傳感器技術在機電一體化系統中的應用

肖天非

（貴州電子信息職業技術學院，556000，貴州凱里）

我國傳感器技術發展時間較長，已經擁有一個較為成熟的應用體系，尤其在機電一體化系統中，應用了大量傳感器，用于感知周圍情況，收集環境和設備信息，為系統精準運行提供依據。由此可見，若機電一體化系統中缺少傳感器和傳感器技術，就無法準確感知信息，維持系統運行，必須不斷提升傳感器技術應用效果和品質，才能切實提升機電一體化系統運行效率和運行質量。

1 傳感器技術概述

1980 年代左右，傳感器在世界各國開始流行，許多先進工業國家開始引進普及傳感器技術，并對其進行研發和應用。截至今日，傳感器及其系統生產與發展已經成為熱門領域。傳感器是一種重要的測量裝置，能夠感知外界變化（物體或周圍環境受生物、化學、物理等影響產生的變化）并作出反應，將信息按照一定規律轉化為能夠遠距離傳播的電信號，或者其他形式的信號[1]。傳感器技術是基于實際需求，對各類傳感器，如力學傳感器、位移傳感器、壓力傳感器、光電傳感器等進行綜合配置，以實時測量周圍環境和信息，并將信息傳輸至系統的技術。技術人員可按照實際工作環境，基于傳感器分類，如能量轉換原則分類、參量設計分類、工作原理分類等，對傳感器型號、配置、種類等進行設計和選擇，以滿足配置需求。

2 我國機電一體化系統中傳感器技術的應用意義

傳感器技術，屬于機電一體化系統中核心技術，隨著我國機械自動化水平的進一步發展，傳感器技術的應用逐漸日?；鹘y機電一體化系統在運行過程中，系統運行效率和管控水平較為薄弱，管理人員無法準確掌握系統運行情況，一般系統故障運行一段時間引發區域性故障問題后，才會發現系統故障問題的存在，才能分析和定位故障，分析故障產生原因并進行有效維修。在機電一體化系統實際運行中，為確保系統運行的持續性和穩定性，通常會定期進行檢測和養護，如對于各類儀表設備，詳細記錄設備運行情況和參數，記錄故障原因及維修方法，但其中關于系統參數信息的時效性較弱。將傳感器技術應用在機電一體化系統中，類似于給系統安裝了一個實時感知系統，對系統及各類儀表設備運行數據進行實時采集和測算，并及時檢測系統故障及發出預警，為系統管控工作開展和方案制定提供依據，繼而提高自動化設備運行效率，這是機電一體化系統發展不可忽視的關鍵因素[2-3]。

3 傳感器技術在機電一體化系統中的應用

3.1 數控機床領域

數控機床是機械生產加工的重要技術設備，在自動化發展過程中，數控機床領域發展受到高度關注，這也是目前機電一體化系統應用的重要發展方向。從數控機床生產原理看，數控機床在工作中會產生大量熱能，導致周圍環境發生變化，繼而影響加工制造精度和準確度。采用傳感器實時監測周圍溫度，了解溫度變化區間，采用相關措施有效把控溫度變化，避免出現溫度大幅變化情況，以保障整體加工質量[4]。從加工過程看，數控機床在加工過程中需要將零部件夾緊，倘若夾緊力控制不恰當，施加力度過大，將會導致零部件損壞；施加力度不足，會導致零部件位移，最終報廢，還會過度磨損數控機床，縮短機床使用壽命。在這一環節使用傳感器技術時刻分析零部件受力情況，并結合使用智能系統調控施加力度，充分保障機床加工穩定性，避免出現失誤。例如，可以根據零部件受力情況，時刻調整切削扭矩，以獲得高的切削效率和質量。

3.2 機械加工領域

在傳統機械加工領域中，切削、磨削、機床運行、刀具和砂輪運行等作業環節，均會受多種因素影響，導致實際機械加工質量不佳、生產效率不高，影響企業經濟效益。例如，在長時間、高頻率的切削工件作業中，刀具會持續產生大量熱量，必要時必須中斷作業或者定時添加冷卻液，才能確保刀具處于最佳運行狀態，提升工件切削精度和準確度。但在實際作業中，這一環節容易受多方因素干擾，難以準確把控刀具溫度，出現燒傷或者崩刃等損壞情況。根據現有刀具失效情況統計，刀具失效導致的機床停機時間占整體停機時間的20%，繼而引發各種機械加工質量、人身和設備安全等問題。在這一作業環境中，應用溫度感應裝置實時監測刀具加工溫度和環境溫度，檢測到溫度超過設計閾值后，立即向機電一體化系統發出報警信號，管理人員根據報警信號確定故障位置和類型，采取適當控制措施。

總的來說，在機械加工領域傳感器技術主要應用在準備工作檢查和加工過程監測兩方面。從準備工作檢查方面看，依據加工現場各類生產加工設備，如設備類型和材質、刀具、夾具等擺放位置和固定程度，配置組合各種傳感器裝置，對作業環境和設備進行自動檢測，并將測量數據傳輸至機電一體化系統中，確定各種測量數值與設計加工作業參數保持一致后，下達控制指令，開展作業[5]。從加工過程監測方面看，傳感器的主要監測對象為切削工件的位移、轉速、偏移及設備的溫度、速率等物理參數，目的是替代人工檢查、監督，及時發現故障問題并預警，由系統下達指令，并采取有效預防措施和處理方法，提升機械加工準確性和有效性。例如，安裝傳感器裝置對工件平滑度、加工溫度、刀具切削角度和速度、尺寸加工精度等進行實時測量，當測量數據不符合預期參數時，及時將測量數據傳輸至系統，系統根據運行原則對加工精度不足的問題設備下發控制指令，立即中斷作業，檢查問題和分析產生的原因，最終基于問題成因調整設備運行模式和參數。這種將傳感器技術與遙控設備相互結合的措施，不僅能提高機械加工整體效率和質量，還能提升機電一體化系統運行水平。

3.3 工業機器人領域

工業機器人是我國工業領域自動化、信息化、智能化發展的關鍵，現如今，越來越多工業機器人開始替代從事傳統工業生產中一些繁瑣、重復性高、危險性高的作業，尤其是煤礦企業，有助于降低人員傷亡和財產損失，提升加工準確率和精確度。在工業機器人研發和使用領域，應用傳感器技術，就是給機器人添加了眼睛和觸覺，能夠使機器人更精準地控制作業步驟和工藝要點，根據作業環境對設備進行微調，并獲取實時反饋控制信息。相關技術人員在得到機器人傳輸過來的信息后，結合實際工作情況制定相應工作計劃[6]。

3.4 安全監管領域

在安全監管領域應用傳感器技術對工業發展具有十分重要的意義。以煤炭企業安全監管為例，主要應用在瓦斯爆炸預防和粉塵含量檢測兩個方面，具體來看：①瓦斯爆炸預防。瓦斯爆炸是目前煤炭企業面臨的最為普遍和嚴重的問題，瓦斯爆炸的成因主要為井下甲烷含量超標，如井下氧氣濃度超過12%、瓦斯濃度達到5%～16%這一臨界點時，一旦出現熱-鏈式反應，很有可能發生爆炸。應用光纖傳感器能夠對井下甲烷含量實施監測，工作原理為光纖傳感器監測甲烷氣體時，會利用其吸收光譜的作用，分析吸收峰值，依據峰值數據測算甲烷含量，并設定數值標準，若甲烷含量達到一定濃度，立即向系統發出警報，由管理人員上報處理。②粉塵含量檢測。在煤礦生產過程中，大量機械設備在使用過程中會產生大量煤塵，若空氣中的煤塵含量達到一定濃度，很可能引發安全事故。采用傳感器技術對煤塵含量進行精準檢測，采取相關措施進行預防和控制，確保煤塵含量在正常范圍內。例如，可以設置光纖傳感器，使用光向后散色法，檢測作業環境，并將測算數據傳輸至系統設備，由技術人員確定處理措施，為煤炭開采順利進行提供幫助。

4 結語

傳感器技術作為我國科技研發的重要內容，未來將朝更高精度、更高敏感性、更寬溫度范圍和更可靠應用的方向發展，而隨著傳感器技術在機電一體化系統中的深入融合，將同時推動傳感器技術與機電一體化系統的優化與創新，大幅提升我國工業化生產效率和品質。目前，傳感器技術在數控機床、機械加工、工業機器人、安全監管等領域均有大范圍普及和推廣，極大地促進了機電一體化系統在各個行業中的成長，從而推動我國工業現代化水平的提升。