試析傳感器技術在機電一體化中的應用

陽志發

（桂林市思奇通信設備有限公司 廣西桂林 541004）

試析傳感器技術在機電一體化中的應用

陽志發

（桂林市思奇通信設備有限公司 廣西桂林 541004）

隨著社會生產力的穩步解放以及科學技術水平的快速提升，在未來的機電發展中，機電一體化可以說是必然的技術結果。而傳感器技術作為機電一體化進程中的一項重要的基礎支撐技術，對于提升機電一體化系統的敏感程度，測控精確度等都有著非常關鍵的促進作用。但是在實際的機電一體化系統傳感器技術應用過程中，很多技術人員與研究部門對于傳感器技術的重要作用認知不足，使得傳感器在機電一體化中的應用常出現問題，無法發揮出百分百的效用。因此，本文旨在通過對傳感器技術在機電一體化中的應用分析，幫助傳感器技術的應用升級，促進我國機電一體化的發展。

傳感器技術；機電一體化；應用

前言

傳感器技術是一項高精度，高敏感的測量輸出技術，是人類感知的一種科技延伸。在目前越來越多的工程建設領域，高新技術領域中傳感器技術都得到了廣泛的應用。而機電一體化作為一項涉足多個技術領域的綜合性技術，機電一體化技術若想要獲得長足的進步以及跨越式的發展就必須加強信息處理，測控，傳感器，機械制造等技術的升級發展。其中傳感器技術在機電一體化中的應用能夠為機電一體化系統的運行提供關鍵的信息，數據化整個運行環境，是機電一體化技術高水平的體現與保證。因此，如何提升傳感器技術在機電一體化中的應用水平，保證傳感器技術的快速進步對于機電一體化的發展有著至關重要的意義。

1 傳感器在機電一體化中的作用

傳感器技術在機電一體化中的作用就相當于機電一體化系統中的感知器官，也就是從待測對象中獲取能反映該對象特征和基礎狀態的反饋信號的設備。一般情況下，一個常見的機電一體化系統結構框圖如圖1，通過結構圖我們能夠進一步進行說明。

圖1

根據上述圖1可以清晰的看到，其中機電一體化結構中的測量模組同時連接了通訊模組和機械機構模組，還與驅動模組處于同一環節內，處于整個機電一體化系統的核心區域。測量模組由傳感器，測量電路等部分組成，涉及采集有關機電一體化系統狀態與行為的信息。上述情況也反映了，傳感器在系統中所處的關鍵位置，它能夠快速，精確地進行外部運行參數的獲取，并在不受嚴酷環境的影響下保證好機電一體化系統的高水準運行。如果在機電一體化系統中，缺乏了傳感器技術的應用，那么機電一體化系統也就喪失了自身對于系統與對象的自動檢測功能，自然也就無法實現系統信息數據處理，控制決策等主要功能。

2 傳感器技術的應用

隨著目前技術手段的進步以及日常生活生產的需求提升，傳感器技術在機電一體化系統中的應用也越來越廣泛，越來越深入。在下文中，我們將針對傳感器技術在一些機電一體化系統中的具體應用進行展開說明：

2.1 機械加工過程的傳感器技術

在機械加工的過程中，有很多的地方需要我們進行檢測這是眾所周知的。這也就造成了傳感器技術在機械加工過程中的全面應用。在這里，傳感器技術在機械加工過程中的應用我們將大致分兩個方面進行說明。①是傳感器技術在機械的切削過程和機床運行過程中的應用。在目前的切削過程中的應用，主要是利用傳感器技術對機械設備切削力的變化狀態進行控制，并通過對這個過程中產生的相關數據的分析來實現系統對于設備運行狀況的記錄，進而才能保證切削過程的高質量進行，最大程度上減少材料的浪費，提升生產效率。傳感器可以對溫度，驅動系統等進行一個有效的檢測，獲得的數據參數能夠在保證系統設備高效率運行的方面提供關鍵的指導性參考。②就是傳感器在工件生產中的應用。工件的生產過程需要完善的監測與管控。因此，傳感器技術在工件生產中的應用是十分必要的。a.傳感器能夠在工件加工之前對加工設備與原始工件進行一個優化篩選，保證加工的正常進行。b.傳感器還能夠自動檢測加工過程中產生的力度，角度，扭矩等參數，使加工條件永遠處于最佳狀態。③傳感器還能在加工結束后對加工完成的工件進行一個合格率的控制。

高精度的傳感器在非線性誤差、重復性誤差、滯后誤差等方面都是很小的。只有當上述的這些誤差在萬分之幾的范圍才能被成為高精度傳感器。計量系統的總誤差計算公式如下：

在選用傳感器時，除了考慮高精度這一因素以外，還要考慮組成同一稱重電子秤的傳感器的靈敏度具有一致性。因為傳感器承受重量時其輸出電壓由下式確定：

式中：S——傳感器的靈敏度，mV/V；

V1——傳感器的電橋工作電壓，V；

P——傳感器的量程，kg；

F——傳感器所承受的壓力或拉力，kg；

U0——傳感器承受壓力為時的輸出電壓，mV。

2.2 汽車行業的傳感器技術

近年來的科學技術水平提升也給汽車制造行業帶來了新一陣的技術改革，越來越多的新型技術在汽車行業中得到運用。汽車的智能化，互聯化，小型化以及電子化也使得汽車對于傳感器的使用要求越來越高。比如在自動變速器，汽車制動抱死系統，驅動防滑系統等利用電子控制的汽車系統與裝置中，都離不開傳感器技術的應用。而且很多輔助性的電子裝置比如安全警報裝置，家庭式娛樂裝置也都采用電子控制的手段，同樣離不開傳感器技術的應用。由于汽車系統對于安全性與操作性的要求極高，因此，汽車的機電一體化要求盡可能的使自動控制系統代替機械式控制，對于整體系統的檢測與控制都需要終端化與集成化，還得遍布全車所有系統。所以，傳感器以其快捷，反饋迅速，處理能力強的特點成為了汽車機電一體化系統優化的關鍵性技術。汽車的日常使用環境極其復雜，常常有很多的突發情況與意外發生。因此，在汽車的所有重點控制系統中，曲軸位置傳感器，壓力傳感器，溫度傳感器等高靈敏度傳感器都不可或缺地得到了使用。這些傳感器能夠實時監測汽車核心控制系統的使用狀況與運行環境，并與發動機的電子控制單元進行信息交互，使得駕駛員與發動機能夠對整車進行精確的控制，起到提高發動機動力，降低損耗的作用。除此之外，傳感器還能提供故障檢測，提醒駕駛員提前做好預備工作（見圖2）。

圖2 傳感技術在汽車中的應用

2.3 數控機床的傳感器應用

數控機床是利用數字信號進行機床運動控制的新型機床，主要采用的是數控技術，具體就是將所有設備的行為指令以程序作為介質輸入數控系統，經過一系列譯碼，運算等操作過程最終發出指令操控設備進行運動。數控機床通過數字化的控制手段能夠使加工出來的物件在形狀，尺寸等各個方面都極具精度，誤差極小。而在數控機床的電機一體化系統中，傳感器技術的主要應用有直線光柵，接近開關，溫度傳感器，電壓傳感器，光電編碼器，速度傳感器，液位傳感器，旋轉變壓器，感應同步器，紅外傳感器，電流傳感器等多種傳感器形式。這些傳感器的使用對于位置，角位移，速度，壓力，溫度等各項數控機床運行中的參數檢測有著非常重要的作用。像在數控機床的運行過程中，就可以使用壓力傳感器對工件夾緊力進行一個檢測，一旦出現夾緊力不夠或者未達到規定值導致工件松動的情況時，傳感器就可以立即做出反饋，觸發警報裝置，發出警報，停止接下去的走刀運行，避免危險情況與故障發生。而像壓力傳感器這種使用范圍較廣的傳感器類型還可以運用在數控機床切削力變化檢測，液壓系統檢測，氣壓系統，潤滑系統等不同的數控機床模塊，使得很多不易被人工發現的問題與難題得到暴露，大大降低了數控機床的故障率，提升了數控機床的整體工作效率。

圖3 數控機床傳感系統組成

3 傳感器技術在機電一體化中的未來發展

傳感器技術是實現機電一體化系統自動控制與自我調節的關鍵性技術，這項技術能夠幫助機電一體化系統在復雜，多變的外部運行環境中維持一個高效的運行水準。如果機電一體化系統缺失了傳感器這項技術的應用，那么也就喪失了對于外部運行環境以及內部運行參數的控制與監管，喪失了系統中一個重要的數據反饋機制，這意味著機電一體化系統就不可能實現信息處理與系統決策的功能，使得機電一體化系統根本無法進行正常的工作。所以，傳感器技術在機電一體化中的應用發展必須以機電一體化系統的發展趨勢為依據，提升傳感器技術的快速，精確，成本低廉等技術參數。同時，傳感器技術的應用還不能脫離整體市場的經濟環境，要能滿足大規模制造，應用并投入實際生產的條件。不過由于我國傳感器技術研發的起步時間較晚，又缺乏統一完善的理論體系，沒有先進的模擬工具，微機械加工技術與相干設備，使得傳感器的未來發展還存在著很多的實際困難。希望我們能夠加強技術研究，開展自我研發，加速開發新型的敏感材料，使得傳感器技術向微型化，高精度等方向發展，為機電一體化系統的發展打下一個堅實的基礎。隨著現代化的發展，傳感器的功能已突破傳統的功能，其輸出不再是一個單一的模擬信號（如0～10mV），而是經過微電腦處理好后的數字信號，有點甚至帶有控制功能。

4 總結

綜上所述，傳感器技術可以說是機電一體化系統得以成立的關鍵性基礎技術，不僅僅保障了機電一體化系統的設備效率，還能促進我國經濟建設的進一步發展。傳感器技術如今已經進入了我們生活中的方方面面，在建筑，交通，醫療，自動化等眾多關鍵性的領域，為我們的生產生活提供了無數的便利與快捷。但是由于我國傳感器技術的發展起步比較晚，在電機一體化系統中的應用又缺乏完善的理論體系，使得傳感器技術的機電一體化應用中存在很多的實際問題。希望通過本文對于傳感器技術在機電一體化中實際應用的分析，能夠提出一些行之有效的參考意見，促進我國傳感器技術在機電一體化系統中的應用升級，為我國的科技進步貢獻一份微薄的力量。

[1]李文悅，劉彬.傳感器技術在機電一體化中的應用[J].黑龍江科技信息，2013（24）：23.

[2]黃永林.傳感器技術在機電一體化的應用研究[J].科技視界，2014（24）：80，361.

[3]張會明.傳感器技術在機電一體化專業中的應用[J].知識經濟，2013（16）：93.

文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2016）18-0244-02

2016-6-5

陽志發（1983-），男，漢族，廣西桂林人，大專，主要從事售前支持與工程建設工作。