傳感器技術在機電一體化中的應用探究

趙剛

【關鍵詞】傳感器;機電一體化;技術應用

傳感技術是系統實現自動調節和自動控制的重要環節，有助于增強機電一體化系統，傳感技術的水平會對自動化水平產生十分重要的影響。傳感器技術在機電一體化中可以說是核心內容，傳感器技術的應用能夠實現對信息和數據的快速而且準確的獲取，并且能夠充分發揮自身的優勢。在現代科學技術的發展下，傳感器技術和機電一體化已經有了很好的結合，在汽車行業、機械制造業、以及智能機器人等方面都得到了廣泛應用。未來隨著傳感器技術的廣泛應用，人們將會更加關注傳感器技術在機電一體化的應用。

一、傳感器技術的發展現狀

傳感器是一種感應裝置，它能夠感知到一定范圍內的特定信號并輸出到顯示設備或裝置上，為智能化控制提供依據。當前，隨著傳感器技術的發展，傳感器產品經濟規模逐年擴大，2015年同比增長達到25%以上，2017年全球傳感器市場規模已經達到1900億美元，同比增長接近10%。國外的傳感器的主要供應商有霍尼韋爾、意法、飛思卡爾等：國內的著名的供應商有科陸電子、華工科技、航天機電、歌爾聲帶等。相較于發達國家而言，我國傳感器技術起步較晚，發展時間較短，在傳感器技術的研究中還存在著一些未解決的難題。我國傳感器始于20世紀80年代，研究主要集中在專業研究所和大學。與國外先進技術相比，我們還有較大差距，主要表現在：先進的計算、模擬和設計方法經驗不足;缺乏先進的微機械加工技術與設備;沒有先進的封裝技術與設備;欠缺可靠性技術研究等方面。因此，必須加強相關技術研究以提高行業整體水平。為了使傳感器技術得到更好的開發和利用，進一步提高傳感器的精確程度，還需要技術人員對傳感器技術的繼續研究探索。

二、傳感器技術在機電一體化中的具體應用

（一）傳感器技術在機械加工監測中的應用

在機械加工工作中，不僅要保證工作的效率還要保證工作的質量，所以加工的各個環節的質量檢測是必不可少的。在機械加工中，傳感器技術可以檢測、控制機械設備的切割力度，而且能夠在加工過程中對相應的數據進行實時監測，并對反應回的數據進行分析，對機械加工設備的運行情況進行一定的掌握，同時通過傳感器技術的應用，還能夠控制機械加工機床的溫度、驅動系統和保證機械加工系統運行的安全性。工件識別的重要環節是甄別將送進機床的毛坯件是否符合質量加工的要求，將質量不合格的部件篩選出來，保證加工工件的質量。這些工作都能通過傳感系統的開發完成，比如，激光表面粗糙度傳感系統、CCD及其視覺傳感器等。

（二）傳感器技術在數控機床中的應用

所謂的“數控機場”其實就是通過數控技術去完成對機床的控制，傳感器技術在數控機床領域的運用也是傳感器和機電一體化結合的典型代表。機電一體化的運用使得數控機床通過編碼的方式對機床的移動軌跡進行控制，實現機床的自動化運轉。但是在機床的運轉中可能會存在傳動軸傳動過位的情況出現，這對數控機床的運轉會產生一定的影響，不利于數控機床的高校、穩定運轉，借助于傳感器系統的運用，能夠更好地保障機床運行過程中的運行精密度，實現對機床部件的運動、溫度和工作的頻率進行實時的檢測，如機床運轉出現異常，傳感器自動監測到信息，并通過智能控制系統對數控機床的工作進行調整，從而有效提高機床的運作效率和工作質量。當前，傳感器在數控機床中得到廣泛應用，其中有電流傳感器、紅外傳感器、電壓傳感器等。

（三）傳感器技術在汽車自動化的應用

我國的汽車產業隨著傳感器技術的應用進入了新的階段。汽車傳感器在整個汽車系統中是控制系統的重要組成部分，同時還是汽車電子技術領域的核心內容。傳感器在汽車中主要運用于汽車的發動機的地盤控制系統、控制系統以及導航系統等，一輛汽車大概需要幾十個傳感器共同工作，多的甚至能達到200多個。傳感器系統在汽車領域實現機電一體化需要將純機械式控制部件換成自動控制系統，從而使得發動機得到優化，汽車的整體性能提高。傳感器技術在汽車機電一體化帶來的好處主要有降低油耗、減少排氣污染，達到節能環保的要求，而且能夠相當程度的提高汽車的安全性和可靠性。降低汽車的操作難度，為汽車提高舒適水平。在汽車的重點控制系統中，壓力傳感器、曲軸位置傳感器、氣敏傳感器、吸氣及冷卻水溫度傳感器作為機電一體化系統的重要組成部分，都發揮了至關重要的作用。

（四）傳感器在機器人領域運用

在機器人行業中，傳感器技術也得到了廣泛的應用，主要集中在監測機器人的工作環境和工作狀態及一些核心領域。傳感器在工作中能夠檢測到設置的數據，并將這些信息轉換成可以輸出的信號或者是裝置。傳感器的應用使得機器人不僅能夠使機器人檢測到特定的工作對象，還能模擬出類似于人類的視覺、聽覺、觸覺等方面，安裝傳感器使機器人具備更多的功能，能夠代替人們在某些惡劣的環境中進行工作。傳感器在機器人中的應用主要分為內部傳感器和外部傳感器應用。內在傳感器主要監測機器人的內部的工作狀態，主要監測角度的傳感器和檢測速度的傳感器;外部傳感器檢測機器人的外部工作的環境，內外的傳感器的協調工作使得機器人能夠識別工作對象，使機器人具備更多的功能。

三、我國傳感器技術的發展方向

傳感器技術是實現自動控制、自動調節的關鍵環節，也是機電一體化系統不可缺少的關鍵技術之一，其水平高低在很大程度上影響和決定著系統的功能，其水平越高，系統的自動化程度就越高。在一套完整的機電一體化系統中，如果不能利用傳感檢測技術對被控對象的各項參數進行及時準確地檢測出并轉換成易于傳送和處理的信號，所需要的用于系統控制的信息就無法獲得，進而使整個系統就無法正常有效的工作。至今為止傳感器經歷了四代的發展，由最初的一代只能將信號處理成電路與傳感器設計在一起，輸出4～20mA電流或0～5V電壓，到如今的第四代的MEMS技術、低能耗的模擬和數字電路技術、低能耗的無線射頻技術，傳感器技術的發展使得開發小體積、低成本、低能耗的微傳感器成為可能，包含敏感組件，計算模塊、無線電收發模塊、電源模塊等。傳感器技術直接的影響著機電一體化系統的功能，完備的機電一體化系統一定具有傳感器功能，對系統運行的數據參數進行分析、監測，并將監測到的信息轉化成容易處理的信號，進而了解控制整個系統的運行。當前，我國的傳感器技術和發達國家還有一定的差距，所以在未來的發展中，我們要重視傳感器技術的發展，積極引進先進的設備、學習先進的技術，拉近我們和發達國家的傳感器的技術水平，今后傳感技術方向主要可以從以下方面入手：提高傳感器的抗干擾能力;傳感器的發展向高、精、微方向發展;提升傳感器的可靠性和準確性。

加速開發新型敏感材料，通過微電子、光電子、生物化學、信息處理等各種學科，各種新技術的互相滲透和綜合利用，可望研制出一批基于新型敏感材料的先進傳感器。向高精度發展，研制出靈敏度高、精確度高、響應速度快、互換性好的新型傳感器以確保生產自動化的可靠性。向微型化發展，通過發展新的材料及加工技術實現傳感器微型化將是近十年研究的熱點。向微功耗及無源化發展，傳感器一般都是非電量向電量的轉化，工作時離不開電源，開發微功耗的傳感器及無源傳感器是必然的發展方向。向智能化數字化發展，隨著現代化的發展，傳感器的功能已完全不同于傳統的功能，輸出不再是一個單一的模擬信號如0-10mV等，而是經過微電腦智能處理后的數字信號，是帶有控制功能的智能傳感器。

結語

機電一體化系統的設計，就是根據功能要求選擇了各部分后所進行的傳感器應用設計。傳感器的好與壞直接影響到機電一體化系統的控制性能以及系統運行的穩定性和可靠性，傳感器技術是機電一體化系統的關鍵環節。傳感器技術在我國的機電一體化領域中得到了廣泛的應用，但是新型傳感器技術在未來還有很大的發展空間，非常值得推廣應用到更廣闊的領域。這就需要在未來科學技術的發展中增強對傳感器技術的研究，并不斷發展、創新。未來傳感技術將會無所不在，有力促進我國機電一體化的發展水平，推動我國科技進步。