傳感器技術(shù)在機電一體化中的應(yīng)用探究

趙剛

【關(guān)鍵詞】傳感器;機電一體化;技術(shù)應(yīng)用

傳感技術(shù)是系統(tǒng)實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)和自動控制的重要環(huán)節(jié)，有助于增強機電一體化系統(tǒng)，傳感技術(shù)的水平會對自動化水平產(chǎn)生十分重要的影響。傳感器技術(shù)在機電一體化中可以說是核心內(nèi)容，傳感器技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)對信息和數(shù)據(jù)的快速而且準(zhǔn)確的獲取，并且能夠充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展下，傳感器技術(shù)和機電一體化已經(jīng)有了很好的結(jié)合，在汽車行業(yè)、機械制造業(yè)、以及智能機器人等方面都得到了廣泛應(yīng)用。未來隨著傳感器技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們將會更加關(guān)注傳感器技術(shù)在機電一體化的應(yīng)用。

一、傳感器技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

傳感器是一種感應(yīng)裝置，它能夠感知到一定范圍內(nèi)的特定信號并輸出到顯示設(shè)備或裝置上，為智能化控制提供依據(jù)。當(dāng)前，隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，傳感器產(chǎn)品經(jīng)濟規(guī)模逐年擴大，2015年同比增長達(dá)到25%以上，2017年全球傳感器市場規(guī)模已經(jīng)達(dá)到1900億美元，同比增長接近10%。國外的傳感器的主要供應(yīng)商有霍尼韋爾、意法、飛思卡爾等：國內(nèi)的著名的供應(yīng)商有科陸電子、華工科技、航天機電、歌爾聲帶等。相較于發(fā)達(dá)國家而言，我國傳感器技術(shù)起步較晚，發(fā)展時間較短，在傳感器技術(shù)的研究中還存在著一些未解決的難題。我國傳感器始于20世紀(jì)80年代，研究主要集中在專業(yè)研究所和大學(xué)。與國外先進(jìn)技術(shù)相比，我們還有較大差距，主要表現(xiàn)在：先進(jìn)的計算、模擬和設(shè)計方法經(jīng)驗不足;缺乏先進(jìn)的微機械加工技術(shù)與設(shè)備;沒有先進(jìn)的封裝技術(shù)與設(shè)備;欠缺可靠性技術(shù)研究等方面。因此，必須加強相關(guān)技術(shù)研究以提高行業(yè)整體水平。為了使傳感器技術(shù)得到更好的開發(fā)和利用，進(jìn)一步提高傳感器的精確程度，還需要技術(shù)人員對傳感器技術(shù)的繼續(xù)研究探索。

二、傳感器技術(shù)在機電一體化中的具體應(yīng)用

（一）傳感器技術(shù)在機械加工監(jiān)測中的應(yīng)用

在機械加工工作中，不僅要保證工作的效率還要保證工作的質(zhì)量，所以加工的各個環(huán)節(jié)的質(zhì)量檢測是必不可少的。在機械加工中，傳感器技術(shù)可以檢測、控制機械設(shè)備的切割力度，而且能夠在加工過程中對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)測，并對反應(yīng)回的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對機械加工設(shè)備的運行情況進(jìn)行一定的掌握，同時通過傳感器技術(shù)的應(yīng)用，還能夠控制機械加工機床的溫度、驅(qū)動系統(tǒng)和保證機械加工系統(tǒng)運行的安全性。工件識別的重要環(huán)節(jié)是甄別將送進(jìn)機床的毛坯件是否符合質(zhì)量加工的要求，將質(zhì)量不合格的部件篩選出來，保證加工工件的質(zhì)量。這些工作都能通過傳感系統(tǒng)的開發(fā)完成，比如，激光表面粗糙度傳感系統(tǒng)、CCD及其視覺傳感器等。

（二）傳感器技術(shù)在數(shù)控機床中的應(yīng)用

所謂的“數(shù)控機場”其實就是通過數(shù)控技術(shù)去完成對機床的控制，傳感器技術(shù)在數(shù)控機床領(lǐng)域的運用也是傳感器和機電一體化結(jié)合的典型代表。機電一體化的運用使得數(shù)控機床通過編碼的方式對機床的移動軌跡進(jìn)行控制，實現(xiàn)機床的自動化運轉(zhuǎn)。但是在機床的運轉(zhuǎn)中可能會存在傳動軸傳動過位的情況出現(xiàn)，這對數(shù)控機床的運轉(zhuǎn)會產(chǎn)生一定的影響，不利于數(shù)控機床的高校、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，借助于傳感器系統(tǒng)的運用，能夠更好地保障機床運行過程中的運行精密度，實現(xiàn)對機床部件的運動、溫度和工作的頻率進(jìn)行實時的檢測，如機床運轉(zhuǎn)出現(xiàn)異常，傳感器自動監(jiān)測到信息，并通過智能控制系統(tǒng)對數(shù)控機床的工作進(jìn)行調(diào)整，從而有效提高機床的運作效率和工作質(zhì)量。當(dāng)前，傳感器在數(shù)控機床中得到廣泛應(yīng)用，其中有電流傳感器、紅外傳感器、電壓傳感器等。

（三）傳感器技術(shù)在汽車自動化的應(yīng)用

我國的汽車產(chǎn)業(yè)隨著傳感器技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)入了新的階段。汽車傳感器在整個汽車系統(tǒng)中是控制系統(tǒng)的重要組成部分，同時還是汽車電子技術(shù)領(lǐng)域的核心內(nèi)容。傳感器在汽車中主要運用于汽車的發(fā)動機的地盤控制系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及導(dǎo)航系統(tǒng)等，一輛汽車大概需要幾十個傳感器共同工作，多的甚至能達(dá)到200多個。傳感器系統(tǒng)在汽車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)機電一體化需要將純機械式控制部件換成自動控制系統(tǒng)，從而使得發(fā)動機得到優(yōu)化，汽車的整體性能提高。傳感器技術(shù)在汽車機電一體化帶來的好處主要有降低油耗、減少排氣污染，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的要求，而且能夠相當(dāng)程度的提高汽車的安全性和可靠性。降低汽車的操作難度，為汽車提高舒適水平。在汽車的重點控制系統(tǒng)中，壓力傳感器、曲軸位置傳感器、氣敏傳感器、吸氣及冷卻水溫度傳感器作為機電一體化系統(tǒng)的重要組成部分，都發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

（四）傳感器在機器人領(lǐng)域運用

在機器人行業(yè)中，傳感器技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用，主要集中在監(jiān)測機器人的工作環(huán)境和工作狀態(tài)及一些核心領(lǐng)域。傳感器在工作中能夠檢測到設(shè)置的數(shù)據(jù)，并將這些信息轉(zhuǎn)換成可以輸出的信號或者是裝置。傳感器的應(yīng)用使得機器人不僅能夠使機器人檢測到特定的工作對象，還能模擬出類似于人類的視覺、聽覺、觸覺等方面，安裝傳感器使機器人具備更多的功能，能夠代替人們在某些惡劣的環(huán)境中進(jìn)行工作。傳感器在機器人中的應(yīng)用主要分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器應(yīng)用。內(nèi)在傳感器主要監(jiān)測機器人的內(nèi)部的工作狀態(tài)，主要監(jiān)測角度的傳感器和檢測速度的傳感器;外部傳感器檢測機器人的外部工作的環(huán)境，內(nèi)外的傳感器的協(xié)調(diào)工作使得機器人能夠識別工作對象，使機器人具備更多的功能。

三、我國傳感器技術(shù)的發(fā)展方向

傳感器技術(shù)是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是機電一體化系統(tǒng)不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)之一，其水平高低在很大程度上影響和決定著系統(tǒng)的功能，其水平越高，系統(tǒng)的自動化程度就越高。在一套完整的機電一體化系統(tǒng)中，如果不能利用傳感檢測技術(shù)對被控對象的各項參數(shù)進(jìn)行及時準(zhǔn)確地檢測出并轉(zhuǎn)換成易于傳送和處理的信號，所需要的用于系統(tǒng)控制的信息就無法獲得，進(jìn)而使整個系統(tǒng)就無法正常有效的工作。至今為止傳感器經(jīng)歷了四代的發(fā)展，由最初的一代只能將信號處理成電路與傳感器設(shè)計在一起，輸出4～20mA電流或0～5V電壓，到如今的第四代的MEMS技術(shù)、低能耗的模擬和數(shù)字電路技術(shù)、低能耗的無線射頻技術(shù)，傳感器技術(shù)的發(fā)展使得開發(fā)小體積、低成本、低能耗的微傳感器成為可能，包含敏感組件，計算模塊、無線電收發(fā)模塊、電源模塊等。傳感器技術(shù)直接的影響著機電一體化系統(tǒng)的功能，完備的機電一體化系統(tǒng)一定具有傳感器功能，對系統(tǒng)運行的數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行分析、監(jiān)測，并將監(jiān)測到的信息轉(zhuǎn)化成容易處理的信號，進(jìn)而了解控制整個系統(tǒng)的運行。當(dāng)前，我國的傳感器技術(shù)和發(fā)達(dá)國家還有一定的差距，所以在未來的發(fā)展中，我們要重視傳感器技術(shù)的發(fā)展，積極引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備、學(xué)習(xí)先進(jìn)的技術(shù)，拉近我們和發(fā)達(dá)國家的傳感器的技術(shù)水平，今后傳感技術(shù)方向主要可以從以下方面入手：提高傳感器的抗干擾能力;傳感器的發(fā)展向高、精、微方向發(fā)展;提升傳感器的可靠性和準(zhǔn)確性。

加速開發(fā)新型敏感材料，通過微電子、光電子、生物化學(xué)、信息處理等各種學(xué)科，各種新技術(shù)的互相滲透和綜合利用，可望研制出一批基于新型敏感材料的先進(jìn)傳感器。向高精度發(fā)展，研制出靈敏度高、精確度高、響應(yīng)速度快、互換性好的新型傳感器以確保生產(chǎn)自動化的可靠性。向微型化發(fā)展，通過發(fā)展新的材料及加工技術(shù)實現(xiàn)傳感器微型化將是近十年研究的熱點。向微功耗及無源化發(fā)展，傳感器一般都是非電量向電量的轉(zhuǎn)化，工作時離不開電源，開發(fā)微功耗的傳感器及無源傳感器是必然的發(fā)展方向。向智能化數(shù)字化發(fā)展，隨著現(xiàn)代化的發(fā)展，傳感器的功能已完全不同于傳統(tǒng)的功能，輸出不再是一個單一的模擬信號如0-10mV等，而是經(jīng)過微電腦智能處理后的數(shù)字信號，是帶有控制功能的智能傳感器。

結(jié)語

機電一體化系統(tǒng)的設(shè)計，就是根據(jù)功能要求選擇了各部分后所進(jìn)行的傳感器應(yīng)用設(shè)計。傳感器的好與壞直接影響到機電一體化系統(tǒng)的控制性能以及系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性，傳感器技術(shù)是機電一體化系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳感器技術(shù)在我國的機電一體化領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，但是新型傳感器技術(shù)在未來還有很大的發(fā)展空間，非常值得推廣應(yīng)用到更廣闊的領(lǐng)域。這就需要在未來科學(xué)技術(shù)的發(fā)展中增強對傳感器技術(shù)的研究，并不斷發(fā)展、創(chuàng)新。未來傳感技術(shù)將會無所不在，有力促進(jìn)我國機電一體化的發(fā)展水平，推動我國科技進(jìn)步。