傳感器技術(shù)在機電一體化中的應用

摘 要：基于科學技術(shù)飛速發(fā)展，機電一體化技術(shù)得以快速更新與升級，傳感器技術(shù)也得到逐步完善。傳感器技術(shù)與機電一體化的結(jié)合可以獲得各類精準的數(shù)據(jù)信息，便于系統(tǒng)及時作出運行調(diào)整，將機電設備運行所具有的穩(wěn)定性與高效性提升，為生產(chǎn)效率、質(zhì)量與安全帶來有力保障。為提升傳感器技術(shù)應用水平，文章從傳感器技術(shù)概述入手，對其應用的重要意義進行深入分析，提出有效應用策略并探討未來發(fā)展方向，旨在為傳感器技術(shù)應用提供有益參考。

關(guān)鍵詞：機電一體化 傳感器技術(shù) 應用策略

傳感器技術(shù)在機電一體化中的應用有利于工作質(zhì)量與效率的提升，為行業(yè)的持續(xù)與健康發(fā)展夯實牢固基礎。現(xiàn)階段，傳感器技術(shù)已日益成熟，能夠與機電一體化進行充分融合，依托各種傳感器的應用對周圍情況進行全面感知，做好環(huán)境、設備等各類信息的快速收集與整合，為系統(tǒng)精準、穩(wěn)定與安全運行提供一定的數(shù)據(jù)支持。因此，機電一體化需要借助傳感器技術(shù)來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，需要對傳感器技術(shù)進行有效運用，并且對其應用效果不斷增強，才能將傳感器在機電一體化中的應用價值充分發(fā)揮，為行業(yè)發(fā)展注入新活力。

1 傳感器技術(shù)概述

傳感器即一種具有檢測功能的裝置，可以完成各類信息的收集、傳輸、處理與存儲，也可以通過數(shù)字或圖形方式對收集信息進行清晰展示，做好信息記錄與全面控制。在收集到檢測信息之后，傳感器可以將其成功轉(zhuǎn)化為電信號等多種方式的信息，通過網(wǎng)絡平臺與設備完成信息輸出，簡言之，即可以感知數(shù)據(jù)、測量數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)化為可輸出信號的裝置或者精密器件，可以對生物、物理與化學等效應進行靈活運用，完成被測量轉(zhuǎn)換。

在20世紀70年代初，傳感器技術(shù)由最初的結(jié)構(gòu)型傳感器發(fā)展為固體傳感器，由磁性材料與半導體等元件組成，出現(xiàn)光敏傳感器與熱電偶傳感器。在20世紀70年代末，基于微電子技術(shù)與集成技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)走入低價格與系列化的發(fā)展。在20世紀80年代發(fā)展為智能傳感器，具有自動檢測、自動診斷與自適應等綜合能力，同時以微處理器為發(fā)展方向，實現(xiàn)傳感器信號調(diào)節(jié)電路優(yōu)化，使其與存儲器成功集成于一體，加之人工智能技術(shù)融入，將傳感器應用領域擴大，在工業(yè)領域中得到較為廣泛的應用[1]。現(xiàn)階段，傳感器技術(shù)已在航天、汽車等多領域中獲得應用，為智能制造設備運行提供一定支持，從而占據(jù)較為重要地位。

2 在機電一體化中應用傳感器技術(shù)的重要意義

在機電一體化系統(tǒng)中，傳感器技術(shù)為核心所在，特別是在機械自動化水平不斷提升前提下，該技術(shù)應用呈現(xiàn)出日常化。在以往的機電一體化系統(tǒng)中，未能對系統(tǒng)運行效率做到重點管控，管理人員不能對系統(tǒng)運行情況做到實時掌握，只有在系統(tǒng)發(fā)生故障后，才能完成故障問題的分析、判斷與定位，繼而完成針對性的維修與預防[2]。在傳感器技術(shù)不斷更新下，機電一體化系統(tǒng)可以借助傳感器技術(shù)獲得所需的各類信息，定期完成系統(tǒng)的檢測與有效養(yǎng)護，結(jié)合各類儀表設備運行特點與需要，對其運行參數(shù)進行記錄與分析，根據(jù)數(shù)據(jù)變化趨勢完成定期檢修方案的合理制定，預防設備故障，將各類安全事故發(fā)生率減少，提高運行過程的安全性。除此之外，傳感器技術(shù)在機電一體化中的靈活應用可以實現(xiàn)對各類機電設備的自動化控制，使得生產(chǎn)線效率提高，也減少人為操作失誤，有利于生產(chǎn)效率、質(zhì)量的提高，在一定程度上實現(xiàn)生產(chǎn)成本的降低，將企業(yè)整體競爭力有效增強。

3 傳感器技術(shù)在機電一體化中的應用策略

3.1 在機械加工中的應用

在大部分工程項目機械結(jié)構(gòu)加工過程中，不可避免地會出現(xiàn)零部件檢測問題，從而給機械結(jié)構(gòu)，加工質(zhì)量帶來不同程度的影響，因此為盡可能地減少檢測環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題，需要對自動化機械加工檢測設備進行選擇與應用，借助先進設備完成不同類型零部件的加工，同時還可以通過檢測技術(shù)與傳感器技術(shù)的結(jié)合運用完成高效的維護及檢測工作，使得零部件加工作業(yè)得以有序開展[3]。在具體應用過程中，首先需要對機械加工檢測技術(shù)進行深入分析，對其實踐元素做到全面了解，為傳感器技術(shù)應用效果的提升帶來幫助。在此基礎之上，機械加工檢測技術(shù)能夠更好地與傳感器技術(shù)結(jié)合，從而在機電一體化中發(fā)揮出真正作用。在準備工作檢查環(huán)節(jié)，可以完成作業(yè)環(huán)境、設備狀態(tài)的自動檢測，將傳感器獲得的數(shù)據(jù)快速傳輸至機電一體化系統(tǒng)，待完成測量數(shù)值分析，確保其與設計加工作業(yè)要求的參數(shù)相一致后，再進行控制指令下達，開始后續(xù)各階段的作業(yè)。其次，在各加工環(huán)節(jié)也需要傳感器技術(shù)的支持與幫助，接受傳感器又是將加工過程中產(chǎn)生的振動幅度等問題做到及時發(fā)現(xiàn)，通過對震動情況的全方位檢測，找到產(chǎn)生的真正原因，確定針對性的解決措施將各種震動問題解決，也可以將不可避免的震動幅度控制在最小范圍內(nèi)[4]。例如，在傳感器技術(shù)應用下，對工作平滑度、刀具切削角度進行實時測量，若發(fā)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)與預期參數(shù)不相符合時，需要由系統(tǒng)分析問題，結(jié)合加工精度不足問題，做好控制指令下發(fā)，中斷作業(yè)、尋找問題，對設備運行模式及參數(shù)進行調(diào)整。最后，在各項檢測工作開展過程中，為將機械產(chǎn)品加工的品質(zhì)與精度進一步提升，應對光電編碼器進行選擇，同時做好脈沖編碼器的應用，搭配使用傳感器技術(shù)，將最終檢測結(jié)果所具有的全面性與精準性做到最大限度提高。在該過程中，傳感器技術(shù)能夠成功獲得與機械產(chǎn)品相關(guān)的各種數(shù)據(jù)，依托大數(shù)據(jù)與云計算等技術(shù)完成數(shù)據(jù)分析對比，使得檢測工作可以高質(zhì)量地完成。

3.2 在數(shù)據(jù)機床中的應用

在機電一體化系統(tǒng)不斷發(fā)展中，數(shù)控機床的應用受到社會各界持續(xù)關(guān)注與重視，因為其是機械自動化水平得以提升的關(guān)鍵技術(shù)，也是機械生產(chǎn)與加工全過程中不可缺少的重要技術(shù)設備之一，因此需要對數(shù)控機床技術(shù)及其優(yōu)勢做到重點分析與全面考慮，確保將傳感器技術(shù)與其融合，將傳感器技術(shù)所具有的作用與價值做到最為充分地劃分[5]。那么，為在數(shù)控技術(shù)中更好地融入傳感器技術(shù)，一是需要相關(guān)工作人員對傳感器技術(shù)的優(yōu)勢與特點做到全面了解，是傳感器技術(shù)的應用有全新認識，加大對技術(shù)應用的重視程度，為后續(xù)技術(shù)之間的融合夯實牢固基礎。二是在技術(shù)具體應用環(huán)節(jié)，要對數(shù)控機床加工自身的系統(tǒng)功能進行針對性完善，確保傳感器能夠更好地控制元件的加工精度。在此前提下，制動系統(tǒng)控制模塊性能將不斷增強，讓數(shù)控機床加工工作可以高效與有序開展。三是考慮到數(shù)控機床在實際工作中往往會產(chǎn)生較多熱量，有可能使工作環(huán)境改變，給加工制造精度帶來不利影響，所以應借助傳感器技術(shù)對溫度變化情況進行全面把控，掌握溫度變化具體區(qū)間，對溫度驟變情況減少。四是在加工環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)機床需要對零部件進行夾緊處理，必須保證夾緊力度合理，以免因力度過大而使零部件受損，也要注意力度不足情況下會出現(xiàn)零部件移位問題，導致零部件直接報廢。因此，需要使用傳感器技術(shù)對零部件各部位的受力情況進行分析與掌握，通過智能系統(tǒng)對施加力度進行科學調(diào)控，讓機床加工過程穩(wěn)定，減少移位等各種問題的出現(xiàn)。例如，結(jié)合零部件受力分析數(shù)據(jù)，及時對切削扭矩進行調(diào)整，保證切削效率、質(zhì)量與安全性。

3.3 在智能機器人中的應用

現(xiàn)階段，大部分機器人手臂已完成傳感器的安裝，能夠更好地取代傳統(tǒng)人工操作，將工業(yè)生產(chǎn)效率與質(zhì)量做到有效提高。在智能機器人發(fā)展過程中，傳感器技術(shù)的應用可以對機器人在工作狀態(tài)中的數(shù)據(jù)進行收集，將數(shù)據(jù)信息進行轉(zhuǎn)換，形成能夠輸出的信號，幫助機器人對特定工作對象進行檢測，也可以模擬人類的感官，讓機器具備多種多樣的功能，從而完成惡劣與危險環(huán)境的工作。在智能機器人的應用過程，傳感器分為內(nèi)部與外部兩種，其中內(nèi)部傳感器是對機器人內(nèi)部工作狀態(tài)進行實時檢測，需要安裝檢測角度與速度的傳感器，若發(fā)現(xiàn)機器人出現(xiàn)異常，系統(tǒng)會根據(jù)傳感器獲得數(shù)據(jù)做出及時分析，結(jié)合故障問題制定解決措施，讓機器可以正常與穩(wěn)定運行。而外部傳感器是完成外部工作環(huán)境溫度、濕度與空間濃度的監(jiān)測，依托內(nèi)外部傳感器數(shù)據(jù)的收集與整合，對工作對象進行精準識別，智能系統(tǒng)會下達相應指令，由機器人完成。現(xiàn)如今，工業(yè)領域的機器人越來越多，能夠出色完成危險性高與重復性強的作業(yè)，工業(yè)機器人憑借視覺、聽覺與觸覺對作業(yè)步驟進行精準控制，牢牢把握工藝要點，結(jié)合作業(yè)環(huán)境的各種變化完成設備運行參數(shù)微調(diào)，同時獲得實時反饋的各種數(shù)據(jù)，為后續(xù)工作計劃的制定提供一定支持。

3.4 在汽車行業(yè)中的應用

在傳感器技術(shù)應用下，汽車產(chǎn)業(yè)隨之進入新發(fā)展階段，汽車傳感器的應用呈現(xiàn)出廣泛性，通過多個電子傳感器的安裝與使用，輔助提升汽車系統(tǒng)的自動化操控功能，實現(xiàn)汽車整體性能的提高，不僅滿足操控性，也提高駕駛的舒適與安全性。在汽車自檢系統(tǒng)、緊急制動系統(tǒng)與防側(cè)滑等主要系統(tǒng)中，均已成功使用傳感器技術(shù)，同時汽車不同部位在運行過程中產(chǎn)生的溫度不同，需要選擇能夠在高溫差值條件下可以正常工作傳感器，以保證傳感器技術(shù)的應用效果。在此基礎之上，對超聲波技術(shù)進行合理運用，完成周圍環(huán)境實時探測，為倒車雷達提供數(shù)據(jù)支持，還能夠滿足自動駕駛需要。超聲波技術(shù)應與雷達、攝像頭等各種類型的傳感器進行結(jié)合使用，以此來獲取豐富、全面與準確的信息。例如，部分智能汽車已實現(xiàn)無人駕駛，其借助攝像頭、超聲波雷達等技術(shù)與設備，完成周圍環(huán)境的快速檢測與實時分析，發(fā)出駕駛指令，讓汽車可以自動駕駛。在未來的汽車研發(fā)過程中，會對電子傳感器進行不斷更新與應用，搭配使用相應的輔助控制系統(tǒng)，讓汽車自動化控制水平全面提高，提高汽車自身性能與舒適度。

3.5 安全監(jiān)管領域中的應用

在安全監(jiān)管領域發(fā)展過程中，傳感器技術(shù)的應用對各行業(yè)生產(chǎn)安全有重要意義，特別是在煤礦生產(chǎn)過程中，傳感器技術(shù)的應用可以將人員傷亡有效減少，將煤礦挖掘與加工精準度提高[6]。以煤炭企業(yè)安全監(jiān)管為例，傳感器技術(shù)多用于粉塵檢測、事故預防等方面。針對粉塵含量檢測，考慮到大型機械設備的運行會產(chǎn)生各種煤塵，若煤塵含量超標有可能引發(fā)各種事故，不利于生產(chǎn)的有序開展，所以要借助傳感器技術(shù)完成煤塵含量的精準檢測，為煤塵控制與預防措施的制定帶來幫助，將煤塵含量進行嚴格控制，保證其在正常范圍內(nèi)。在具體應用過程中，可以使用光纖傳感器，對光向后散色法進行利用，完成作業(yè)環(huán)境全面檢測，檢測數(shù)據(jù)快速傳輸，由系統(tǒng)設備接收，技術(shù)人員結(jié)合數(shù)據(jù)信息完成處理措施的制定、優(yōu)化與落實，為煤炭開采作業(yè)順利進行提供有力支持。針對爆炸事故的預防，對瓦斯泄漏問題做到足夠重視，因為井下氧氣實際濃度大于12%，同時瓦斯?jié)舛仍?%-16%之間時，有可能出現(xiàn)熱鏈式反應，從而引發(fā)瓦斯爆炸。因此，借助光纖傳感器對甲烷氣體進行監(jiān)測，借助吸收光譜的作用，完成吸收峰值計算，測算甲烷含量，做好標準數(shù)值的設定，一旦作業(yè)環(huán)境內(nèi)的甲烷含量超過標準數(shù)值，系統(tǒng)將立即發(fā)出警報，管理人員迅速采取各種預案措施，避免問題擴大化，保證開采作業(yè)安全。

4 傳感器技術(shù)在機電一體化中的發(fā)展方向

基于科學技術(shù)與信息技術(shù)的持續(xù)更新與升級，為傳感器技術(shù)的完善與優(yōu)化帶來有力推動。目前，我國所使用的傳感器技術(shù)較發(fā)達國家而言，依舊存在一些差距，在未來會隨著技術(shù)更新而使差距逐漸縮短。在未來，傳感器技術(shù)在機電一體化中的發(fā)展會朝著新的方向發(fā)展，一是對新敏感研發(fā)力度不斷加大，將傳感器所具有的抗干擾能力進行全面提高，這是未來發(fā)展與研究的重點所在，需要在具體研發(fā)與實踐過程中對電源的穩(wěn)定性做到重視，依托穩(wěn)定電源將傳感器技術(shù)進步程度提高；二是朝著微型化方向發(fā)展，從體積、重量與功耗入手，對MEMS等先進微納加工技術(shù)進行運用，實現(xiàn)高精度的制造；三是環(huán)保監(jiān)測，對傳感器技術(shù)的監(jiān)測與控制功能提高，滿足工業(yè)生產(chǎn)排放物的監(jiān)測及控制，獲得空氣質(zhì)量、噪聲等各種環(huán)境數(shù)據(jù)，為綠色生產(chǎn)帶來促進；四是多功能化，需要對其物理量、化學量的測量功能進行拓展，讓傳感器朝著高精度方向發(fā)展，例如，研發(fā)與完善多參數(shù)傳感器，使其同時完成溫度、壓力等不同參數(shù)的測量，實現(xiàn)多參數(shù)監(jiān)控與反饋；五是數(shù)字化，機電一體化對系統(tǒng)已實現(xiàn)數(shù)字化與虛擬化，其中設計、制造與維護階段的數(shù)字化水平不斷提高，推動傳感器技術(shù)的數(shù)字化發(fā)展，要求數(shù)字化傳感器有高精度、高可靠性的采集與傳輸功能，還考慮到模擬信號可能存在的誤差，通過傳感器的應用將信號損失與誤差避免，所以傳感器勢必會走入數(shù)字化發(fā)展，同時與物聯(lián)網(wǎng)、云計算與區(qū)塊鏈等現(xiàn)代化信息技術(shù)充分融合，為機電一體化的可持續(xù)發(fā)展帶來支持與幫助。

5 結(jié)語

傳感器技術(shù)在機電一體化中的應用成功將工業(yè)生產(chǎn)效率與整體品質(zhì)做到全面提高，也增強系統(tǒng)運行的可靠性。近幾年，傳感器技術(shù)已廣泛用于數(shù)控機床、工業(yè)機器人、機械加工與汽車行業(yè)等多領域中，實現(xiàn)機電一體系統(tǒng)的不斷優(yōu)化與完善，能夠滿足各行業(yè)生產(chǎn)力提升需要，有利于我國工業(yè)現(xiàn)代化水平的科學提升。在未來，傳感器技術(shù)將走入高靈敏度、高精密度的發(fā)展，需要技術(shù)人員對其發(fā)展方向有明確認識，應用技術(shù)優(yōu)勢，為和諧社會構(gòu)建與綜合國力提升夯實牢固基礎。

基金項目：基于Arduino開源平臺高空智能作業(yè)機器人的設計與制造。項目來源：2023年通遼職業(yè)學院重點科研課題（課題編號：TZYKT23003）。

參考文獻：

[1]劉健，何海洋.機電一體化中的傳感器與檢測技術(shù)應用[J].電子技術(shù)，2023，52（12）：378-380.

[2]李春彬，霍紅偉.淺談機電一體化技術(shù)的發(fā)展與應用[J].中國設備工程，2023（21）：19-21.

[3]尹姣姣，別虎偉.傳感器在機電一體化系統(tǒng)中的應用[J].集成電路應用，2023，40（10）：86-88.

[4]肖天非.傳感器技術(shù)在機電一體化系統(tǒng)中的應用[J].現(xiàn)代農(nóng)機，2022（01）：117-118.

[5]劉毅.傳感器技術(shù)在機電自動化控制中的應用分析[J].農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)，2021，47（06）：56-57.

[6]吳新友.傳感器技術(shù)在機電一體化系統(tǒng)中的應用研析[J].中國測試，2021，47（10）：171.