傳感器在機電系統(tǒng)中的作用

張麗芳

【摘要】簡要概述傳感器現(xiàn)狀與發(fā)展，探討傳感器在機電一體化系統(tǒng)中的應用，并分析我國傳感器技術(shù)發(fā)展的幾點問題及發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】傳感器;機電一體化;機床;汽車

一、引言

現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展引起了工程領域的技術(shù)改造與革命。在機械工程領域，由于微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機械工業(yè)的滲透所形成的機電一體化，使機械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發(fā)展階段。

二、傳感器的現(xiàn)狀與發(fā)展

傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，主要用于檢測機電一體化系統(tǒng)自身與操作對象、作業(yè)環(huán)境狀態(tài)，作為有效控制機電一體化系統(tǒng)的運作提供一些相關(guān)信息。隨著人類探知領域和空間的拓展，電子信息種類日益繁多，信息傳遞速度越來越快，信息處理能力日益增強，相應的信息采集——傳感技術(shù)突飛猛進的發(fā)展，傳感器也將在我們身邊無處不在。

三、傳感器在機電一體化系統(tǒng)中的應用

傳感器是左右機電一體化系統(tǒng)（或產(chǎn)品）發(fā)展的重要技術(shù)之一，廣泛應用于各種自動化產(chǎn)品之中：

1.傳感器在數(shù)控機床上的應用

傳感器作為數(shù)控機床上的重要電器組件，廣泛的應用各類傳感器使得機床成就了其高度的自動化和高精。傳感器是一種能夠感應規(guī)定的被檢測量，并且按照著一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件，輸入信號（即被檢測量）為非電量，而輸出信號往往是我們更加易于處理的電量。

在一臺數(shù)控機床上面可以用到大量的各類傳感器：接近開關(guān)，壓力傳感器，溫度傳感器，液位傳感器，速度傳感器等類型的傳感器，主要用來檢測位臵，壓力、溫度和流動。

2.數(shù)控機床中常用的傳感器

（1）位移檢測及速度檢測的光電編碼器

光點編碼器它可以將機械轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成為電脈沖，在機床上面X軸和Z軸的端部配有光電編碼器，用于角位移的測量以及數(shù)字測速，角位移能夠通過絲杠螺距間接的反映拖板或刀架的直線位移;光電編碼器在經(jīng)過一定的角位移的時候變會產(chǎn)生一個脈沖，配合定時器就可以檢測出角速度，在速控機床中一般用于數(shù)控系統(tǒng)伺服單元的速度檢測。

（2）位臵檢測的接近開關(guān)

接近開關(guān)顧名思義就是當物體靠近的時候就會有信號輸出的開關(guān)，它不需要和被檢測物體進行直接的接觸，伊瑪?shù)慕咏_關(guān)在機床上的主要應用在刀架的選刀控制，工作臺的行程控制。如數(shù)控沖壓設備就有這種裝置，當人身體的某一部位靠近時，他就馬上把刀頭抬起，以免傷人。

（3）壓力的檢測

壓力傳感器是一種將壓力轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器，并且伊瑪?shù)闹悄苄蛪毫鞲衅骶哂卸嘟M可編程的輸出信號，可以對輸出信號類型進行全方位編程。在機床上機器適應于對工件夾緊力進行監(jiān)測，當夾緊力低于設定的值的時候會導致工件松動，系統(tǒng)發(fā)出報警，停止走刀;另外還可以檢測車刀切削力的變化，再者，它在潤滑系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)，氣壓系統(tǒng)中用來檢測油路或者氣路中的壓力，當油路或者氣路的壓力小于設定值的時候，其觸電會動作然后把信號送到控制系統(tǒng)進行控制。

3.機械加工過程的傳感檢測技術(shù)

（1）切削過程和機床運行過程的傳感技術(shù)

切削過程傳感檢測的目的在于優(yōu)化切削過程的生產(chǎn)率、制造成本或（金屬）材料的切除率等。切削過程傳感檢測的目標有切削過程的切削力及其變化、切削過程顫震、刀具與工件的接觸和切削時切屑的狀態(tài)及切削過程辨識等。

（2）工件的過程傳感

與刀具和機床的過程監(jiān)視技術(shù)相比，工件的過程監(jiān)視是研究和應用最早、最多的。它們多數(shù)以工件加工質(zhì)量控制為目標。粗略地講，工序識別是為辨識所執(zhí)行的加工工序是否是工（零）件加工要求的工序;工件識別是辨識送入機床待加工的工件或者毛坯是否是要求加工的工件或毛坯，同時還要求辨識工件安裝的位姿是否是工藝規(guī)程要求的位姿。完成這些識別與監(jiān)視將采用或開發(fā)許多傳感器，如基于TV或CCD的機器視覺傳感器、激光表面粗糙度傳感系統(tǒng)等。

（3）刀具（砂輪的檢測傳感）或出現(xiàn)破損，使它們失去切磨削能力或無法保證加工精度和加工表面完整性時，稱為刀具/砂輪失效。工業(yè)統(tǒng)計證明，很多刀具失效事例還可能引發(fā)設備或人身安全事故，甚至是重大事故。

4.汽車自動控制系統(tǒng)中的傳感技術(shù)

隨著傳感器技術(shù)和其它新技術(shù)的應用，現(xiàn)代化汽車工業(yè)進入了全新時期。如EPS電動隨速助力轉(zhuǎn)向、ASR電子穩(wěn)定程序、ABS防抱死制動系統(tǒng)等。為提高行駛中的安全性、可靠性和舒適性，先進的檢測和控制技術(shù)已擴大到汽車全身。在其所有重點控制系統(tǒng)中，必不可少地使用曲軸位置傳感器、吸氣及冷卻水溫度傳感器、壓力傳感器、氣敏傳感器等各種傳感器。

四、我國傳感器技術(shù)發(fā)展存在的問題及發(fā)展方向

傳感器技術(shù)是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是機電一體化系統(tǒng)不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)之一，其水平高低在很大程度上影響和決定著系統(tǒng)的功能。在一套完整的機電一體化系統(tǒng)中，如果不能利用傳感檢測技術(shù)對被控對象的各項參數(shù)進行及時準確地檢測出并轉(zhuǎn)換成易于傳送和處理的信號，我們所需要的用于系統(tǒng)控制的信息就無法獲得，進而使整個系統(tǒng)就無法正常有效的工作。

我國傳感器的研究主要集中在專業(yè)研究所和大學，與國外先進技術(shù)相比，我們還有較大差距，主要表現(xiàn)在：

（1）先進的計算、模擬和設計方法;

（2）先進的封裝技術(shù)與設備;

（3）可靠性技術(shù)研究等方面。因此，必須加強技術(shù)研究和引進先進設備，以提高整體水平。傳感器技術(shù)今后的發(fā)展方向可有以下幾方面：

1.加速開發(fā)新型敏感材料：通過各種新技術(shù)的綜合利用，可望研制出一批基于新型敏感材料的先進傳感器。

2.向高精度發(fā)展：研制出靈敏度高、精確度高、互換性好的新型傳感器以確保生產(chǎn)自動化的可靠性。

3.向微功耗及無源化發(fā)展：傳感器一般都是非電量向電量的轉(zhuǎn)化，工作時離不開電源，開發(fā)微功耗的傳感器及無源傳感器是必然的發(fā)展方向。

4.向智能化發(fā)展：處理器速度的提高和微機的高性能化、傳感器系統(tǒng)的集成化，有力地推動著機電一體化產(chǎn)品向智能化方向發(fā)展。

參考文獻

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