傳感器技術(shù)在機(jī)電自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

陳俊霖

摘 要：在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，要用各種傳感器來(lái)監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。將不同類(lèi)型的傳感器應(yīng)用到機(jī)電自動(dòng)化控制中，對(duì)于節(jié)約人力、提升生產(chǎn)效率、改善生產(chǎn)安全具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義?；诖?，本文重點(diǎn)闡述傳感器技術(shù)在機(jī)電自動(dòng)化控制中的應(yīng)用，并對(duì)傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：傳感器技術(shù);機(jī)電自動(dòng)化控制;檢測(cè)技術(shù)

Abstract： In modern industrial production， especially in the process of automatic production， various sensors should be used to monitor and control various parameters in the production process， so that the equipment can work in a normal or optimal state， and the product can achieve the best quality. The application of different types of sensors in electromechanical automation control has very important practical significance for saving manpower， improving production efficiency and improving production safety. Based on this， this paper focused on the application of sensor technology in electromechanical automation control， and prospected the development trend of sensor technology.

Keywords： sensor technology; electromechanical automation control; detection technology

傳感器技術(shù)作為一種新型的智能化技術(shù)，通過(guò)對(duì)外界環(huán)境的感知，將獲取到的參數(shù)信息快速傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)在完成數(shù)據(jù)分析之后，執(zhí)行相應(yīng)的指令，從而完成智能操作。在機(jī)電自動(dòng)化控制中，傳感器技術(shù)的應(yīng)用更多地體現(xiàn)在對(duì)數(shù)據(jù)信息的收集方面，通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)化，為系統(tǒng)的運(yùn)行提供相應(yīng)的支持[1]。因此，傳感器技術(shù)對(duì)在機(jī)電自動(dòng)化控制中的應(yīng)用研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 傳感器技術(shù)概述

作為一項(xiàng)先進(jìn)的電子工程技術(shù)，傳感器技術(shù)目前分為三代：第一代為結(jié)構(gòu)型傳感器，這種傳感器通過(guò)結(jié)構(gòu)參量的變化完成對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)的感知和轉(zhuǎn)變;第二代為固體傳感器，這種傳感器的固體元件主要包括半導(dǎo)體、電介質(zhì)以及磁性材料等，在傳感器的設(shè)計(jì)制作過(guò)程中，充分利用了材料自身的特性;第三代為智能傳感器，這種傳感器應(yīng)用的是最新的技術(shù)，因此本身就具備檢測(cè)、診斷及處理外界信號(hào)的能力，適應(yīng)能力更強(qiáng)，因此也是當(dāng)前各個(gè)企業(yè)比較青睞的一種傳感器（如圖1所示）。智能傳感器充分利用了微型計(jì)算機(jī)技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)的感知更加靈敏，反應(yīng)速度更快，工作效率更高。

傳感器技術(shù)在機(jī)電自動(dòng)化控制中的運(yùn)用，可以實(shí)現(xiàn)測(cè)試的自動(dòng)化和控制的自動(dòng)化，例如，在具體的測(cè)試系統(tǒng)中，可以充分利用傳感器收集到的數(shù)據(jù)信息，對(duì)周邊的環(huán)境進(jìn)行感知。這對(duì)于改善生產(chǎn)、提升數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和可靠性具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前，隨著傳感器技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用，世界范圍內(nèi)的傳感器生產(chǎn)商不斷增加，我國(guó)對(duì)傳感器的研究力度也不斷加大，這預(yù)示著傳感器技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域及其他領(lǐng)域?qū)?huì)發(fā)揮出更大的作用。

2 機(jī)電自動(dòng)化控制中傳感器技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和作用

傳感器的本質(zhì)在于能夠按照一定的規(guī)則，將測(cè)量收集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)值類(lèi)型（如圖2所示）。將該技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)工程中，能提升工作的精度和效率。傳感器可以看作是人類(lèi)感覺(jué)器官的延伸，管理人員能夠充分發(fā)揮該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)生產(chǎn)環(huán)境以及生產(chǎn)情況進(jìn)行感知[2]。在工程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，應(yīng)用傳感器可以及時(shí)對(duì)工作環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換之后，可以傳輸?shù)较鄳?yīng)系統(tǒng)中，從而保證設(shè)備正常運(yùn)行。

在新技術(shù)的推動(dòng)下，世界范圍內(nèi)的工業(yè)生產(chǎn)水平不斷提升，人們對(duì)傳感器的靈敏度和數(shù)據(jù)收集效率提出了更高的要求。在市場(chǎng)作用的推動(dòng)下，也加快了傳感器技術(shù)的研究進(jìn)程，深層次的傳感器技術(shù)將會(huì)引領(lǐng)工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)入新的階段。當(dāng)前，傳感器技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，且傳感器技術(shù)在持續(xù)進(jìn)步，集成化程度越來(lái)越高。集成化傳感器不但具有體積小和重量輕的優(yōu)勢(shì)，穩(wěn)定性也得到了顯著提升，促使自動(dòng)化控制系統(tǒng)獲得更強(qiáng)大的技術(shù)支撐。

此外，傳感器技術(shù)的應(yīng)用可以降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。在傳統(tǒng)生產(chǎn)模式中，必須經(jīng)過(guò)人工生產(chǎn)的環(huán)節(jié)，如今可以充分利用傳感器和機(jī)械設(shè)備替代惡劣工作環(huán)境下的人工生產(chǎn)[3]。在機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，傳感器的作用是通過(guò)及時(shí)獲取數(shù)據(jù)信息來(lái)保證系統(tǒng)信息的穩(wěn)定性，提升系統(tǒng)運(yùn)行的抗干擾能力。

3 傳感器技術(shù)在機(jī)電自動(dòng)化控制中的實(shí)際運(yùn)用

傳感器技術(shù)在機(jī)電自動(dòng)化控制中的實(shí)際運(yùn)用體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，傳感器技術(shù)在機(jī)械工程方面的應(yīng)用;第二，傳感器技術(shù)在機(jī)器人方面的應(yīng)用;第三，傳感器技術(shù)在技術(shù)監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用;第四，傳感器技術(shù)在汽車(chē)自動(dòng)化控制方面的應(yīng)用;第五，傳感器技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。

3.1 傳感器技術(shù)在機(jī)械工程制造方面的應(yīng)用

在機(jī)械制造工程中，隨著市場(chǎng)的發(fā)展，機(jī)械制造的加工精度成為人們關(guān)注的重要內(nèi)容，生產(chǎn)精度和生產(chǎn)質(zhì)量在很大程度上已經(jīng)成為衡量企業(yè)生產(chǎn)水平的重要的指標(biāo)。

以基礎(chǔ)的企業(yè)生產(chǎn)為例，在工件加工過(guò)程中，通過(guò)對(duì)基點(diǎn)的控制來(lái)把握工件的生產(chǎn)精度，這就需要使用相應(yīng)的接觸點(diǎn)傳感器，充分利用傳感器收集到的信息數(shù)據(jù)。傳感器在機(jī)械制造中的應(yīng)用，有利于改善加工精度，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3.2 傳感器技術(shù)在機(jī)器人方面的應(yīng)用

在人工智能快速發(fā)展的今天，機(jī)器人取代人工生產(chǎn)已經(jīng)成為重要的發(fā)展趨勢(shì)。機(jī)器人最大特征就是智能化，能夠?qū)κ占降臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，并快速完成相應(yīng)的指令。在機(jī)器人設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)合理應(yīng)用傳感器技術(shù)，可以完成內(nèi)外部感知工作，做好系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)工作，確保機(jī)器人能按照人們的管理意愿完成相應(yīng)的工作。

外部傳感器的使用，能保證機(jī)器人對(duì)外部環(huán)境的有效識(shí)別，通過(guò)及時(shí)獲取外界的不安全信息，保證生產(chǎn)的安全性，通過(guò)及時(shí)采取干預(yù)指令和措施，避免技術(shù)施工出現(xiàn)錯(cuò)誤[4]。外部傳感器獲取到的參數(shù)信息能及時(shí)反饋給控制系統(tǒng)，管理人員通過(guò)分析相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)周邊的環(huán)境進(jìn)行調(diào)整，這對(duì)提升生產(chǎn)的穩(wěn)定性和效率具有重要意義。通過(guò)應(yīng)用內(nèi)部傳感器，可以及時(shí)獲取機(jī)器人工作狀態(tài)。

3.3 傳感器技術(shù)在技術(shù)監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用

傳感器技術(shù)在生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用已較為廣泛。在機(jī)電工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的有效監(jiān)測(cè)，可以第一時(shí)間了解各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的狀況，保障企業(yè)生產(chǎn)高效、安全運(yùn)行。通過(guò)安裝相應(yīng)的傳感器設(shè)備，能保證生產(chǎn)過(guò)程中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。例如，機(jī)電生產(chǎn)過(guò)程中的溫度數(shù)據(jù)、濕度數(shù)據(jù)等都是影響生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率的重要因素，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)相應(yīng)的參數(shù)，可以引導(dǎo)工作人員優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)境，提升設(shè)備的工作效率。

3.4 傳感器技術(shù)在汽車(chē)自動(dòng)化控制方面的應(yīng)用

將傳感器技術(shù)應(yīng)用到汽車(chē)自動(dòng)化控制方面，也可以起到重要作用。當(dāng)前，傳感器的應(yīng)用主要體現(xiàn)在企業(yè)的防滑驅(qū)動(dòng)裝置上，其可以提升汽車(chē)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力。當(dāng)汽車(chē)在復(fù)雜環(huán)境中行駛時(shí)，需要選擇各方面都較優(yōu)的傳感器，例如，較好的傳感器抗壓能力和抗高溫能力等。將傳感器技術(shù)應(yīng)用于其他方面時(shí)，也要考慮利用傳感器收集數(shù)據(jù)的靈敏性，提升自動(dòng)化控制水平。

傳感器技術(shù)在汽車(chē)發(fā)動(dòng)艙裝置中的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造的自動(dòng)化控制，還能有效降低行駛過(guò)程中的振蕩效應(yīng)，提升行駛安全性[5]。傳感器應(yīng)用在汽車(chē)承重方面可以提升檢測(cè)水平，及時(shí)發(fā)現(xiàn)是否存在超載現(xiàn)象，這對(duì)于提升道路安全管理水平，加強(qiáng)交通管理具有重要意義。在汽車(chē)車(chē)身上應(yīng)用具有不同功能的傳感器，一方面可以提升汽車(chē)運(yùn)行的控制水平，另一方面可以增強(qiáng)汽車(chē)運(yùn)行的安全可靠性。需要注意的是，在應(yīng)用傳感器的過(guò)程中，由于汽車(chē)類(lèi)型、功能存在差異，因此，需要對(duì)傳感器的性能進(jìn)行測(cè)試，保證設(shè)備功能正常發(fā)揮。

在汽車(chē)正常行駛過(guò)程中，通過(guò)應(yīng)用智能傳感器技術(shù)，可以對(duì)汽車(chē)的行駛情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且對(duì)駕駛過(guò)程中遇到的問(wèn)題進(jìn)行快速識(shí)別和模擬，根據(jù)實(shí)際情況快速找到問(wèn)題解決辦法。這不僅可以解決控制系統(tǒng)的問(wèn)題，還能有效避免安全事故的出現(xiàn)，保障了汽車(chē)用戶(hù)的安全。

3.5 傳感器技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的擴(kuò)大和農(nóng)業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。農(nóng)民可以有效利用傳感器技術(shù)，采用精密的傳感器檢測(cè)溫度、濕度、有機(jī)土壤含量和光強(qiáng)等環(huán)境因子，從而提高生產(chǎn)效率。此外，傳感器還能在實(shí)際生產(chǎn)中準(zhǔn)確測(cè)量植物的生長(zhǎng)狀態(tài)、形狀和大小，保證植物的質(zhì)量和效益，提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量[6]。另外，傳感器技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)輸過(guò)程中的應(yīng)用也較為廣泛，可以利用其對(duì)貨箱內(nèi)的溫度、濕度等進(jìn)行監(jiān)測(cè)[7]，隨時(shí)調(diào)整運(yùn)輸集裝箱內(nèi)的環(huán)境，保障農(nóng)副產(chǎn)品質(zhì)量。

4 傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

在信息技術(shù)的推動(dòng)下，工業(yè)化的進(jìn)程快速推進(jìn)。合理應(yīng)用傳感器技術(shù)對(duì)于提升工業(yè)發(fā)展水平具有重要意義。當(dāng)前，傳感器的類(lèi)型眾多，在不同領(lǐng)域、不同應(yīng)用場(chǎng)合都具有廣泛應(yīng)用，只有持續(xù)提升傳感器研發(fā)力度[8]，提升傳感器性能和靈敏度，才能更好地滿(mǎn)足人們的需要。就當(dāng)前市場(chǎng)對(duì)傳感器的需求而言，傳感器技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

第一，不斷研發(fā)新的材料，進(jìn)一步提升傳感器自身的適應(yīng)性，進(jìn)而擴(kuò)大傳感器的應(yīng)用范圍，尤其是在惡劣環(huán)境中的應(yīng)用。高新材料對(duì)傳感器技術(shù)功能的發(fā)揮會(huì)起到重要的推動(dòng)作用，將為更靈敏、更精確的傳感器提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

第二，傳感器會(huì)朝著數(shù)字化、智能化和集成化的方向發(fā)展。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，傳感器也被賦予了更多功能，單個(gè)模擬信號(hào)的傳輸，已經(jīng)不能滿(mǎn)足人們多樣化的需求。因此，需要通過(guò)微電腦對(duì)數(shù)字信號(hào)加工處理，拓展傳感器的功能，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。我國(guó)傳感器技術(shù)研究相對(duì)于國(guó)外還有很大差距，為此，在技術(shù)研發(fā)過(guò)程中，需要加強(qiáng)創(chuàng)新，提升資金的扶持力度，加快國(guó)內(nèi)傳感器的研發(fā)進(jìn)程。

5 結(jié)語(yǔ)

傳感器作為機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的重要組成部分，通過(guò)收集生產(chǎn)環(huán)境的數(shù)據(jù)參數(shù)，為管理人員提供具有價(jià)值的數(shù)據(jù)信息，對(duì)提升工作效率、加工精度具有重要意義。隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)在越來(lái)越多的領(lǐng)域中展現(xiàn)出自身優(yōu)勢(shì)。為此，加大對(duì)傳感器的研發(fā)力度，推動(dòng)傳感器技術(shù)的升級(jí)，擴(kuò)大傳感器的使用范圍，必將為我國(guó)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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