機電一體化中傳感器與檢測技術的實際應用分析

陶榮寶

摘要：本文對傳感器和檢測技術在機電一體化系統中的應用進行了分析，希望能為機電一體化的進一步發展提供有益的參考。

關鍵詞：機電一體化;傳感器與檢測技術;實際應用

1機電一體化和傳感器之間的相關分析

1.1傳感器的概述

傳感器也有著其發展的過程，最初傳感器只是承擔著如眼耳鼻等人體感知器官數據收集的功能，而發展到了現代之后，傳感器的功能又增加了如人體大腦一樣的分析判斷和管控的能力，除了可以將從外界獲取的信息和變化進行處理，轉化為能夠讀取的信息數據，還可以實際運行情況進行實時的監控。同時實際運用的時候，依然需要根據檢測的對象，來分析選擇適合的傳感器，如果是檢測機電一體化設備的受壓情況和內部溫度，則選選用內部信息傳感器，如果是針對外部的環境、濕度和溫度進行監測，那就可以用外部傳感器。所以，傳感器的應用也需要與機電一體化系統的具體操作情況和感受相結合[1]。

1.2兩者之間的關系

機電一體化中的機電設備中重要的組成部分之一就是傳感器，它的主要功能對于存在于設備運行中的特征參數如速度、壓力、溫度、加速度、位移等進行的收集、測量，并對系統的運行起到有效控制的作用。

1.3作用和意義

傳感器與檢測技術的發展極為迅猛，發展出了缺陷無損、材料厚度檢測技術、空間定位跟蹤檢測技術、故障檢測技術、機械結構件失效分析評估技術、高精度位移跟蹤控制技術、潤滑及預知性設備管理技術以及視覺傳感技術等，不同的技術都基于不同的傳感器，同時再與信息化網絡技術和無線通信技術相結合，機電一體化系統的發展也不斷得到推進和提升，隨著技術的不斷成熟和提高，其發展也將更微型化、高度集成化、高效化和與多學科技術的高度整合化。

2傳感器與檢測技術在建筑機電一體化體系中的應用

2.1傳感器在樓宇自控系統的應用

2.1.1基于路由的無線傳感器網絡數據融合

無線傳感器網絡以數據為中心的特點，要求中間節點在將數據從源節點轉發到匯聚節點（簡稱節點）的過程中，根據數據的內容融合來自多個數據源的數據，以減少信息冗余，減少傳輸的數據量，達到節能的目的。因此，有必要將路由技術與數據融合相結合。通過在數據轉發過程中適當地進行數據融合，可以減少數據融合過程中的網絡擁塞，并且可以輔助路由協議延長網絡壽命。

路由協議負責將數據分組從源節點通過網絡轉發到目的節點，包括兩方面的功能：尋找源節點和目的節點間的優化路徑;將數據分組沿著優化路徑正確轉發。

在無線傳感器網絡中，路由協議需要有效地利用能量，并且傳感器節點的數量往往很多，節點只能獲取局部拓撲結構，這需要路由協議根據局部網絡信息選擇合適的路徑。此外，無線傳感器節點收集的原始數據量非常大，同一區域的節點收集的信息具有很大的冗余性。因此，在無線傳感器網絡的信息融合中，在保證任務目標實現的同時，有必要通過局部計算和融合來減少無線通信中的信息量，節約能源，延長網絡生命周期[1]。

2.1.2無線傳感器對建筑物監測應用

任何建筑物都有一定的使用期限，隨著使用時間的增加，建筑物的安全性會逐漸惡化。定期監測可以提供建筑物健康水平的信息，并及時發出危險警報，從而減少一些不必要的人員和財產損失。傳統的建筑監控系統大多是有線的，即傳感器節點布置在建筑的一些重要位置，通過光纜與監控中心相連，這種有線監控系統有很多缺點。無線傳感器網絡監控系統的建設可以有效解決這一問題，其技術要點應主要考慮：

1）節能問題。對于一些大型建筑，傳感器節點需要分布在各個角落，其中大部分遠離監控中心。然而，對于無線監控系統來說，由于無線傳輸距離有限，傳感器節點僅依賴電池供電，如何長距離傳輸數據以及如何節能以盡可能延長系統的維護周期是無線監控系統建設中需要考慮的關鍵問題。

2）無線傳感器的選擇。傳統的建筑健康監測傳感器價格高、布局難、能耗大，不適合無線監測。隨著微機電系統技術的出現和發展，傳感器的成本和能耗大大降低。

3）數據的產生速率。在建筑健康監測的準實時系統中，需要考慮測量建筑響應時傳感器節點中數據的產生率，它給出了接近實時性能的系統吞吐量需求。

2.2安全傳感器檢測系統

2.2.1火情檢測

火情檢測器的及時反應以及可靠性十分重要。樓宇中的傳感器系統可以提供有關人員存在以及他們的健康狀況信息，從而救援措施可以更為有效。

主要思路是通過在它們上附加氣體傳感器來提高火情檢測器的性能。總的來講，當火災發生時，能量和物質的發生了轉化。材料轉變的特點由其產生的物質表現出來，一方面是灰塵，另一方面是散發的氣體和煙粒。因為在火災的初始階段，氣體比煙粒擴散快得多，氣體傳感器陣列的應用有助于提高監測速度和可靠性[2]。

此外為了能減小檢測空間的范圍，且提取出表現火災情況特征的合適信息，需要一個特征提取單元。隨后，提取出的特征必須被分類，從而估計出測量的數據屬于哪一類，并知道是否應發送報警到火災服務中心。調查顯示，在火情檢測中，神經網絡適于進行模式識別。

2.2.2氣體檢測

在確定建筑物中的位置（如廚房或汽車間）中，由明火產生的有毒氣體（如一氧化碳）就需要更高的二氧化碳濃度。需要檢測的是這些有毒氣體，并在危急情況下應采取通風措施。

在易燃氣體的檢測中，一般使用PELLISTORS。這些是基于對氣體樣品燃燒過程中釋放的熱量測量，而這反映了現存易燃氣體的濃度。所釋放的熱量通過對PELLISTORS內的電阻增長的測量測得。

在對有毒氣體的檢測中，基于不同原理的氣體傳感器，例如，金屬氧化物、電化學電池以及紅外傳感器，在商業上可用且可應用于智能建筑中。其他傳感器，如石英微平衡（QMB）和表面聲波（SAW）傳感器已開發出來，并正走向市場。

3結語

總之，機電一體化已然成為未來機械行業的必然發展趨勢，在機電一體化的發展進程中，加強對傳感器和傳感檢測技術的研究是非常有必要的，這是因為傳感器是決定機電一體化系統自動化水平的關鍵，只有傳感器保持較高的靈敏度和較強的信息采集能力，才能使機電一體化系統等其他功能模塊正常發揮作用，從而提高機電一體化系統的運行效率和質量。

參考文獻：

[1]呂忠毅.機電一體化系統中傳感器技術的運用[J].農機使用與維修，2018（2）：37-37.

[2]王利軍.機電一體化系統中傳感器與傳感檢測技術探討[J].機械管理開發，2017，32（8）：141-142.

（作者單位：馬鞍山市特種設備監督檢驗中心）