電子傳感器在機械制造中的集成問題略論

張文初

（湖南鐵道職業技術學院 412001）

1 電子傳感器技術

電子傳感器技術綜合了材料、化學、物理以及微電子等方面的知識和科技成果，已經能代表現代科技最高水平。與傳感器有關的高科技產業也被世界各國公認為最有發展前途和市場最為廣闊的產業。電子傳感器作為現代科技的先鋒產品,已經成為人類社會的重要技術基礎。目前世界上的傳感器種類多達三萬種以上，而且它們在各個行業領域的應用也越來越廣泛和深入。尤其是電子傳感器在信息的采集和處理上，能力日益增強，速度日益加快，為人類進入信息化時代立下汗馬功勞。

作為現代信息技術的核心之一，電子傳感器技術必將是世界各國在高科技領域博弈的重要戰場。歐美等發達國家早在上世紀八十年代左右就已經把傳感器技術列入到了國家重點開發技術，到現在也取得了令人矚目的成果.

2 電子傳感器技術的現狀和發展

為了能夠使得電子傳感器在信息捕獲量和處理速度等方面跟得上時代的發展需要電子傳感器正在向著微型化、智能化和低能耗的方向發展。隨著我們對電子傳感器的精確度和可靠性的要求不斷增加，傳統的大體積和功能弱的傳感器已經被各種高性能的微型傳感器所代替。目前電子傳感器的主要材料由硅組成，它具有重量輕、體積小、靈敏度高和成本低的優點，因此新型傳感器被迅速應用于航空、工業自動化以及醫療等各行業領域。智能化電子傳感器指的是不僅能夠儲存和處理信息，而且還可以進行邏輯思考以及做出判斷的傳感器系統。這類傳感器主要由主傳感器、輔助傳感器和微型計算機組成，目前智能傳感器已經被應用于溫度、壓力等方面的測定。

3 電子傳感器的應用特點

3.1 數字化特點

以電子傳感器為核心建立起的生產檢測系統可以很好地滿足對信息的傳送、儲存、處理、記錄以及控制等要求，在生產中可以實現自動監測和控制。近年來，以數據技術作為支撐的新型電子傳感器在精確度和靈敏度等方面表現更為出色，應用價值更高。

3.2 安全化特點

很多傳統的各種生產流水線并沒有配備專門的或者先進的監控調度系統，這就導致很多制造設備在使用過程中的很多小故障不能被技術人員及時發現和排除，這就往往造成以后大事故的出現。

4 電子傳感器在機械制造中的應用情況

4.1 傳感技術在切削及機床運行過程中的應用

將傳感檢測技術應用于切削過程的目的在于優化切削過程的精確度、制造成本以及生產效率等等。在切削過程中，需要檢測的指標有切削力的變化情況、切削過程中的顫震情況、切屑的狀態以及切削刀具和被切工件的接觸情況。其中最重要的幾個傳感參數包括切削力的變化、切削過程中的震動和點擊的功率變化等等。在機床的運行過程中，需要檢測的指標有軸承與回轉系統、驅動裝置、安全性和溫度的監測控制。

4.2 電子傳感技術在工件加工過程的應用

關于工件的加工過程的傳感檢測這方面的研究相對于機床以及刀具工作過程的傳感檢測來說是起步最早的,因為它直接決定了工件的加工質量。從上個世紀八十年代開始，關于工件的識別和安裝位姿的監控系統的需求越來越迫切。簡單來講，工件識別就是辨別被送入機床的工件是否是要求被加工的工件；而工序識別指的是辨別出索要執行的加工工序是否是要求的工序；在很多情況下，還要求系統能夠判斷出待加工工件的位姿是否符合工藝規程的要求；

4.3 電子傳感器在刀具和砂輪檢測上的應用

目前在機械制造過程中,切削和磨削依然是最重要的工件加工方法。當刀具和砂輪磨損程度超過某一個規定值（不同場合按照不同的磨鈍標準判定）或出現破損，根據權威數據顯示，在工業生產中，引起機床故障停機的第一大因素就是刀具或砂輪失效，它能占到NC類機床總停機時間的20%-35%。

現在的電子傳感檢測系統則很好地解決了這樣的問題，在這里我們以某刀具傳感器的應用為例。眾所周知，在切削加工過程中，刀具所受到的負載和多種因素有關，根據相關的在線檢測規定，考慮以下幾個較大的影響因素：主軸轉速、切削深度、進給速度以及加工材料等等，這樣就可以很好地控制這類問題的發生。而電子傳感器檢測系統可以實時將以上因素的數據傳輸給計算機，然后就可以模擬出刀具的負載模型，進而得出刀具的磨損程度和壽命，這樣就可以避免由于刀具失效而導致的各種問題的發生。

5 電子傳感器在汽車上的應用情況

現代汽車工業已經隨著電子傳感器以及其他新技術的不斷應用,進入了全新發展的時期。現代的汽車機電一體化要求傳統的機械式控制部件要被自動控制系統所代替，這不僅僅只是表現在汽車發動機上，還要更加全面徹底地改善汽車的性能，例如：提高行駛的安全性與可靠性、降低油耗、減少排氣污染、操作和各方面服務更加人性化等等。目前在一輛現代化汽車的全身都已經布滿了先進的檢測和控制系統，大約能達到近百只傳感器，而高級的豪華轎車安裝的傳感器數則可達到數百個之多。傳感器技術作為現代工業控制的支柱產業，在汽車電子研究中占據著重要地位，例如:曲軸位置傳感器、壓力傳感器以及溫度傳感器等等。

5.1 車用傳感器的國內外發展現狀

汽車制造業已經是傳感器的最大用戶，因為傳感器技術是促進汽車向高檔化和自動化方向發展的重要組成部分。由于相對于汽車傳統的機械和電氣技術來說，汽車傳感技術的研究起步較晚，所以現在世界上的汽車生產大國都非常注重這方面的研究，對車用傳感器的性能、尺寸和價格也很重視。因此，現在的傳感器市場絕大部分都被德國的西門子、美國的霍尼韋爾等公司占有。

5.2 關于汽車電子傳感技術的開發研究及其類型

從上個世紀九十年代以來,在車用傳感系統中,智能化集成傳感器已經被越來越多的研究開發。這種類型的傳感器可以有效代替電控裝置中的一些器件，使得傳感器在整個汽車的電控系統中成為一個獨立的整體。智能化集成傳感器的開發研究主要分為三個步驟：一、將薄膜以及厚膜電路安裝在一個小型殼體內，制作成一個小型的智能化傳感器；二、開發具有線性度較高、重復性好以及價格便宜等優點的自校準、自補償能力的智能化傳感器；三、最后開發出能夠應用于汽車電控系統的智能化集成傳感器。

5.2.1 電子傳感器在發動機上的應用

作為整個汽車傳感器的核心，發動機控制系統包括壓力、溫度、流量、爆震以及位置和轉速等多種類型傳感器。這些傳感器將發動機工作情況出送給電子控制元件（ECU）,使其能對發動機做出精確控制，以提高它的動力性，同時還可以降低油耗和廢氣排放，實時進行故障檢測。

5.2.2 電子傳感器在車身的應用

車身傳感器的主要目的是提高汽車的安全性、可靠性以及舒適性。主要的種類有安全氣囊中的加速度傳感器、倒車控制中的激光傳感器、測量車距的距離傳感器；隨著衛星導航和地理信息技術的發展，導航傳感器也被應用汽車上，

5.2.3 電子傳感器在底盤的應用

在汽車底盤上的主要傳感器類型主要有：壓力及旋轉位移傳感器、側路面角速率傳感器、懸架位置傳感器和車輪角位置傳感器等。由于汽車底盤的工作環境較為惡劣，所以對傳感器的質量也提出了更高的要求，它的耐惡劣環境技術指標要比普通工業用傳感器高出一個數量級，同時測量精度還要能夠保證。

6.結束語

隨著我們的設計技術、半導體技術、加工技術和材料技術不斷發展，未來的電子傳感器必將會向著微型化、集成化和智能化發展，所能應用的領域也會更加的廣泛。電子傳感器技術可以有效提高機械設備的性能，提高產品的質量。這就要求我國的傳感器生產企業要加強相關技術的投入和研究，積極引進國外的先進設備，努力提高自己的市場競爭力，為我國傳感器市場能夠早日實現自給做出貢獻。

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