空間?，F(xiàn)階段要想確保自動(dòng)化控制系統(tǒng)在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)揮其應(yīng)用價(jià)值，需要對(duì)多個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行全面監(jiān)控，制訂長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展目標(biāo)。目前，我國(guó)傳感器技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)取得了良好的發(fā)展成果，部分傳統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)了全面突破。比如在對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析上，已經(jīng)在朝著智能化、集成化方向發(fā)展。

1.傳感器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

針對(duì)測(cè)量和轉(zhuǎn)化信息方面來(lái)說(shuō)，傳感器屬于現(xiàn)代化檢測(cè)設(shè)備，在實(shí)際運(yùn)行中工作效率較高，能保障現(xiàn)代化生產(chǎn)活動(dòng)中多項(xiàng)信息有效獲取、存儲(chǔ)、處理、傳遞。在機(jī)電自動(dòng)化控制中，傳感器技術(shù)應(yīng)用價(jià)值較高，是機(jī)電自動(dòng)化監(jiān)測(cè)控制工作的重點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在各個(gè)行業(yè)的深入應(yīng)用，多個(gè)領(lǐng)域的自動(dòng)化技術(shù)也開(kāi)始與行業(yè)發(fā)展逐步融合。隨著自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，目前在諸多高科技領(lǐng)域也開(kāi)始應(yīng)用傳感器技術(shù)，其技術(shù)應(yīng)用水平對(duì)智能系統(tǒng)運(yùn)行成果會(huì)產(chǎn)生較大影響。傳感器技術(shù)水平越高，機(jī)電自動(dòng)化控制水平提升得也越快，解決相關(guān)問(wèn)題的效率也越高。

2.傳感器技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

隨著新技術(shù)革命催生的信息化時(shí)代的到來(lái)，傳感器也成為諸多智能化系統(tǒng)和設(shè)備的組成部分。作為人類五官的延伸，傳感器成為獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。包括可以監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備在正常狀態(tài)工作，獲取高靈敏度的信息從而保障基礎(chǔ)學(xué)科研究的順利進(jìn)行。

傳感器在機(jī)電一體化以及檢測(cè)工作中具有較大應(yīng)用價(jià)值。傳感器能保障系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自我控制，有助于提升機(jī)電系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展水平。尤其是隨著當(dāng)前集成化技術(shù)的不斷發(fā)展，傳感器技術(shù)由單獨(dú)測(cè)量信息用的測(cè)量?jī)x器逐步邁向模塊化甚至微型化，在一定程度上決定整套系統(tǒng)的性能。傳感器技術(shù)在應(yīng)用范圍上也在不斷擴(kuò)展，在工業(yè)生產(chǎn)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程以及文物保護(hù)等眾多領(lǐng)域有了長(zhǎng)足的發(fā)展，這也促進(jìn)了各行業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行效率的提升。在未來(lái)市場(chǎng)發(fā)展中，傳感器技術(shù)應(yīng)用前景廣闊，應(yīng)用范圍也會(huì)逐步擴(kuò)大。

二、傳感器發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)分析

1.傳感器技術(shù)精細(xì)度有待提升

當(dāng)前大多數(shù)企業(yè)在生產(chǎn)中應(yīng)用的都是微傳感器，但微傳感器實(shí)際應(yīng)用未能得到廣泛認(rèn)可。從技術(shù)整體應(yīng)用發(fā)展來(lái)看，在后續(xù)機(jī)電自動(dòng)化生產(chǎn)中，傳感器技術(shù)會(huì)逐步朝著精細(xì)化方向發(fā)展，相關(guān)部門(mén)需引起高度重視。

2.傳感器技術(shù)不夠虛擬

在傳統(tǒng)傳感器技術(shù)應(yīng)用中，存在著傳感器技術(shù)虛擬化程度不足的問(wèn)題，致使生產(chǎn)過(guò)程中存在較大安全隱患，給生產(chǎn)人員帶來(lái)安全風(fēng)險(xiǎn)，降低了生產(chǎn)效率。所以在今后傳感器技術(shù)研發(fā)過(guò)程中，要加大對(duì)技術(shù)虛擬化的重視力度，合理應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真軟件，創(chuàng)新傳感器仿真技術(shù)，建立較為真實(shí)的機(jī)電自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)，確保產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)正常高效開(kāi)展。

3.機(jī)電自動(dòng)化程度較低

目前，發(fā)達(dá)國(guó)家在現(xiàn)代化機(jī)械行業(yè)發(fā)展過(guò)程中都實(shí)現(xiàn)了全面自動(dòng)化、智能化發(fā)展，其中典型的就是車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。早期車(chē)聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品主要是在安防服務(wù)中進(jìn)行應(yīng)用，在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)下，隨著購(gòu)車(chē)要求的不斷提升，車(chē)聯(lián)網(wǎng)中不僅有基本的安防功能，還重點(diǎn)突出了娛樂(lè)功能，強(qiáng)化了車(chē)輛與環(huán)境之間的互動(dòng)，提升了車(chē)輛運(yùn)行的穩(wěn)定性。但目前我國(guó)諸多機(jī)械企業(yè)尚處于單機(jī)自動(dòng)化、剛性自動(dòng)化階段，機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)不能全面適應(yīng)時(shí)代發(fā)展要求。

4.傳感器技術(shù)未能得到高度重視

傳感器是機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的前端，是控制系統(tǒng)的五官。在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用精度較高，傳感器技術(shù)應(yīng)用范圍較廣。但目前我國(guó)現(xiàn)代化機(jī)械行業(yè)發(fā)展中，機(jī)電自動(dòng)化傳感器技術(shù)產(chǎn)業(yè)化未能得到高度重視，缺乏系統(tǒng)管理。我國(guó)現(xiàn)有的生產(chǎn)傳感器的企業(yè)大多研發(fā)力度不強(qiáng)、市場(chǎng)占有份額不足，實(shí)在難以在激蕩的經(jīng)濟(jì)社會(huì)中站穩(wěn)腳跟。另外，在行業(yè)中產(chǎn)值超過(guò)億元的企業(yè)更是少之又少，產(chǎn)品種類齊全的專業(yè)生產(chǎn)商不足3%?？v觀整個(gè)市場(chǎng)，目前我國(guó)敏感元件和傳感器近60%在依賴國(guó)外進(jìn)口品牌，物聯(lián)網(wǎng)中使用的MEMS傳感器（即微機(jī)電系統(tǒng)）幾乎全部依賴進(jìn)口，迫于國(guó)內(nèi)龐大的市場(chǎng)需求，這個(gè)領(lǐng)域的市場(chǎng)幾乎長(zhǎng)期被外國(guó)壟斷，國(guó)內(nèi)傳感器產(chǎn)業(yè)受挫，發(fā)展迎來(lái)困境期。

三、傳感器技術(shù)在機(jī)電自動(dòng)化生產(chǎn)中的問(wèn)題

1.在生產(chǎn)環(huán)節(jié)的應(yīng)用

現(xiàn)階段合理應(yīng)用傳感器技術(shù)能對(duì)各類機(jī)器及其中的重要部件振動(dòng)性進(jìn)行測(cè)量，能對(duì)流水線運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行有效監(jiān)控。針對(duì)精密度要求較高的零件加工時(shí)，可以通過(guò)傳感器進(jìn)行精確測(cè)量。如對(duì)于形狀要求較高的零部件，可在相關(guān)刀具與砂輪中加設(shè)傳感器，避免生產(chǎn)加工過(guò)度導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)不同程度的變形問(wèn)題，從而提升產(chǎn)品表面完整度，增強(qiáng)加工精密度。

2.在溫度測(cè)量中的應(yīng)用

溫度測(cè)量主要分為接觸式測(cè)量與非接觸式測(cè)量。接觸式測(cè)量方式就是通過(guò)接觸傳熱的工作原理對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量。假如傳感器與被檢測(cè)對(duì)象在接觸之后通過(guò)熱傳遞，相互之間達(dá)到熱平衡的要求之后，那么此時(shí)傳感器所顯示的溫度就是被檢測(cè)物體的實(shí)際溫度。接觸式測(cè)量的精確度較高、操作便捷、耗費(fèi)成本較低，但這種檢測(cè)方法的對(duì)象局限性較大，在對(duì)高溫或具有腐蝕性的物體進(jìn)行測(cè)量時(shí)，會(huì)直接導(dǎo)致傳感器的感溫元件損壞。非接觸式測(cè)量技術(shù)主要是通過(guò)利用電磁波輻射的方式檢測(cè)被檢測(cè)物的熱輻射，而檢測(cè)過(guò)程中所顯示的溫度就是被檢測(cè)對(duì)象的溫度。此種測(cè)量方式應(yīng)用范圍較廣，限制性要素較少，但是測(cè)量復(fù)雜程度較高，會(huì)對(duì)被測(cè)結(jié)果精確度產(chǎn)生影響。

3.在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，在農(nóng)田布設(shè)傳感器能對(duì)農(nóng)田溫度、光照、濕度、肥料用量進(jìn)行控制，降低人工操作任務(wù)量，能全面提升農(nóng)作物生產(chǎn)效率與整體產(chǎn)量。此外在收割機(jī)中設(shè)置傳感器還能對(duì)作物進(jìn)行自動(dòng)化識(shí)別，對(duì)作物大小進(jìn)行劃分等。

4.在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高， 人們對(duì)汽車(chē)這一日常生活中極為重要的交通工具提出了更高的要求。為了從根本上滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的汽車(chē)需求，汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)制造過(guò)程中也開(kāi)始大量應(yīng)用傳感器技術(shù)。比如汽車(chē)的自動(dòng)變速器、汽車(chē)安全報(bào)警裝置、汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)等都廣泛地應(yīng)用了傳感器。再加上機(jī)電一體化技術(shù)的迅速發(fā)展， 各種純機(jī)械式控制部件也正在逐步地被自動(dòng)控制系統(tǒng)所取代，而傳感器技術(shù)的強(qiáng)大性能在汽車(chē)行業(yè)各個(gè)方面也發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。比如在汽車(chē)生產(chǎn)中，傳感器技術(shù)能取代傳統(tǒng)人力生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)運(yùn)行、能量轉(zhuǎn)換、信息傳遞一體化發(fā)展。再比如將壓力裝置布設(shè)在收費(fèi)站鋼板底部，汽車(chē)通過(guò)鋼板之后，能夠?qū)ζ?chē)實(shí)際裝載情況進(jìn)行分析，從而判定超載情況等。

5.在機(jī)器人設(shè)計(jì)生產(chǎn)中的應(yīng)用

機(jī)器人是傳感器技術(shù)在機(jī)電自動(dòng)化控制應(yīng)用中的突出代表。機(jī)器人通過(guò)傳感器技術(shù)獲取行動(dòng)控制參數(shù)，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析形成行動(dòng)指令，使機(jī)電自動(dòng)化的應(yīng)用越來(lái)越廣。在機(jī)器人設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程中，其內(nèi)部和外部都會(huì)添加傳感器，其中內(nèi)部傳感器主要對(duì)機(jī)器人內(nèi)部運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，提供相關(guān)服務(wù)；外部傳感器主要是對(duì)外部活動(dòng)環(huán)境進(jìn)行判斷，避免在技術(shù)層面上產(chǎn)生較大問(wèn)題。在內(nèi)外傳感器的協(xié)同配合下，機(jī)器人的自動(dòng)化服務(wù)范圍大大提高，服務(wù)質(zhì)量也有所提升。未來(lái)，機(jī)器人的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣，傳感器技術(shù)的發(fā)展空間也會(huì)越來(lái)越大。

6.在技術(shù)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用

在機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用中，傳感器技術(shù)能夠起到技術(shù)監(jiān)測(cè)作用。比如在環(huán)境檢測(cè)過(guò)程中，傳感器技術(shù)能對(duì)工程自動(dòng)化生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，建立較為完整的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)技術(shù)運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行判斷。通過(guò)加設(shè)傳感器裝置，能夠獲取機(jī)電自動(dòng)化運(yùn)行環(huán)境中的數(shù)據(jù)信息，比如生產(chǎn)環(huán)境中的溫度、濕度等，確保自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備能穩(wěn)定運(yùn)行，提升企業(yè)機(jī)電自動(dòng)化生產(chǎn)質(zhì)量，降低生產(chǎn)環(huán)節(jié)的危險(xiǎn)性。

四、傳感器技術(shù)在機(jī)電自動(dòng)化中的應(yīng)用

綜上所述，傳感器技術(shù)是機(jī)電自動(dòng)化應(yīng)用的重要組成部分。在機(jī)電自動(dòng)化系統(tǒng)中，需要對(duì)傳感器技術(shù)進(jìn)行全面更新，提升其應(yīng)用創(chuàng)新能力。要分析傳感器技術(shù)在機(jī)電自動(dòng)化應(yīng)用中存在的問(wèn)題，擬定有針對(duì)性的解決措施，為機(jī)電自動(dòng)化發(fā)展提供有效保障。

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