傳感器在機電一體化技術中的應用探討

摘 要：本文簡述了當前傳感器技術的發展與應用前景，討論了該技術在機電領域的使用環節，并對該技術在機電一體化系統中存在的多發問題進行原因剖析，為今后此類技術的在企業中的應用提供合理建議。

關鍵詞：傳感器部件；原理；機電一體化；系統；發展

在現有機電一體化領域中，傳感器作為主要部件，有著至關重要的作用，它的作用相當于感官器官，能夠及時敏捷的獲取機器設備所需信息，并能有效發出指令去實現某一過程，該技術是機電自動化系統中科技水平最高的環節，如果傳感器系統不能有效工作，機電系統的信息處理、數據分析、控制裝置都會失去相應功能，對高精度的機電設備來言，傳感器技術是精髓，需要我們在工作中加以總結學習。

1 傳感器的應用現狀與前景

傳感器是能感受規定的被測量并按一定規律轉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自身與操作對象、作業環境狀態，為有效控制機電一體化系統的運作提供必須的相關信息。隨著人類探知領域和空間的拓展，電子信息種類日益繁多，信息傳遞速度日益加快，信息處理能力日益增強，相應的信息采集—傳感技術也將日益發展，傳感器也將無所不在，傳感技術已成為重要的現代科技領域，傳感器及其系統生產已成為重要的新興行業。

2 傳感器在機電一體化體系中的運用

傳感器是衡量機電一體化產品或系統是否優越的重要指標之一，該技術在機械設備中廣泛使用，通常應用于以下幾個領域。

2.1 工業用傳感器

工業裝備能夠實現高精度運作，主要是應用了多種傳感器部件來控制，傳感器通過對工業設備的下達指令，然后去按照程序進行工作，例如傳感器可以讓工業設備實現位置定位、轉移、運行速度等環節的有效改變，完成對應的操作，實現高精度的對機器設備進行控制。

2.2 機械加工過程的傳感檢測技術

（1）切削過程和機床運行過程的傳感技術。切削過程傳感檢測的目的在于優化切削過程的生產率、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及切削過程辨識等，而最重要的傳感參數有切削力、切削過程振動、切削過程聲發射、切削過程電機的功率等。對于機床的運行來講，主要的傳感檢測目標有驅動系統、軸承與回轉系統、溫度的監測與控制及安全性等，其傳感參數有機床的故障停機時間、被加工件的表面粗糙度和加工精度、功率、機床狀態與冷卻潤滑液的流量等。

（2）工件的過程傳感。與刀具和機床的過程監視技術相比，工件的過程監視是研究和應用最早、最多的。它們多數以工件加工質量控制為目標工件識別和工件安裝位姿監視要求也提到日程上來。粗略地講，工序識別是為辨識所執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程要求的位姿。此外，還可以利用工件識別和工件安裝監視傳感待加工毛坯或工件的加工質量和表面缺陷。完成這些識別與監視將采用或開發許多傳感器，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等。

3 傳感器技術發展的若干問題及發展方向

傳感器技術是實現自動控制、自動調節的關鍵環節，也是機電一體化系統不可缺少的關鍵技術之一，其水平高低在很大程度上影響和決定著系統的功能；其水平越高，系統的自動化程度就越高。在一套完整的機電一體化系統中，如果不能利用傳感檢測技術對被控對象的各項參數進行及時準確地檢測出并轉換成易于傳送和處理的信號，我們所需要的用于系統控制的信息就無法獲得，進而使整個系統就無法正常有效的工作。

傳感器技術是實現機械設備自動控制、自動運行的關鍵技術，也是機電一體化系統中不可缺失的環節，傳感器技術的高低直接決定了機電設備的先進性，水平越高，機電設備就越先進，它的先進性和應用性主要體現在以下幾個方面：

（1）先進的計算、模擬和設計方法。

（2）先進的微機械加工技術與設備。

（3）先進的封裝技術與設備。

（4）可靠性技術研究等方面。因此，必須加強技術研究和引進先進設備，以提高整體水平。

傳感器技術今后的發展方向可有幾方面：

①加速開發新型敏感材料：通過微電子、光電子、生物化學、信息處理等各種學科，各種新技術的互相滲透和綜合利用，可望研制出一批基于新型敏感材料的先進傳感器。

②向高精度發展：研制出靈敏度高、精確度高、響應速度快、互換性好的新型傳感器以確保生產自動化的可靠性。

③向微型化發展：通過發展新的材料及加工技術實現傳感器微型化將是近十年研究的熱點。

④向微功耗及無源化發展：傳感器一般都是非電量向電量的轉化，工作時離不開電源，開發微功耗的傳感器及無源傳感器是必然的發展方向。

⑤向智能化數字化發展：隨著現代化的發展，傳感器的功能已突破傳統的功能，其輸出不再是一個單一的模擬信號（如0～10mV），而是經過微電腦處理好后的數字信號，有點甚至帶有控制功能，即智能傳感器。

4 結語

傳感器技術是研究機電一體化系統中的信息傳遞問題，使系統中信息和能量的傳遞和轉換更加順暢，使系統各部分有機地結合在一起，形成完整的系統。傳感器技術是在機電一體化技術的基礎上發展起來的，隨著機電一體化技術的發展而變得越來越重要；同時傳感器技術的研究也必然促進機電一體化的發展。從某種意義上講，機電一體化系統的設計，就是根據功能要求選擇了各部分后所進行的傳感器應用設計。傳感器的好與壞直接影響到機電一體化系統的控制性能，以及系統運行的穩定性和可靠性，因此傳感器技術是機電一體化系統的關鍵環節。

參考文獻

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（作者單位：唐山國豐鋼鐵有限公司）