傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化的應(yīng)用研究

黃永林

（廣東美的制冷設(shè)備有限公司，廣東 佛山 528311）

0 前言

隨著我國(guó)社會(huì)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平不斷提高。機(jī)電一體化的過程中，傳感器作為重要的技術(shù)手段，能夠有效的檢測(cè)系統(tǒng)的狀態(tài)和現(xiàn)象，進(jìn)而為人們提供有效的系統(tǒng)信息，便于人們進(jìn)行系統(tǒng)的控制和處理，成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用，可以快速的獲得所需要的信息，提高了機(jī)電一體化系統(tǒng)的整體水平，實(shí)現(xiàn)精確的系統(tǒng)信息除了和控制決策。

1 傳感器的概念及種類

傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。

常見的傳感器種類主要包括以下幾種：電化學(xué)傳感器，通過與被測(cè)氣體發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生與氣體濃度成正比的電信號(hào)來工作，可分為一氧化碳傳感器、二氧化氮傳感器、甲醛傳感器等；電量傳感器，是一種將被測(cè)電量參數(shù)轉(zhuǎn)換成直流電流、直流電壓并隔離輸出模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)的裝置；電阻式傳感器，是將被測(cè)量，如位移、形變、力、加速度、濕度、溫度等這些物理量轉(zhuǎn)換成電阻值這樣的一種器件。主要有電阻應(yīng)變式、壓阻式、熱電阻、熱敏、氣敏、濕敏等電阻式傳感器件；稱重傳感器，是一種能夠?qū)⒅亓D(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)力的電轉(zhuǎn)換裝置，是電子衡器的一個(gè)關(guān)鍵部件；溫度傳感器，根據(jù)電阻阻值、熱電偶的電勢(shì)隨溫度不同發(fā)生有規(guī)律的變化的原理，我們可以得到所需要測(cè)量的溫度值；位移傳感器，又稱為線性傳感器，把位移轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。位移傳感器是一種屬于金屬感應(yīng)的線性器件，傳感器的作用是把各種被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為電量它分為電感式位移傳感器，電容式位移傳感器，光電式位移傳感器，超聲波式位移傳感器，霍爾式位移傳感器；壓力傳感器，是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，一般普通壓力傳感器的輸出為模擬信號(hào)，模擬信號(hào)是指信息參數(shù)在給定范圍內(nèi)表現(xiàn)為連續(xù)的信號(hào)；液位傳感器，是基于所測(cè)液體靜壓與該液體的高度成比例的原理，采用國(guó)外先進(jìn)的隔離型擴(kuò)散硅敏感元件或陶瓷電容壓力敏感傳感器，將靜壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過溫度補(bǔ)償和線性修正，轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)。

2 傳感器的研究現(xiàn)狀分析

從20 世紀(jì)80年代，世界范圍內(nèi)掀起了“傳感器”熱，各國(guó)都致力于傳感器技術(shù)的研發(fā)和生產(chǎn)，促進(jìn)了傳感器技術(shù)的快速發(fā)展。傳感器成為重要的技術(shù)手段，傳感器系統(tǒng)成為一個(gè)新興行業(yè)。如今，全世界傳感器的銷售總額已經(jīng)達(dá)到200 億美元，并且以每年80%的增長(zhǎng)率發(fā)展，傳感器的種類已經(jīng)超過2 萬種。現(xiàn)階段，傳感器已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、商業(yè)和農(nóng)業(yè)等各個(gè)行業(yè)。我國(guó)已經(jīng)把傳感器技術(shù)列為列入國(guó)家重點(diǎn)攻關(guān)計(jì)劃及中長(zhǎng)期科技發(fā)展重點(diǎn)新技術(shù)之一。傳感器技術(shù)將在本世紀(jì)迎來發(fā)展的高潮，并且不失時(shí)機(jī)的研發(fā)出新傳感器產(chǎn)品，成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。

3 機(jī)電一體化中傳感器的作用效果

在我國(guó)機(jī)電一體化的系統(tǒng)中，傳感器技術(shù)成為最重要的技術(shù)手段之一，占據(jù)首要的地位。傳感器的作用特點(diǎn)，等同于系統(tǒng)的感受器官，能夠精確的獲得系統(tǒng)的有效信息，甚至是在惡劣的環(huán)境下，也能夠經(jīng)受嚴(yán)酷的考驗(yàn)，保證了機(jī)電一體化系統(tǒng)具有較高的水平。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的革新，傳感器作為系統(tǒng)的前端單元，其作用和地位越來越突出。

4 機(jī)電一體化系統(tǒng)中傳感器的應(yīng)用

4.1 傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)成為一種高科技的產(chǎn)物，能夠準(zhǔn)確的感知周圍環(huán)境。傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用，使得工業(yè)機(jī)器人可以感知周圍環(huán)境，在內(nèi)部傳感器的作用下，可以獲得自身狀態(tài)信息，加上外部傳感器的作用，能夠?qū)⒉僮鲗?duì)象和外部環(huán)境相聯(lián)系，為工業(yè)機(jī)器人提供有效的反饋信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的準(zhǔn)確操作。

4.2 傳感檢測(cè)技術(shù)在機(jī)械加工過程中的應(yīng)用

在機(jī)械加工領(lǐng)域，傳感器監(jiān)測(cè)技術(shù)主要是應(yīng)用于機(jī)械切削過程、機(jī)床運(yùn)行過程、工件過程的傳感和砂輪工具的監(jiān)測(cè)。其中，切削過程中傳感器的應(yīng)用，通過檢測(cè)切削過程的切削力變化、震顫、切削狀態(tài)等，控制切削過程的進(jìn)行，提高了機(jī)械加工的生產(chǎn)率，降低了材料成本，提升了材料的切除率。機(jī)床的運(yùn)行過程，在傳感器的作用下，檢測(cè)軸承與回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、溫度及安全性，有效控制機(jī)床的運(yùn)行。工件過程的傳感中，傳感器可以提高工序識(shí)別和工件安裝監(jiān)視過程的控制，可以獲得工件的加工信息，提高工件的準(zhǔn)確性。砂輪刀具的檢測(cè)傳感，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)刀具和砂輪的變形、損害等問題，保證加工表面的精密度，提高設(shè)備的安全性。

4.3 傳感技術(shù)在汽車自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

汽車傳感器具有適應(yīng)性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、耐惡劣環(huán)境、可靠性和穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，是汽車中電子控制系統(tǒng)中的必要設(shè)備，廣泛地應(yīng)用于汽車管理系統(tǒng)中。汽車機(jī)電一體化，采用傳感器自動(dòng)控制系統(tǒng)，代替了傳統(tǒng)的純機(jī)械控制部件，改善了汽車的綜合性能，降低了汽車的油耗，提高了行駛的安全性和舒適性。

5 傳感器技術(shù)發(fā)展所存在的問題及其發(fā)展方向

我國(guó)傳感器技術(shù)有了一定的進(jìn)步。但是，與國(guó)外相比，我國(guó)機(jī)電一體化系統(tǒng)中傳感器的應(yīng)用仍然存在較大的差距。我國(guó)傳感器技術(shù)發(fā)展中存在著一些問題，我國(guó)的傳感器相關(guān)計(jì)算、設(shè)計(jì)和模擬方法不夠先進(jìn)，不能夠滿足機(jī)電一體化中傳感器應(yīng)用的需要，同時(shí)，我國(guó)微機(jī)械加工技術(shù)和設(shè)備也不夠完善，缺乏先進(jìn)的微機(jī)械加工技術(shù)和設(shè)備，沒有相關(guān)的封裝技術(shù)，傳感器設(shè)備與發(fā)達(dá)國(guó)家有較大的差距，此外，我國(guó)沒有可靠的傳感器技術(shù)研究作為技術(shù)支撐。

針對(duì)上述我國(guó)傳感器技術(shù)發(fā)展中存在的問題，我國(guó)要積極引進(jìn)高新技術(shù)，提高傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的水平。傳感器技術(shù)今后的發(fā)展方向?yàn)椋旱谝唬瑢⑽㈦娮印⑸锘瘜W(xué)、光電子、信息處理等學(xué)科相融合，研發(fā)新型敏感材料的傳感器，提高傳感器抗干擾能力。第二，開發(fā)出響應(yīng)快、靈敏度高、精準(zhǔn)度高、互換性好的感應(yīng)材料，應(yīng)用于傳感器生產(chǎn)中，促進(jìn)傳感器技術(shù)的高精度發(fā)展。第三，傳感器的微型化發(fā)展，通過研究新材料和新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)傳感器的微型化。第四，智能化發(fā)展，提高測(cè)控系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，滿足機(jī)電一體化中傳感器的要求，促進(jìn)傳感器的智能化數(shù)字化方向發(fā)展。第五，傳感器的微功耗和無源化發(fā)展，由于傳感器是利用電源工作的，所以，開發(fā)傳感器微功耗和無源化將是機(jī)電一體化的必然發(fā)展方向。

6 結(jié)語(yǔ)

機(jī)電一體化系統(tǒng)中，通過應(yīng)用傳感器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的信息傳遞，是一種非常有效的檢測(cè)技術(shù)。機(jī)電一體化系統(tǒng)中傳感器的應(yīng)用，主要包括傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用，傳感檢測(cè)技術(shù)在機(jī)械加工過程中的應(yīng)用和傳感技術(shù)在汽車自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。我國(guó)傳感器技術(shù)將向敏感材料、感應(yīng)材料、微型化、智能化、微功耗和無源化方向發(fā)展。

［1］林青.淺析傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].福建廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，03：67-70.

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