傳感器技術(shù)在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

吳傳全

摘要：傳感器技術(shù)是機電一體化技術(shù)當中的一項基本的技術(shù)。傳感器也是檢測系統(tǒng)的一個核心的內(nèi)容，類似于我們?nèi)梭w內(nèi)部的器官。通過傳感器，整個系統(tǒng)可以獲得各種各樣的信息，能夠確保機電一體化系統(tǒng)可以實現(xiàn)準確的調(diào)節(jié)。除此之外，本文還剖析了傳感器技術(shù)未來可能會發(fā)展的趨勢以及一些會遇到的問題。

關(guān)鍵詞：傳感器技術(shù);機電一體化系統(tǒng);應(yīng)用

中圖分類號：TH-39;TP212? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）22-0212-02

0? 引言

在整個機電一體化系統(tǒng)當中，傳感器是非常重要的一個組成部分，可以說是整個系統(tǒng)當中的一個核心裝置，傳感器的存在可以使機電一體化系統(tǒng)能夠更加快速，更加準確地獲取到各種各樣的信息。并且面對著各種復(fù)雜的外部環(huán)境，傳感器都能夠確保機電一體化系統(tǒng)可以正常的運營跟發(fā)揮。如果機電一體化系統(tǒng)當中缺少了傳感器的話，那么就不能夠再精準的檢測信息，也沒有辦法維持穩(wěn)定運行的系統(tǒng)狀態(tài)，這時的系統(tǒng)將不能夠正常的進行。

1? 傳感器的研究發(fā)展狀況

傳感器在世界各國流行起來，是在20世紀80年代左右開始的，有許多先進的工業(yè)國家都開始引入了傳感器技術(shù)，并且對其進行了研發(fā)以及使用，通過進一步研究，進一步開發(fā)來生產(chǎn)傳感器。在當時，傳感器技術(shù)屬于世界領(lǐng)先的工業(yè)技術(shù)。傳感器以及傳感器系統(tǒng)的生產(chǎn)和發(fā)展成為了當時的一個工業(yè)發(fā)展熱門行業(yè)。現(xiàn)如今，全球的傳感器市場的銷售總額大約突破了二百億美元左右。并且全球性的傳感器的銷售額每年的增長率基本上為80%左右，全球的傳感器的產(chǎn)品的品類超過了兩萬種。傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域是非常廣泛的，比方說這些傳感器類的產(chǎn)品可以應(yīng)用在金融行業(yè)、汽車行業(yè)、農(nóng)業(yè)、機械制造行業(yè)以及家電行業(yè)等等眾多行業(yè)當中。在八五期間，我國正式把傳感器技術(shù)納入到了國家的重點研發(fā)計劃當中。并且傳感器技術(shù)也成為了我國一個長期的發(fā)展的重點技術(shù)。傳感器技術(shù)在21世紀得到了更加迅速的發(fā)展，而21世紀為我們帶來了更加先進的科學技術(shù)，技術(shù)創(chuàng)新突破可以說無處不在，所以說這為傳感器的開發(fā)跟發(fā)展提供了非常便利的條件。相信傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展能夠更好地促進我國的國民經(jīng)濟的發(fā)展。

2? 傳感器應(yīng)用在機電一體化系統(tǒng)當中的具體表現(xiàn)

傳感器技術(shù)屬于機電一體化系統(tǒng)當中的一個核心技術(shù)，現(xiàn)如今在各種自動化產(chǎn)品當中都能夠體現(xiàn)出傳感器技術(shù)的應(yīng)用。

2.1 將傳感檢測技術(shù)應(yīng)用在挖泥船

挖泥船的主要工作項目就是完成水下的土石方施工的任務(wù)，日常的工作就是需要進行挖深以及清理現(xiàn)有的一些航道或者是港口。也包括去開發(fā)一些新的航道或者是運河。如果水下耙吸管比較大，那么耙吸式挖泥船就很難再挖掘時具體的了解到水下的情況。并且也很難把握耙頭的位置以及挖泥的深度。我們必須要一套優(yōu)秀的操作顯示裝置來進行輔助?？梢酝ㄟ^輔助裝置來對耙吸管的工作情況進行實時的監(jiān)測。而我們通常將傾角傳感器應(yīng)用在整個耙吸管工作的過程當中。在傾角傳感器的作用下，我們就可以測量出兩側(cè)的排氣管的水平以及其水下的深度，包括船舶的傾斜方向。能夠進一步的得出具體的船體吃水的深度的數(shù)據(jù)。如果船體的傾斜度超過了限制值的話，那么，能夠及時的輸出報警信號，讓工作人員了解到具體的情況。

2.2 將傳感檢測技術(shù)應(yīng)用在機械加工當中

①在整個機械加工的切削環(huán)節(jié)以及機床的運行基本上都會使用到傳感技術(shù)。在機械加工的切削環(huán)節(jié)當中，應(yīng)用傳感技術(shù)能夠有效地提高整個環(huán)節(jié)的生產(chǎn)效率以及在切削環(huán)節(jié)當中，使用傳感器的檢測，其主要的傳感目標就是為了使切削力的水平以及其刀具等發(fā)生變化，改變切屑的狀態(tài)以及切削整個過程的辨識度。比較重要的傳感數(shù)據(jù)包括切削力以及切削過程當中的震動，包括切削過程當中電機的頻率。在機床運行過程當中使用傳感器，其主要的傳感目標是包括機床的驅(qū)動和溫度的監(jiān)測以及控制，以及整個機床運行的安全性等等。機床運行環(huán)節(jié)的重要的傳感參數(shù)主要包括機床因為故障而停機的時間以及機床加工時的功率，和被加工的工作件的表面的粗糙度以及其加工的狀態(tài)。

②工件的過程監(jiān)視技術(shù)。相較于刀具以及機床的過程監(jiān)測來說，工件的過程監(jiān)測其應(yīng)用的范圍是比較廣的，并且在整個學術(shù)領(lǐng)域當中也擁有了許多非常有效率的理論研究成果。在工件的過程監(jiān)測當中，最重要的一個部分就是為了能夠控制好工件的加工質(zhì)量，在20世紀80年代的時候，工件的識別以及安裝開始受到了逐漸的重視。工序識別的主要的工作內(nèi)容就是要查看所要施行的施工工序是否和我們已經(jīng)既定好的加工工序是一致的。工件的識別主要是針對于馬上要進行加工的機床以及其毛坯有沒有達到具體的施工要求，并且對相關(guān)的一些需求進行辨識。除此之外，還需要辨識工件安裝的位置和工藝要求是否是相符的。工件的識別還包括對整個加工的毛坯以及其表面的缺陷進行有效的識別。跟工件過程監(jiān)測比較相近的一種監(jiān)視手段，就是工藝過程的監(jiān)視，這主要是針對于毛坯或者是其加工工件的表面是否粗糙，以及其表面的質(zhì)量跟尺寸進行相關(guān)的監(jiān)視。這些因素會直接影響著工件加工完畢之后的質(zhì)量以及工件的成品率和產(chǎn)品的生產(chǎn)率。所以說，這些因素開始逐步受到了重視，如果想要圓滿的完成上述所說的識別以及監(jiān)視的話，我們必須要去開發(fā)大量的傳感器，比方說基于TV的視覺傳感器等等。

③對刀具以及砂輪進行檢測跟傳感。無論是切削過程還是磨削過程，其主要的作用都是為了切除材料。在切除材料的過程當中，刀具跟砂輪都會發(fā)生一定程度的磨損。有時還會出現(xiàn)燒傷或者是崩刃等破壞情況，這就會導(dǎo)致切割的能力以及磨削的能力逐漸下降。因此，所加工的工件很有可能不能夠達到加工的精度標準，而且有時還會破壞加工零件的完整性。這種情況我們將其視為刀具或者是砂輪失效。根據(jù)現(xiàn)有的工具統(tǒng)計，可以表明導(dǎo)致機床因為故障而停機的最主要的原因就是因為刀具出現(xiàn)了失效情況。刀具失效的情況造成的時間可以達到所有的停機時間的1/4左右。除此之外，刀具的失效有可能還會帶來人身安全和設(shè)備安全等問題。因此，現(xiàn)階段各個制造領(lǐng)域都開始不斷的重視起了刀具以及砂輪的失效監(jiān)視。尤其是近20年以來，刀具的破損以及磨損監(jiān)視技術(shù)一直都處在不斷的發(fā)展當中。關(guān)于刀具以及砂輪的磨損傳感法主要包括直接法、間接法和多感知融合法等等。直接法包括了接觸法以及放射線法，間接法包括了扭距法、功率法、電流法、切削溫度等等。多感知融合法主要包括各種傳感器的組合。刀具和砂輪的破損傳感法具體分類可以分成兩種，一種是直接法，一種是間接法。直接法主要包括光學圖像以及接觸這兩種，而間接法主要包括功率、震動以及超聲波等等。

2.3 汽車自動控制系統(tǒng)當中使用傳感技術(shù)的具體表現(xiàn)

現(xiàn)如今，伴隨著時間的不斷發(fā)展，科學技術(shù)也有了相應(yīng)的突破，傳感器技術(shù)通過不斷的研究也實現(xiàn)了不斷的突破，可以結(jié)合其他現(xiàn)在技術(shù)共同應(yīng)用，將傳感器技術(shù)應(yīng)用在汽車行業(yè)當中，有效地促進了汽車工業(yè)的發(fā)展。在汽車的機電一體化系統(tǒng)當中，使用自動控制系統(tǒng)代替了傳統(tǒng)的機械式的控制系統(tǒng)。除了可以把其應(yīng)用在汽車發(fā)動機上面，還可以應(yīng)用在改善汽車其他性能方面能夠有效地幫助汽車降低油耗，還可以實現(xiàn)汽車的節(jié)能減排，能夠?qū)崿F(xiàn)在運行的過程當中的安全性，并且也比較方便操作?，F(xiàn)如今在汽車的整體車身上面基本上都涵蓋了先進的檢測技術(shù)以及控制技術(shù)。在汽車的重點控制系統(tǒng)當中使用了大量的傳感器裝置，比方說在曲軸位置，我們使用了壓力傳感器，包括一些其他的部位的傳感器，比方說氣敏傳感器以及吸氣或者是冷卻水溫度傳感器等等。

3? 我國傳感器技術(shù)的未來發(fā)展趨勢

從20世紀80年代開始，我國開始不斷對傳感器技術(shù)進行研究。主要的研究地點以研究所或者是大學為主。我國對于傳感器的技術(shù)研究相較于西方國家來說，仍然有著一定的差距。具體的差距可以表現(xiàn)為四點，第一點就是西方國家的計算以及設(shè)計方式是比較領(lǐng)先的。第二點，西方國家的微機械加工技術(shù)和設(shè)備都比我國要領(lǐng)先，第三點是其封裝技術(shù)和設(shè)備比較領(lǐng)先，第四點是其優(yōu)越的技術(shù)研究更加的深入，因此我國在發(fā)展的過程當中，除了要注重研究以外，還應(yīng)該從西方發(fā)達國家引進一些先進的設(shè)備來提高整體的技術(shù)水平。傳感器未來的發(fā)展主要是圍繞著以下幾個方面進行的：

3.1 新型敏感材料的研發(fā)

在發(fā)展的過程當中，應(yīng)該注重結(jié)合生物化學，光電子等學科。這樣有利于實現(xiàn)技術(shù)的綜合利用，可以研制出新型的敏感材料所制作出來的傳感器。

3.2 高精度研發(fā)方向

隨著科學技術(shù)的不斷更新?lián)Q代，我們可以在研究傳感器的時候向更靈敏、更加精確度高的方向發(fā)展，這樣有利于傳感器的反應(yīng)速度的增強。

3.3 寬溫度范圍，高可靠性方向

在傳感器的研究過程當中，其溫度范圍一直都是難以攻破的一個難點。當前大多數(shù)的傳感器，其工作時的溫度范圍都在零下20℃到70℃。軍用系統(tǒng)的傳感器所需要的使用溫度是零下40℃到85℃。工業(yè)當中的傳感器的需求是零下20℃到120℃。航天用的溫度范圍一般為80℃以下200℃以上。傳感器在使用過程當中，其可靠性直接決定著電子設(shè)備的運行效率以及抗干擾的能力，因此必須要提高其可靠性。

4? 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)如今，我們已經(jīng)邁入了一個科學技術(shù)不斷突破，不斷發(fā)展的階段當中，因此傳感器技術(shù)也會不斷的突破和創(chuàng)新。把傳感器技術(shù)跟機電一體化技術(shù)互相融合起來，能夠有效的實現(xiàn)機電一體化系統(tǒng)的不斷的提升。

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