傳感器技術在機電一體化系統中的應用與發展

余勇進

摘 要：隨著第二次工業革命的完成，計算機技術發展并成熟，以計算機技術為基礎的機電一體化系統得到迅猛發展。傳感器技術是機電一體化技術的核心，本文介紹了傳感器技術在機電一體化系統中的作用，并對其發展前景進行探討。

關鍵詞：傳感器技術 機電一體化 應用 發展

引言

傳感器技術的發展使機電一體化系統更加智能，推動了機電一體化系統的發展。本文對機電一體化及傳感技術做了詳盡介紹，并對我國機電一體化的發展狀況進行探討，提出了利用傳感技術促進機電一體化發展的方向。

一、傳感器技術

傳感器，顧名思義，是一種檢測機器，即將人們對外界的感知進行傳送的機器。國際電工委員會（IEC：International Electronics Committee）的定義為：“傳感器是測量系統中的一種前置部件，它將輸入變量轉換成可供測量的信號”。 傳感器能利用計算機技術敏感性的特點，獲取被測量物的信息并轉化為電信號或以數據等其它方式輸出。簡單的傳感器即能滿足信息的收集，處理，轉化，輸出，控制等。具體的說，傳感器是指在測試系統中，對某一特定的信息有針對性檢測功能并能將信息數字化輸出滿足人們生產生活需要的元器件或裝置。目前傳感器主要分為兩種：物理傳感器和化學傳感器。物理傳感器是利用物理原理如電磁學，壓電效應等原理進行工作的裝置；化學傳感器是指利用電化學，燃燒化學等原理進行工作的傳感裝置。傳感器的基本要求是敏感性高，數據可靠，性能穩定，簡單易操作且耐于使用。

二、機電一體化系統

機電一體化系統是運用計算機及微電子技術將機械與電子技術結合的新型機械系統，即將微電子技術運用在機械系統的主功能、動力功能、信息和控制功能上，隨著我國科技的發展，我國的機電一體化系統正向機電光一體化方向發展。機電一體化技術的功能強大在于將多種現代信息傳遞技術綜合利用，實現系統最佳功能價值。機電一體化系統可對系統的各組成要素進行信息分析處理，將復雜的信息聯系起來，在電子電路和計算機系統的控制下實現信息的有序處理和能量的智能分配。

三、機電一體化系統中傳感技術的應用

傳感器技術是機電一體化系統發展與運行的基石。傳感器的發明滿足了機電一體化設備對信息的敏銳感知與傳送。在機電一體化系統中，傳感器在機電一體化系統中的作用類似與人的感知器官與大腦，它能迅速準確的感知信息并對信息作出分析處理，是機電設備中的自動檢測裝置，大大提高了系統的信息處理、控制決策等功能，保證了機電一體化系統高水平發展的實現。

傳感器的發展促進了一體化系統的發展進程，一體化前期是利用凸輪等簡單機械機構實現的，屬于機械半自動化，后隨著電磁學的發展，一體化機械被接電器，觸電器代替，實現了電氣自動化，因此，機電一體化系統不僅有處理和轉化能量的功能，還有接受和轉化信息的功能。我國的機電一體化系統取得了巨大進步，傳感技術在機器人用傳感器，機械加工過程的傳感檢測技術，汽車自動控制系統方面已經達到完善階段。

（一）傳感技術在汽車自動控制系統方面的應用

就汽車自動控制系統中的傳感技術而言，溫度傳感器，壓力傳感器，氣敏傳感器等多種傳感器的使用，不僅保證了發動機的正常使用，而且全面優化了汽車功能，如汽車的人性化服務，行駛的安全性等。

（二）機器人用傳感器

機器人是科技發展的產物，機器人的發明明確體現了機電一體化系統在人力生產生活中的應用。觸覺傳感器、視覺傳感器、力覺傳感器、接近覺傳感器、超聲波傳感器和聽覺傳感器，大大改善了機器人工作狀況，使其能夠更充分地完成復雜的工作。

（三）機械加工過程的傳感檢測技術

機械化產業的發展離不開機電系統一體化的發展，通過各種傳感與檢測手段控制加工過程來獲得高性能的機械元件是機械加工的最終目的。傳感技術可以避免人為誤差的出現，避免了人工處理數據的繁瑣性，使測量領域更可靠高效。

四、傳感技術自機電一體化系統前景展望

機電一體化使機械系統操作更為便捷， 從人們的日常生活到軍事領域， 機電一體化技術涉及領域眾多，我國對傳感器的研究主要體現在對傳感器材料及性能的研究與改進。在機電一體化系統中的發展主要表現在科技前沿領域的發展。

（一）光纖傳感器

機電一體化系統從機電一體化向著機電光一體化方向發展，傳感器有著巨大貢獻。近年來，我國的機械系統發展逐漸延伸到高壓高寒領域，如深海蛟龍號，高空衛星的發射等，因此對機械系統性能的要求較高，這就要求傳感技術有更好的敏感性，精確性，對惡劣環境的適應性及智能性。在這一過程中，光纖傳感器受到人們關注。光纖穩定性強，對外界物理及化學干擾抵抗性強。此外，光纖徑細、質軟、重量輕，性價比高；絕緣、無感應的電氣性能；耐水、耐高溫、耐腐蝕的化學性能等，它能夠在人環境惡劣的地區工作，傳送信息，因此，在機電一體化系統中可應用于鐵路監控、火箭推進系統以及油井檢測等方面。

（二）傳感器在航空航天領域的發展

隨著我國經濟實力的發展，我國在航空航天領域的發展逐漸位居世界前列。在此領域，需要復雜的數字化技術，此外，航天領域環境惡劣，機電一體化系統需要面臨高溫高壓，因此，傳感器主要運用在飛行器信息檢測與傳遞方面。運用在航空航天方面的傳感器主要是微電系統傳感器。微電系統傳感器的發展使微型衛星，納衛星等微小衛星的研究成為可能。此外，微電系統傳感器有以下發展前景①可用于獲取航空裝備表征可測量參數，實現飛行器的實時監測②判斷各系統間工作的協調性，設計合理的方案③檢測飛行器內部的環境狀況，為飛行員提供適合的工作條件，確保飛行員的生命安全。

（三）網絡化智能傳感器

智能傳感器不僅可以對數據進行加工處理，并可以通過標準的接口與外界實現數據交換，具有自動檢測修正和保護功能，更加自動化與智能化。網絡化智能傳感器半導體硅電子技術為核心。在人們的日常生活中網絡化智能傳感器主要應用在汽車方面。汽車車體空間有一定的限制，不可能為了提高汽車性能無限的加大汽車空間，網絡化智能傳感器以硅電子技術為核心，將多個傳感器集中在一張芯片上，主要有硅壓力傳感器，靈敏性好，精確度高并且降低了使用空間。此外，網絡智能傳感器還應用在車內微型空調，自動雨刷等方面。

五、如何促進我國傳感器技術的發展

在計算機技術迅猛發展的今天，一個國家對傳感器技術的應用程度成為衡量一個國家的信息化水平，體現一個國家綜合國力的重要標志。 我國的傳感器發展起步較晚，與科技發達國家英美日等有一定差距，要想飛躍式發展，就應聚集完善產業鏈結構，發揮龍頭企業帶動和領軍人才的引領作用，促進產業交流，促進多技術融合及協同發展。加大科技創新力度。

結論

從上文看出，機電一體化系統是促進我國科技產業發展的的必由之路，不僅推動了機械化產業的更新換代，還促進了航空航天等新興領域的發展。傳感器是機電一體化系統發展的基石，要想實現我國機電一團領域的突破與創新，就必須加大對傳感器的科研力度 ，利用新的科技條件研發新的傳感器，使傳感器具有更好的敏銳性，精確性。

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