傳感器與檢測技術在機電一體化系統中的有效應用

【摘 要】機電一體化是新時代科技的產物，已經廣泛應用在各個領域，對于經濟的發展具有重要意義。傳感器和檢測技術在機電一體化中占有重要的地位，本文介紹了傳感器與檢測技術的基本概念。通過對傳感器與檢測技術在機電一體化系統中的應用，介紹了其在機電一體化系統中的自動控制和自動調節作用，此外，還對機電一體化系統中的一些常見傳感器功能、種類進行了簡要的說明，指明了其未來的發展方向和應用研究領域。

【關鍵詞】機電一體化系統；傳感器；檢測技術；自動控制

傳感器作為機電系統中的一種重要器件和裝置，能夠完成對規定信息的檢測，同時，將檢測到信息轉換成一種可用的信號進行輸出。傳感器主要是為控制系統提供正常運行所需要的信息，對系統自身的作業狀態和控制對象與環境的狀態進行檢測。伴隨著現代技術的不斷發展，傳感器發揮著越來越重要的作用，尤其是傳感器與檢測技術在機電一體化系統中的應用，為機械智能化提供了一種新的研究方向。

1.傳感器和機電一體化的介紹及其聯系

傳感器技術在機電一體化系統中占有重要地位，是機電一體化系統的重要組成部分，傳感器技術的高低水平，對于機電一體化系統的整體技術水平具有重要的影響，傳感器技術越先進，機電一體化的水平就越高。

傳感器在機電一體化系統中的作用好似人體的感覺器官，傳感器發明的靈感就來源于人體的視覺、嗅覺等五個器官獲取信息的作用，作為一種新型的技術，傳感器能夠將外界環境給予的刺激信號轉換為可以讀取的可用信號，然后將其傳遞給系統進行分析。傳感器的定義包含三個方面，分別是能夠進行檢測任務的測量裝置，將需要被測量的物理量、化學量和生物量作為輸入量和輸出物理量，其中輸出的物理量可以是光，也可以是氣，但是，最主要的是電量。

傳感器的種類多種多樣，因此在實際應用中具有多種分類，但是，由于目前的物理量能夠通過不同的測量原理進行測量，導致無法對傳感器進行統一的分類。因此，既可以根據工作原理進行分類，也可以根據輸出信號的性質進行分類，還可以通過傳感器的作用對其進行分類，這三種分類是比較常見的分類方法。在選擇所需的傳感器時，要綜合考慮各種影響因素，只有選擇合適的傳感器，才能保證測量結果的正確性。

2.傳感器與檢測技術在機電一體化系統中的應用

傳感器作為機電一體化系統的最重要技術之一，已經在各種自動化產品中得到了廣泛的應用。

2.1傳感器在溫度測量中的應用

測量方法可以分為接觸式和非接觸式兩個大類。當傳感器與被測對象相互接觸時，兩者之間能夠發生熱傳遞，當傳感器的感溫器件與被測物體的溫度達到一致時，傳感器顯示的溫度即為被測物體的溫度，這種測量方法即為接觸式，該方法具有操作簡便，結果精確度高的特點，經濟實惠，但是缺點也非常明顯，在溫度達到一致的過程中，需要一定的等待時間，同時，傳感器的熱敏元件會吸收一部分所測物體的熱量，若所測物體的溫度過高，或者具有腐蝕性和毒，很容易造成元件的損壞，因此，應用有一定的限制；還有一種是根據物體的熱輻射性質進行測量，物體輻射的電磁波能量大小與物體本身的溫度具有特定的關系，因此，通過特殊的檢測裝置對這些電磁波信號進行接收和分析，然后將接收到的信號轉換成溫度的表現形式，就可以實現物體的非接觸式測量。這種測量方法避免了接觸式測量產生的測溫滯后問題，而且擁有更大的測量范圍，消除了應用限制，而且不會影響被測物體的溫度場，但是，這種測量方法測量時較為繁瑣，同時測得的結果不夠準確。

2.2傳感器在壓力測定中的應用和在流量測量中的應用

壓力測量在工業上是比較常見的一種數據測量，對于工業生產具有重要作用，因此，測量壓力的傳感器種類很多：利用水銀或者水作為測量液的U型管和單管壓力計，在低壓或者負壓時常用這種簡便的傳感器；還有一種是根據彈性形變原理的彈性式壓力表，其中的壓力測定傳感器的測量基礎是波紋管、彈簧管和膜片等具有硬性變形的材料，這種傳感器在低壓和微壓時具有很好測量特性。

流量的測量具有很多方法，一種是速度式的流量傳感器，它能夠根據流過已知截面的流體速度進行測量，然后將這種速度轉換成對應的溫度信息，這類傳感器有很多，像轉子傳感器、電磁波傳感器和渦旋傳感器等。另外一種是容積式流量傳感器，它的測量原理是測量單位時間內已知容積的容室排出流體的次數，然后對瞬時流量和總的流量進行測量，這類傳感器通常指刮板和旋轉活塞式。還有一種是質量式的流量傳感器，包含量熱式、角動量式等5種傳感器。

2.3機械加工過程的傳感檢測技術

首先，切削過程和機床運行過程中的傳感技術應用。在進行切削時，傳感器主要是用來提高切削的速度，減少制造成本，以及檢測金屬材料的切割。傳感器通過對切削過程中的力、振動、聲音發射和電機的功率等進行檢測，來辨識切削過程中切削力和振動的變化情況。當機床運行時，傳感器的主要作用是對驅動系統、軸承和回轉系統、溫度的監測和控制以及安全性進行檢測，檢測結果中包含了機床發生故障時停留的時間，加工工件的粗糙程度，同時還能夠得到加工過程中的加工精度和準確度，以及潤滑液的使用量和機床的運行狀況等。

其次，工件加工過程中的傳感。傳感器的早期應用是監視工件的加工過程，這也是傳感器最廣泛的應用，然而，早期的傳感器由于技術的限制，只能起到對質量的監控作用，直到20世紀80年代，才開始應用到工件的識別和安裝位置上。主要用來檢測工件的加工過程是否達到了規定的工件加工標準程序，也就是被加工的工件是否滿足生產要求以及工件的安裝位置是否在規定的安裝位置。目前，由于傳感器技術的限制，還無法很好的完成這些工作，因此，我們還需要進行更加深入的研究，完善傳感器的識別和檢測功能。

最后是砂輪的檢測和傳感。材料的切割過程主要是切割和磨削。砂輪的磨損程度對于切削的質量和精度具有重要的影響，當磨損過大時，很難保證切削過程中的精度和質量，破壞元件表面的完整性，這就是砂輪失效現象。導致這種情況出現的主要因素是沒有對機床出現的故障進行及時的處理，嚴重時甚至出現危險事故，威脅到員工的人身安全和企業的財產安全，而機床故障的檢測就是由傳感器完成的。

2.4傳感器在工業機器人中的應用

工業機器人通過各種傳感器對自身、操作對象和作業環境進行感知，進行準確的操作，其中，內部傳感器能夠獲得自身的狀態信息，外部傳感器則可以實現對操作對象和外部環境的感知，這對于工業機器人的操作是一個非常重要的過程。

在機器人的各個關節上安裝微動開關、電渦流、和光電開關等傳感器，能夠對機器人的零位和極限位置進行檢測，零位能夠幫助機器人進行重復定位，保證操作的精度和軌跡的精度，而極限位置的檢測則可以對機器人起到保護作用，保證機器人的動作在安全范圍內。

位移傳感器通常也安裝在機器人的每個關節上，然后將檢測到的位移信息轉換成位置控制信息，實現對機器人的位移控制。加速度和速度傳感器對機器人的速度和加速度進行控制。而安裝在機器人手腕和手抓部位的觸覺傳感器，則通過觸覺得到操作對象的位置，然后根據得到的位置信息對手抓位置進行調整，使之更加準確的抓住操作對象。

3.總結

總之，無論是廣闊的宇宙太空和海洋，還是基礎科學，各種各樣的傳感器和檢測技術在各個方面發揮著重要的作用。但是，雖然我國傳感器技術的研發和傳感檢測技術的應用取得了一些成績，然而，同國外的先進技術相比，仍然存在著巨大的差距，因此，我們要對研究方法和設備做出更多的提高，從而增強傳感器和檢測技術的整體運用。

【參考文獻】

[1]展茂東，鄭渭穎，署趙濱等.淺談傳感器與檢測技術在機電一體化系統中的應用[J].中國新通信，2013，（18）：68-68.

[2]黃少敏.關于機電傳感檢測技術的探討[J].中國高新技術企業（中旬），2013，（6）：62-63.

[3]呂瑩.傳感器在機電一體化系統中的應用[J].青春歲月，2012，（14）：389-389.

[4]徐千程.機電傳感檢測技術分析[J].中國房地產業，2011，（5）：357-357.