傳感器技術(shù)在機(jī)電技術(shù)中的應(yīng)用

張佳

【摘 要】機(jī)電一體化發(fā)展過(guò)程中使用最關(guān)鍵技術(shù)是傳感器，也可以這樣講機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展，主要依賴(lài)于傳感器技術(shù)發(fā)展，由此可見(jiàn)傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化中的重要性。本文在闡述時(shí)主要是對(duì)傳感器技術(shù)分析，介紹傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中使用，以此來(lái)了解傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化中的價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】傳感器；機(jī)電一體化；機(jī)電技術(shù)

前言

隨著工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)不斷使用，傳感器技術(shù)使用在機(jī)電技術(shù)中。傳感器技術(shù)使用，能夠有效提高工業(yè)生產(chǎn)效率，還能夠?qū)ιa(chǎn)質(zhì)量控制，因此在機(jī)電一體化的生產(chǎn)技術(shù)中傳感器技術(shù)是一門(mén)必不可的技術(shù)。而且傳感器技術(shù)的發(fā)展方向，向著網(wǎng)絡(luò)化和智能化這兩個(gè)方面發(fā)展，這兩個(gè)方面的優(yōu)化更能夠滿(mǎn)足機(jī)電一體化生產(chǎn)的要求。

1.傳感器技術(shù)分析

1.1傳感器概念

所謂傳感器主要是根據(jù)一定的規(guī)律將各種被檢測(cè)量轉(zhuǎn)換為物理量的一種裝置[1]。傳感器主要功能是能夠感受到被測(cè)量，并且根據(jù)有規(guī)律性的相應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換成相應(yīng)輸出量的器件。傳感器主要功能是把能夠探測(cè)到的物理信息，這些信息是沒(méi)有電量信息，經(jīng)過(guò)傳感器以后，把其轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)，因此在傳感器中又有著一個(gè)專(zhuān)業(yè)的名稱(chēng)，被稱(chēng)作是一次儀表。在各個(gè)行業(yè)使用的傳感器好比是人體中的五官，又因?yàn)檫@個(gè)因素，傳感器被叫做電五官。一般使用的傳感器，主要由三個(gè)部分組成，一個(gè)部分是敏感元件，一個(gè)是轉(zhuǎn)換元件，最后一個(gè)是基本轉(zhuǎn)換電路。

敏感元件主要功能是將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成為一種物理量的預(yù)變換裝置，其輸出、輸入間具有明確的數(shù)學(xué)關(guān)系。比如在稱(chēng)重傳感器中，主要使用的是彈性單元，將受到力轉(zhuǎn)換成為一種彈性變形來(lái)輸出。轉(zhuǎn)換元件功能主要是把敏感元件中輸出的非電量物理量，并且把這種量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。基本轉(zhuǎn)換電路主要功能是把轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換輸出的電信號(hào)量轉(zhuǎn)換成為一種便于測(cè)量的電量，比如是電壓、電流、電頻等。

1.2傳感器技術(shù)

在信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱中，一個(gè)是通信技術(shù)，另一個(gè)是計(jì)算機(jī)技術(shù)，最后一個(gè)是傳感器技術(shù)，如果機(jī)電一體化沒(méi)有傳感器技術(shù)使用，那么一體化也就無(wú)法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的信息和狀態(tài)進(jìn)行精確與可靠的自動(dòng)檢測(cè)，也更加無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)信息的控制和處理[2]。工業(yè)使用的機(jī)電一體化產(chǎn)品，不僅是采用的先進(jìn)電子產(chǎn)品，還是采用的機(jī)電相融合的高級(jí)產(chǎn)品，這兩中產(chǎn)品使用都是離不開(kāi)傳感器和檢測(cè)設(shè)備這個(gè)重要環(huán)節(jié)，如果在機(jī)械一體化中沒(méi)有傳感器對(duì)原始數(shù)據(jù)精確檢測(cè)，那么在機(jī)電一體化中的所謂信號(hào)轉(zhuǎn)換，信息處理方面的功能，這些在沒(méi)有傳感器支撐下都是沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)。

比如在機(jī)電一體化中，監(jiān)測(cè)技術(shù)使用主要的內(nèi)部元件是傳感器，所以在機(jī)電一體化中，傳感器作用是非常重要。機(jī)電一體化采用監(jiān)測(cè)技術(shù)是對(duì)需要操作的對(duì)象監(jiān)測(cè)，而且使用的檢測(cè)技術(shù)，還需要對(duì)系統(tǒng)使用環(huán)境檢測(cè)，以及系統(tǒng)本身運(yùn)動(dòng)狀況監(jiān)測(cè)，為了保證系統(tǒng)能夠在正常狀態(tài)下運(yùn)行，采用監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供一些關(guān)鍵性信息。也可以這樣認(rèn)為，在機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展過(guò)程，最關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展是傳感器。隨著社會(huì)不斷發(fā)展，各種各樣電子元件使用，造成后果是電子信息技術(shù)呈現(xiàn)出一種爆發(fā)式狀態(tài)，信息技術(shù)傳輸速度也獲得不斷的提升。采用傳統(tǒng)的傳輸速度已經(jīng)不能夠滿(mǎn)足社會(huì)發(fā)展需要，因此在檢測(cè)技術(shù)和傳感器技術(shù)方面都需要不斷改進(jìn)，只有這兩個(gè)方面不斷改進(jìn)才能夠滿(mǎn)足信息速度提升的要求。

2.傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中使用

2.1機(jī)器人采用傳感器技術(shù)

在工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)程中自動(dòng)化技術(shù)使用有非常高的代表性，工業(yè)使用機(jī)器人技術(shù)能夠準(zhǔn)確操作，主要工作原理是在機(jī)器人身體上安裝有各種傳感器，這些傳感器能夠能夠準(zhǔn)確感知作業(yè)狀態(tài)、感知操作對(duì)象和感知自身[3]。而且機(jī)器人在運(yùn)行時(shí)也是需要獲知自身的信息狀態(tài)，這些信息狀態(tài)獲得也是通過(guò)內(nèi)部傳感器來(lái)完成獲取。對(duì)于在操作的外部環(huán)境信息獲取，主要獲取途徑是通過(guò)外部傳感器來(lái)獲得，而且獲取外部信息非常重要，外部信息獲取能夠?qū)C(jī)器人的控制提供反饋信息。

2.2機(jī)械加工過(guò)程中的傳感器檢測(cè)技術(shù)

（1）切削過(guò)程中機(jī)床運(yùn)行采用的傳感器技術(shù)：機(jī)械加工使用傳感器技術(shù)來(lái)檢測(cè)切削對(duì)象，起主要目的是上三個(gè)方面內(nèi)容，一個(gè)是實(shí)現(xiàn)材料的切除率，另一個(gè)是制造成本降低，最后一個(gè)是生產(chǎn)率的提高[4]。對(duì)于在加工機(jī)床使用傳感器技術(shù)來(lái)達(dá)到檢測(cè)效果方面，主要包括四個(gè)方面的內(nèi)容，分別是采用傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)目標(biāo)提高、傳感器技術(shù)還可以對(duì)操作溫度檢測(cè)、傳感器還可以檢測(cè)軸承和回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、傳感器技術(shù)還可監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。機(jī)械加工中傳感器使用還可對(duì)以下這些方面的監(jiān)測(cè)工作，對(duì)機(jī)床停機(jī)時(shí)可以對(duì)停機(jī)時(shí)間監(jiān)測(cè)，加工產(chǎn)品表面粗糙時(shí)可以采用傳感器監(jiān)測(cè)，對(duì)于機(jī)床狀態(tài)、功率和精加工這些方面的也可以采用傳感器技術(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)。

（2）工件的過(guò)程傳感：與刀具和機(jī)床過(guò)程監(jiān)視技術(shù)相比較，工件過(guò)程監(jiān)視是研究最早，最多的，多數(shù)研究中主要是以工件質(zhì)量控制為目標(biāo)[5]。工件設(shè)識(shí)別系統(tǒng)研究開(kāi)展時(shí)間最早，在20世紀(jì)80年代就開(kāi)展這方面研究工作。工件識(shí)別系統(tǒng)使用主要是一些在工件加工過(guò)程中工序使用是否符合工件工序加工要求；工件設(shè)別系統(tǒng)中主要是指進(jìn)入到機(jī)床等待加工的工件，識(shí)別系統(tǒng)對(duì)其判斷這種毛坯元件是否滿(mǎn)足工件加工要求。

（3）砂輪的檢測(cè)傳感：材料切除過(guò)程主要包括兩個(gè)方面內(nèi)容，一個(gè)是切削過(guò)程，另一個(gè)是磨削過(guò)程。切削工作中主要采用刀具，磨削工作主要是采用砂輪，刀具和砂輪在出現(xiàn)損壞或者是有破損的情況出現(xiàn)時(shí)，這兩個(gè)工具將失去加工的作用，無(wú)法有效保證元件的精加工和保障元件表面光滑完整度，這種情況中被稱(chēng)作是砂輪或者是刀具失效。有工業(yè)研究表明，引起機(jī)床停機(jī)首要原因中就是刀具失效。此外在刀具失效時(shí)，還會(huì)引起設(shè)備的安全使用，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)操作人員人身安全事故。

2.3汽車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)中傳感器技術(shù)

隨著傳感器技術(shù)不斷使用，促使汽車(chē)進(jìn)入到一個(gè)全新時(shí)期。汽車(chē)機(jī)電一體化要求用自動(dòng)化控制系統(tǒng)來(lái)代替純機(jī)械式的操作部件，這方面內(nèi)容不僅是體現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)上，同樣在改善汽車(chē)性能，增加人性化服務(wù)功能上也在使用。汽車(chē)上采用傳感器技術(shù)能夠促使油耗減低，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)環(huán)境保護(hù)，而且在駕駛的可靠性和安全性方面也能夠提高，采用傳感器技術(shù)已經(jīng)在汽車(chē)的整個(gè)身體中使用。汽車(chē)所有重點(diǎn)控制系統(tǒng)，必不可少使用以下這些傳感器，分別是氣敏傳感器、壓力傳感器、曲軸位置傳感器等。

3.傳感器的智能化和網(wǎng)絡(luò)化

（1）傳感器的智能化：電五官傳感器和計(jì)算機(jī)相集合，這種相結(jié)合技術(shù)是智能化的表現(xiàn)。智能化傳感器不僅是有著轉(zhuǎn)換功能和信號(hào)檢測(cè)功能，同時(shí)在智能傳感器中還有著自適應(yīng)功能、統(tǒng)計(jì)處理以及自診斷功能、儲(chǔ)存功能、自校準(zhǔn)功能、解析功能和記憶功能。如果進(jìn)一步把這些功能集中在同一個(gè)芯片，這樣就可以形成智能傳感器。

（2）傳感器網(wǎng)絡(luò)化：在這個(gè)方面的內(nèi)容，主要有著兩方面：一是為了解決現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的多樣性問(wèn)題，IEEE1451.2工作組建立了智能傳感器接口模塊標(biāo)準(zhǔn)。二是以IEEE802.15.4為基礎(chǔ)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得以迅速發(fā)展。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在機(jī)電一化中使用傳感器技術(shù)，主要是用在機(jī)器人領(lǐng)域，提高機(jī)器人操作效率，同時(shí)在機(jī)械加工中使用傳感器技術(shù)，能夠幫助加工元件更加精確控制，提高加工產(chǎn)品的質(zhì)量。同時(shí)使用在汽車(chē)領(lǐng)域，能夠提高汽車(chē)控制效果，保證行駛安全性。同樣在傳感器使用過(guò)程中還不夠完善，需要對(duì)其性能不斷研究，以此來(lái)滿(mǎn)足人們使用需要。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：江蘇省徐州技師學(xué)院）