傳感器技術在機電控制系統中的應用

喬會鵬+李小莉

摘 要：現代科學技術的發展極大地推動了不同學科的交叉與滲透，引起了工程領域的技術改造與革命。機電控制系統中，傳感器在信息獲取方面，具有快速、精確等特征，是機電控制系統能否達到高水平的重要保障。為此，本文主要對傳感器技術的概況、機電控制系統及智能建筑機電設備控制中傳感器技術的應用進行了探討。

關鍵詞：傳感器技術；機電控制系統；概況；智能建筑

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。

1 傳感器技術的概況

傳感器是指能感受規定的被測量，并按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。 我國國家標準（GB7665-2005）對傳感器的定義是："能感受被測量并按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置"。傳感器作為信息獲取的重要手段，與通信技術和計算機技術共同構成信息技術的三大支柱。作用：利用物理效應、化學效應、生物效應，把被測的物理量、化學量、生物量等轉換成符合需要的電量。

2 傳感器在機電控制系統中的應用

1、機器人的傳感器應用

工業機器人之所以能夠準確操作，是因為它能夠通過各種傳感器來準確感知自身、操作對象及作業環境的狀態，包括：其自身狀態信息的獲取通過內部傳感器（位置、位移、速度、加速度等）來完成，操作對象與外部環境的感知通過外部傳感器來實現，這個過程非常重要，足以為機器人控制提供反饋信息。

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。20世紀80年代以來，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裕量和表面缺陷。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）刀具（砂輪的檢測傳感。切削與磨削過程是重要的材料切除過程。刀具與砂輪磨損到一定限度（按磨鈍標準判定）或出現破損（破損、崩刃、燒傷、塑變或卷刀的總稱），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。工業統計證明，刀具失效是引起機床故障停機的首要因素，由其引起的停機時間占NC類機床的總停機時間的1/5-1/3.此外，它還可能引發設備或人身安全事故，甚至是重大事故。

3、汽車自動控制系統中的傳感技術

隨著傳感器技術和其它新技術的應用，現代化汽車工業進入了全新時期。汽車的機電一體化要求用自動控制系統取代純機械式控制部件，這不僅體現在發動機上，為更全面地改善汽車性能，增加人性化服務功能，降低油耗，減少排氣污染，提高行駛安全性、可靠性、操作方便和舒適性，先進的檢測和控制技術已擴大到汽車全身。在其所有重點控制系統中，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。

3 傳感器在智能建筑機電設備控制中的應用

智能建筑的機電設施系統很多，包括供配電照明系統、空調系統、給排水系統、電梯控制系統等。傳感器在其中都得到廣泛的應用。如空調系統中大量的溫度、濕度傳感器，給排水系統中的流量傳感器等。這里主要介紹傳感器在電梯控制中的應用。

以轎廂式電梯為例，電梯由轎廂、曳引機構、導軌、對重、安全裝置和控制系統組成。其控制包括拖動系統的控制和操控系統的控制。后者指對來自轎廂、廳站、井道、機房等外部控制信號的分析、判斷和處理。

1、選層控制

乘客進入轎廂后，會在控制面板上鍵入所要到達的樓層數字，控制電梯的電腦必須知道電梯所在的位置，才能正確指層，選擇減速點，正確平層。一般電梯都采用光電脈沖編碼器來實現測距。

曳引電動機旋轉后，編碼器即輸出脈沖，脈沖數正比于電梯運行的距離。例如，電梯上行到3樓，設3樓距地面對應9000個脈沖，減速點設定在7000個脈沖，當電梯從地面（設為零點）往上時即開始計數，當計數到7000個脈沖時，發出減速指令，于是電梯慢速上行，當計數到9000個脈沖時，發出停止指令，電梯便停在3樓層面。

2、入口安全保護

電梯門有層門和轎門兩扇，并在停靠層同時開閉。層門固定設在每層入口處，轎門設在轎廂靠近層門的一側隨轎廂升降。開關門時，為保證乘客或貨物的安全，電梯門的入口處都有保護裝置。光電式保護裝置是在轎門邊上安裝兩道水平光電裝置，選用對射式紅外光電開關，對整個開門寬度進行檢測。在轎門關閉的過程中，只要遮斷任一道光路，門都會重新開啟，待乘客進入或離開轎廂后才繼續完成關閉動作。

超聲波保護裝置一般安裝在轎門的上方。在關門過程中，當檢測到門前有乘客想進轎廂時，則門會重新打開，待乘客進入轎廂后再關閉。防夾條是當發生乘客的手或腳還未完全進入轎廂，光電、超聲傳感器未起作用時，手或腳就有被轎門夾住的危險，這時必須立即重新打開轎門。在兩扇轎門的邊沿。各安裝了一根防夾條。防夾條內部有兩根距離很近的金屬條，其長度與轎門相等，外面用柔軟的橡膠包裹。當乘客被夾時，兩根金屬條發生短路，向電梯的控制系統發出報警信號，轎門和層門立即微開一段距離，待報警消除后再重新關閉。

4 結束語

綜上所述，21世紀人類將全面進入信息電子化時代，隨著人類探知領域和空間的拓展，電子信息種類的日益繁多，信息傳遞的速度日益加快，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，進而傳感器也將無所不在。從20世紀80年代起，逐步在世界范圍內掀起了一股“傳感器熱”，各先進工業國都極為重視傳感技術和傳感器的研究、開發和生產。傳感技術已經成為重要的現代科技領域，而傳感器及其系統的生產已成為重要的新興行業。

參考文獻

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