機電一體化中傳感器與檢測技術的實際應用分析

陶榮寶

摘要：本文對傳感器和檢測技術在機電一體化系統(tǒng)中的應用進行了分析，希望能為機電一體化的進一步發(fā)展提供有益的參考。

關鍵詞：機電一體化;傳感器與檢測技術;實際應用

1機電一體化和傳感器之間的相關分析

1.1傳感器的概述

傳感器也有著其發(fā)展的過程，最初傳感器只是承擔著如眼耳鼻等人體感知器官數(shù)據(jù)收集的功能，而發(fā)展到了現(xiàn)代之后，傳感器的功能又增加了如人體大腦一樣的分析判斷和管控的能力，除了可以將從外界獲取的信息和變化進行處理，轉化為能夠讀取的信息數(shù)據(jù)，還可以實際運行情況進行實時的監(jiān)控。同時實際運用的時候，依然需要根據(jù)檢測的對象，來分析選擇適合的傳感器，如果是檢測機電一體化設備的受壓情況和內部溫度，則選選用內部信息傳感器，如果是針對外部的環(huán)境、濕度和溫度進行監(jiān)測，那就可以用外部傳感器。所以，傳感器的應用也需要與機電一體化系統(tǒng)的具體操作情況和感受相結合[1]。

1.2兩者之間的關系

機電一體化中的機電設備中重要的組成部分之一就是傳感器，它的主要功能對于存在于設備運行中的特征參數(shù)如速度、壓力、溫度、加速度、位移等進行的收集、測量，并對系統(tǒng)的運行起到有效控制的作用。

1.3作用和意義

傳感器與檢測技術的發(fā)展極為迅猛，發(fā)展出了缺陷無損、材料厚度檢測技術、空間定位跟蹤檢測技術、故障檢測技術、機械結構件失效分析評估技術、高精度位移跟蹤控制技術、潤滑及預知性設備管理技術以及視覺傳感技術等，不同的技術都基于不同的傳感器，同時再與信息化網(wǎng)絡技術和無線通信技術相結合，機電一體化系統(tǒng)的發(fā)展也不斷得到推進和提升，隨著技術的不斷成熟和提高，其發(fā)展也將更微型化、高度集成化、高效化和與多學科技術的高度整合化。

2傳感器與檢測技術在建筑機電一體化體系中的應用

2.1傳感器在樓宇自控系統(tǒng)的應用

2.1.1基于路由的無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)融合

無線傳感器網(wǎng)絡以數(shù)據(jù)為中心的特點，要求中間節(jié)點在將數(shù)據(jù)從源節(jié)點轉發(fā)到匯聚節(jié)點（簡稱節(jié)點）的過程中，根據(jù)數(shù)據(jù)的內容融合來自多個數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，以減少信息冗余，減少傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，達到節(jié)能的目的。因此，有必要將路由技術與數(shù)據(jù)融合相結合。通過在數(shù)據(jù)轉發(fā)過程中適當?shù)剡M行數(shù)據(jù)融合，可以減少數(shù)據(jù)融合過程中的網(wǎng)絡擁塞，并且可以輔助路由協(xié)議延長網(wǎng)絡壽命。

路由協(xié)議負責將數(shù)據(jù)分組從源節(jié)點通過網(wǎng)絡轉發(fā)到目的節(jié)點，包括兩方面的功能：尋找源節(jié)點和目的節(jié)點間的優(yōu)化路徑;將數(shù)據(jù)分組沿著優(yōu)化路徑正確轉發(fā)。

在無線傳感器網(wǎng)絡中，路由協(xié)議需要有效地利用能量，并且傳感器節(jié)點的數(shù)量往往很多，節(jié)點只能獲取局部拓撲結構，這需要路由協(xié)議根據(jù)局部網(wǎng)絡信息選擇合適的路徑。此外，無線傳感器節(jié)點收集的原始數(shù)據(jù)量非常大，同一區(qū)域的節(jié)點收集的信息具有很大的冗余性。因此，在無線傳感器網(wǎng)絡的信息融合中，在保證任務目標實現(xiàn)的同時，有必要通過局部計算和融合來減少無線通信中的信息量，節(jié)約能源，延長網(wǎng)絡生命周期[1]。

2.1.2無線傳感器對建筑物監(jiān)測應用

任何建筑物都有一定的使用期限，隨著使用時間的增加，建筑物的安全性會逐漸惡化。定期監(jiān)測可以提供建筑物健康水平的信息，并及時發(fā)出危險警報，從而減少一些不必要的人員和財產損失。傳統(tǒng)的建筑監(jiān)控系統(tǒng)大多是有線的，即傳感器節(jié)點布置在建筑的一些重要位置，通過光纜與監(jiān)控中心相連，這種有線監(jiān)控系統(tǒng)有很多缺點。無線傳感器網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)的建設可以有效解決這一問題，其技術要點應主要考慮：

1）節(jié)能問題。對于一些大型建筑，傳感器節(jié)點需要分布在各個角落，其中大部分遠離監(jiān)控中心。然而，對于無線監(jiān)控系統(tǒng)來說，由于無線傳輸距離有限，傳感器節(jié)點僅依賴電池供電，如何長距離傳輸數(shù)據(jù)以及如何節(jié)能以盡可能延長系統(tǒng)的維護周期是無線監(jiān)控系統(tǒng)建設中需要考慮的關鍵問題。

2）無線傳感器的選擇。傳統(tǒng)的建筑健康監(jiān)測傳感器價格高、布局難、能耗大，不適合無線監(jiān)測。隨著微機電系統(tǒng)技術的出現(xiàn)和發(fā)展，傳感器的成本和能耗大大降低。

3）數(shù)據(jù)的產生速率。在建筑健康監(jiān)測的準實時系統(tǒng)中，需要考慮測量建筑響應時傳感器節(jié)點中數(shù)據(jù)的產生率，它給出了接近實時性能的系統(tǒng)吞吐量需求。

2.2安全傳感器檢測系統(tǒng)

2.2.1火情檢測

火情檢測器的及時反應以及可靠性十分重要。樓宇中的傳感器系統(tǒng)可以提供有關人員存在以及他們的健康狀況信息，從而救援措施可以更為有效。

主要思路是通過在它們上附加氣體傳感器來提高火情檢測器的性能。總的來講，當火災發(fā)生時，能量和物質的發(fā)生了轉化。材料轉變的特點由其產生的物質表現(xiàn)出來，一方面是灰塵，另一方面是散發(fā)的氣體和煙粒。因為在火災的初始階段，氣體比煙粒擴散快得多，氣體傳感器陣列的應用有助于提高監(jiān)測速度和可靠性[2]。

此外為了能減小檢測空間的范圍，且提取出表現(xiàn)火災情況特征的合適信息，需要一個特征提取單元。隨后，提取出的特征必須被分類，從而估計出測量的數(shù)據(jù)屬于哪一類，并知道是否應發(fā)送報警到火災服務中心。調查顯示，在火情檢測中，神經(jīng)網(wǎng)絡適于進行模式識別。

2.2.2氣體檢測

在確定建筑物中的位置（如廚房或汽車間）中，由明火產生的有毒氣體（如一氧化碳）就需要更高的二氧化碳濃度。需要檢測的是這些有毒氣體，并在危急情況下應采取通風措施。

在易燃氣體的檢測中，一般使用PELLISTORS。這些是基于對氣體樣品燃燒過程中釋放的熱量測量，而這反映了現(xiàn)存易燃氣體的濃度。所釋放的熱量通過對PELLISTORS內的電阻增長的測量測得。

在對有毒氣體的檢測中，基于不同原理的氣體傳感器，例如，金屬氧化物、電化學電池以及紅外傳感器，在商業(yè)上可用且可應用于智能建筑中。其他傳感器，如石英微平衡（QMB）和表面聲波（SAW）傳感器已開發(fā)出來，并正走向市場。

3結語

總之，機電一體化已然成為未來機械行業(yè)的必然發(fā)展趨勢，在機電一體化的發(fā)展進程中，加強對傳感器和傳感檢測技術的研究是非常有必要的，這是因為傳感器是決定機電一體化系統(tǒng)自動化水平的關鍵，只有傳感器保持較高的靈敏度和較強的信息采集能力，才能使機電一體化系統(tǒng)等其他功能模塊正常發(fā)揮作用，從而提高機電一體化系統(tǒng)的運行效率和質量。

參考文獻：

[1]呂忠毅.機電一體化系統(tǒng)中傳感器技術的運用[J].農機使用與維修，2018（2）：37-37.

[2]王利軍.機電一體化系統(tǒng)中傳感器與傳感檢測技術探討[J].機械管理開發(fā)，2017，32（8）：141-142.

（作者單位：馬鞍山市特種設備監(jiān)督檢驗中心）