傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

金廣平

[摘? ? 要]在當(dāng)下研發(fā)的傳感器而言，是一種對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行針對(duì)性處理的技術(shù)手段，可以很好地對(duì)采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行高效率的分析、傳輸，以此將其信息轉(zhuǎn)變成信號(hào)進(jìn)行傳輸。特別是在當(dāng)下的機(jī)電領(lǐng)域中，有著十分重要的作用，可以充分的保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

[關(guān)鍵詞]傳感器技術(shù);機(jī)電一體化系統(tǒng);應(yīng)用

[中圖分類號(hào)]TP212;TH-39 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）10–0–02

Research on Application of Sensor Technology in Mechatronics System

Jin Guang-ping

[Abstract]For the sensors developed today， it is a technical means for targeted processing of data， which can analyze and transmit the collected data and information efficiently， so as to convert the information into signals for processing. transmission. Especially in the current electromechanical field， it plays a very important role and can fully guarantee the stable operation of the system.

[Keywords]sensor technology; mechatronics system; application

早在1980年，傳感器技術(shù)就得到了充分發(fā)展，各行各業(yè)都對(duì)于傳感器技術(shù)進(jìn)行了充分使用。目前，傳感器市場(chǎng)規(guī)模已經(jīng)超過了兩百億美元，世界傳感器銷售增長率超過了80 %;傳感器的種類也在兩萬種以上，傳感器在機(jī)械制造業(yè)、農(nóng)業(yè)機(jī)車行業(yè)，以及煤礦行業(yè)等各個(gè)行業(yè)中都進(jìn)行了廣泛應(yīng)用。

1 傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前，傳感器已廣泛應(yīng)用于各行業(yè)，并經(jīng)常對(duì)整個(gè)社會(huì)起到關(guān)鍵性的推動(dòng)作用。在各行業(yè)的發(fā)展中，傳感器可以很好地應(yīng)用于機(jī)電自動(dòng)化控制的檢測(cè)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)機(jī)電工程一體化的發(fā)展目標(biāo)。因此，它們已成為該領(lǐng)域非常重要的機(jī)械設(shè)備之一。目前，在傳感器的長期實(shí)踐中，隨著技術(shù)能力的提高，系統(tǒng)能夠自我調(diào)節(jié)和控制，推動(dòng)了機(jī)電一體化的發(fā)展進(jìn)程。同時(shí)，傳感器也呈現(xiàn)出一定的高靈敏和低成本趨勢(shì)。集成化是指既包含技術(shù)的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與組合，又包含生產(chǎn)過程中同時(shí)處理加工、裝配、檢測(cè)、管理等多種工序。首先將系統(tǒng)分為若干層次，再通過軟、硬件將各層次有機(jī)聯(lián)系起來，使其性能最優(yōu)，功能最強(qiáng)。在傳感器的發(fā)展過程中，由于傳感器的發(fā)展促進(jìn)的集成化和智能化，成本也得到了有效控制，推動(dòng)了當(dāng)前傳感器技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和進(jìn)步。例如，該傳感器可應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)或內(nèi)燃機(jī)。當(dāng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)，傳感器可以采集參數(shù)，并將設(shè)備的溫度、內(nèi)壓等數(shù)據(jù)傳輸給控制系統(tǒng)，以便在實(shí)際運(yùn)行過程中充分了解不同部件的實(shí)際運(yùn)行情況，從而控制運(yùn)行效果。在精密設(shè)備上使用傳感器后，大大提高了設(shè)備的整體可控性，并及時(shí)獲取狀態(tài)信息。

2 機(jī)電一體化系統(tǒng)概述

機(jī)電一體化系統(tǒng)主要由傳感器檢測(cè)系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)組成。傳感器檢測(cè)系統(tǒng)包括加速度傳、扭矩、位移、速度、視覺傳感器等。對(duì)于機(jī)械系統(tǒng)，它還包括支撐部件、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)模型等。對(duì)于伺服系統(tǒng)，有檢測(cè)元件、電氣元件、執(zhí)行器等部件。不同的系統(tǒng)有不同的部件或裝置，形成一個(gè)完整的機(jī)電一體化系統(tǒng)，使機(jī)電一體化系統(tǒng)能夠完成物理、生物、化學(xué)等不同領(lǐng)域的信號(hào)檢測(cè)、轉(zhuǎn)換和傳輸。

3 傳感器技術(shù)分類

傳感器技術(shù)是指在機(jī)械生產(chǎn)過程中能夠檢測(cè)、轉(zhuǎn)換和傳輸數(shù)據(jù)的設(shè)備。同時(shí)，它可以根據(jù)相應(yīng)的物理特性將電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，以便更好地檢測(cè)它們。目前，在國內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)過程中，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)中生產(chǎn)的不同材料，傳感器技術(shù)可分為晶體結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)。根據(jù)傳感器設(shè)備的內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換方式，可分為能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型。傳感器技術(shù)檢測(cè)到的不同參數(shù)可分為物理參數(shù)、機(jī)械參數(shù)和熱參數(shù)。

4 傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的意義和作用

隨著我國機(jī)械自動(dòng)化水平的不斷發(fā)展和提高，有必要加強(qiáng)機(jī)電一體化系統(tǒng)在日常工作中的應(yīng)用，其中傳感器技術(shù)起著重要的作用。將傳感器技術(shù)應(yīng)用到機(jī)電一體化系統(tǒng)中，通過傳感器技術(shù)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步促進(jìn)自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)行，大大提高國內(nèi)機(jī)械化生產(chǎn)的效率和水平。同時(shí)，當(dāng)機(jī)電一體化系統(tǒng)獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)時(shí)，也為今后的正常高效運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

檢測(cè)部分是機(jī)電一體化系統(tǒng)中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，包括監(jiān)測(cè)和獲取監(jiān)測(cè)對(duì)象的相關(guān)數(shù)據(jù)。它還可能對(duì)各種部件的數(shù)據(jù)輸入產(chǎn)生重要影響，如機(jī)械部件中的速度、強(qiáng)度和壓力。機(jī)電一體化系統(tǒng)中的檢測(cè)模塊由傳感器技術(shù)和測(cè)量電路組成，可以反映出傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中發(fā)揮著極其重要的作用。它也是機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心部分，對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的正常高效運(yùn)行有著重要的影響。

5 傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用

5.1 傳感器技術(shù)在交通運(yùn)輸行業(yè)的應(yīng)用

為了交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，傳感器主要應(yīng)用于汽車領(lǐng)域。目前，我國人民的物質(zhì)生活水平有了很大提高，汽車逐漸成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚慕煌üぞ?。越來越多的家庭擁有汽車，這提升了汽車的整體市場(chǎng)規(guī)模和份額。單純依靠傳統(tǒng)勞動(dòng)力已不能適應(yīng)當(dāng)前汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。在傳感器技術(shù)的應(yīng)用過程中，實(shí)現(xiàn)機(jī)電自動(dòng)控制與汽車制造技術(shù)的集成是一種有效地技術(shù)途徑，使壓力、氣體傳感器、紅外線傳感器、吸力傳感器等傳感器類型可以在操作過程中使用，從而有效地保證了傳感器的使用，發(fā)揮應(yīng)用的效果和價(jià)值。同時(shí)，傳感器技術(shù)也可以應(yīng)用到目前的高速公路上。例如，壓力傳感器可以安裝在高速公路收費(fèi)口上。當(dāng)車輛通過該區(qū)域時(shí)，壓力傳感器可用于收集實(shí)際壓力等級(jí)的信息和數(shù)據(jù)，從而充分監(jiān)控車輛的負(fù)載，確保公路的整體安全。

我國科學(xué)技術(shù)的持續(xù)成長，使得汽車行業(yè)逐漸朝著無人駕駛汽車的方向成長。而部分的大型汽車生產(chǎn)廠家也開始逐漸推出無人駕駛系統(tǒng)，而經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)，無人駕駛系統(tǒng)在各方面依然有著較大的成長空間，例如：安全系數(shù)、汽車的敏感程度等。無人駕駛系統(tǒng)在人流密集程度較大的地方并不會(huì)有著太多的運(yùn)用空間。將傳感器技術(shù)與無人駕駛汽車進(jìn)行融合，不僅能夠使得無人駕駛系統(tǒng)變得更加符合人們的需求，同樣也在朝著智能化的方向成長。傳感器技術(shù)在汽車生產(chǎn)以及駕駛當(dāng)中都起到了至關(guān)重要的作用，能夠確保人們的行車安全。而傳感器技術(shù)在汽車的制動(dòng)系統(tǒng)、防抱死系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及自動(dòng)變速系統(tǒng)等方面有著大量的運(yùn)用，對(duì)于汽車在行駛過程中的安全性有著較高的保障。

5.2 在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

我國自古以來就是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，特別重視農(nóng)業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。對(duì)于傳感器來說，它是一種非常有效地技術(shù)手段，可以為人們收集各種信息和數(shù)據(jù)。因此，在當(dāng)前農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展中，傳感器已成為一種廣泛應(yīng)用的自動(dòng)化設(shè)備。在具體應(yīng)用過程中，它可以幫助農(nóng)民在種植過程中利用遙感技術(shù)將傳感器設(shè)備投入農(nóng)田，使其能夠很好地利用傳感器采集種植區(qū)域的土壤濕度、溫度、硬度等信息，以便對(duì)土壤進(jìn)行實(shí)時(shí)全面檢測(cè)。同時(shí)，它還可以檢測(cè)實(shí)際傳感器測(cè)量過程中的一些有機(jī)物和光強(qiáng)。與傳統(tǒng)種植方式相比，在種植過程中能很好地提高種植效率，并能根據(jù)實(shí)際種植情況有針對(duì)性地調(diào)整種植方案。此外，傳感器還可以在一些自然災(zāi)害的預(yù)防和控制中發(fā)揮非常重要的作用。

5.3 在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

在技術(shù)進(jìn)步的背景下，大量的工業(yè)機(jī)器人都被應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。工業(yè)機(jī)器人可以有效地代替一部分人工的操作，并且克服生產(chǎn)過程中的惡劣環(huán)境，從而降低工業(yè)生產(chǎn)的成本，提升工業(yè)的加工效率和質(zhì)量。同時(shí)，工業(yè)機(jī)器人能夠解決工人在工作過程中存在的疲勞問題，減少因?yàn)槿藶橐蛩厮鶎?dǎo)致的誤差率，保證工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。而為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的這些功能，就需要利用傳感器讓工業(yè)機(jī)器人能對(duì)周圍的情況、零部件的加工狀態(tài)做出感知，自動(dòng)地對(duì)零部件加工的位置、加工工藝做出微調(diào)，保證機(jī)器人工作的效率和有效性。所以，傳感器就是機(jī)器人的感官系統(tǒng)，可以有效識(shí)別周邊的情況，機(jī)器人會(huì)利用傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行自主調(diào)整，技術(shù)人員也能在工業(yè)生產(chǎn)的過程中監(jiān)控機(jī)器人的狀態(tài)，并且結(jié)合實(shí)際工作需要做好調(diào)整。

5.4 機(jī)器人制造的應(yīng)用

在當(dāng)前傳感器技術(shù)的研究中，它可以在機(jī)器人的制造中發(fā)揮重要的價(jià)值。例如，在信息采集和分析過程中，傳感器一直是非常重要的機(jī)械設(shè)備。在應(yīng)用過程中，傳感器可以通過反饋的數(shù)據(jù)得到的一些物理信息，從而進(jìn)一步促進(jìn)了機(jī)器人信息處理能力的提高。同時(shí)，在當(dāng)前傳感器技術(shù)的應(yīng)用中，機(jī)器人具有進(jìn)一步的內(nèi)容控制，因此機(jī)器人可以改善其對(duì)外部環(huán)境的整體感知。在對(duì)傳感器進(jìn)行外部控制的過程中，還可以使其機(jī)器人獲得更多的外部信息內(nèi)容，并對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合采集和處理，最大限度地滿足信息處理的需要。使機(jī)器人在操作過程中對(duì)外部環(huán)境具有有針對(duì)性的信息識(shí)別能力，從而滿足機(jī)器人的操作目標(biāo)和效果。

5.5 環(huán)境試驗(yàn)中的應(yīng)用

在許多行業(yè)的發(fā)展中，如在煤礦行業(yè)的發(fā)展中，往往需要確保對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行綜合治理，以避免在施工過程中受到環(huán)境的影響。因此，在對(duì)其環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)的過程中，傳感器是一種非常重要的信息采集設(shè)備。在使用過程中，可以在現(xiàn)有的煤礦機(jī)電自動(dòng)化系統(tǒng)中很好地安裝一些傳感器，使系統(tǒng)在運(yùn)行過程中能夠?qū)崿F(xiàn)自我檢測(cè)和分析，以便在出現(xiàn)某些故障信息時(shí)及時(shí)處理和報(bào)警，從而保證機(jī)電自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。另外，當(dāng)井下環(huán)境比較復(fù)雜時(shí)，一旦環(huán)境發(fā)生變化，這些信息數(shù)據(jù)可以及時(shí)分析處理，傳感器可以及時(shí)分析傳輸。這樣，相關(guān)人員在收到信息后，可以進(jìn)行有針對(duì)性的分析和處理，從而確保整個(gè)作業(yè)的安全。在一些機(jī)械化設(shè)備的故障過程中，傳感器還可以作為一種重要的機(jī)械設(shè)備信息采集能力，最大限度地滿足故障處理和分析的功能要求。與傳統(tǒng)機(jī)電自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)相比，有效提高員工的工作效率。

6 傳感器技術(shù)的未來發(fā)展方向

雖然我國傳感器技術(shù)發(fā)展十分迅速，但仍然存在很多問題等待科研人員去解決。傳感器材料是傳感器技術(shù)創(chuàng)新的一大重點(diǎn)，目前主要的發(fā)展目標(biāo)努力與電子光學(xué)、生物科學(xué)、電子信息等學(xué)科相結(jié)合，開發(fā)出更敏感、更輕巧、更穩(wěn)定以及信號(hào)傳輸更快的傳感器材料。很多領(lǐng)域上應(yīng)用傳感器的地方都是人煙稀少的地方，人們經(jīng)常忽略對(duì)其的維護(hù)管理，電力傳輸成為一個(gè)難點(diǎn)，如果專門為傳感器設(shè)計(jì)一套支持電路，會(huì)產(chǎn)生極大的資源浪費(fèi)，因此傳感器材料是未來研究的重點(diǎn)課題。另一個(gè)發(fā)展方向?yàn)閭鞲衅骷苫投喙δ芑讯喾N不同功能的傳感器集成一體，創(chuàng)新成為一種新型的可以同時(shí)檢測(cè)多種信息的傳感器;或者把傳感器與多功能電路集成一體，使其具有多種探測(cè)功能。

7 結(jié)束語

傳感器技術(shù)作為信息技術(shù)的三大支柱之一，可以衡量一個(gè)國家的信息化程度。傳感器技術(shù)在各行業(yè)機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用，是推動(dòng)社會(huì)信息化發(fā)展的重要嘗試。同時(shí)，機(jī)電一體化系統(tǒng)的不斷發(fā)展代表著我國機(jī)械化的程度，對(duì)社會(huì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、轉(zhuǎn)型和升級(jí)具有重要意義。目前，傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用，有效地促進(jìn)了機(jī)電一體化系統(tǒng)的智能化、小型化和高精化發(fā)展。在未來機(jī)電一體化系統(tǒng)的研究中，有必要更好地實(shí)現(xiàn)傳感器技術(shù)的深入研究，實(shí)現(xiàn)傳感器技術(shù)與機(jī)電一體化技術(shù)的有機(jī)融合和發(fā)展。

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