傳感器技術(shù)在機(jī)電技術(shù)中的應(yīng)用

張佳

【摘 要】機(jī)電一體化發(fā)展過程中使用最關(guān)鍵技術(shù)是傳感器，也可以這樣講機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展，主要依賴于傳感器技術(shù)發(fā)展，由此可見傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化中的重要性。本文在闡述時(shí)主要是對(duì)傳感器技術(shù)分析，介紹傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中使用，以此來了解傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化中的價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】傳感器；機(jī)電一體化；機(jī)電技術(shù)

前言

隨著工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)不斷使用，傳感器技術(shù)使用在機(jī)電技術(shù)中。傳感器技術(shù)使用，能夠有效提高工業(yè)生產(chǎn)效率，還能夠?qū)ιa(chǎn)質(zhì)量控制，因此在機(jī)電一體化的生產(chǎn)技術(shù)中傳感器技術(shù)是一門必不可的技術(shù)。而且傳感器技術(shù)的發(fā)展方向，向著網(wǎng)絡(luò)化和智能化這兩個(gè)方面發(fā)展，這兩個(gè)方面的優(yōu)化更能夠滿足機(jī)電一體化生產(chǎn)的要求。

1.傳感器技術(shù)分析

1.1傳感器概念

所謂傳感器主要是根據(jù)一定的規(guī)律將各種被檢測(cè)量轉(zhuǎn)換為物理量的一種裝置[1]。傳感器主要功能是能夠感受到被測(cè)量，并且根據(jù)有規(guī)律性的相應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換成相應(yīng)輸出量的器件。傳感器主要功能是把能夠探測(cè)到的物理信息，這些信息是沒有電量信息，經(jīng)過傳感器以后，把其轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)，因此在傳感器中又有著一個(gè)專業(yè)的名稱，被稱作是一次儀表。在各個(gè)行業(yè)使用的傳感器好比是人體中的五官，又因?yàn)檫@個(gè)因素，傳感器被叫做電五官。一般使用的傳感器，主要由三個(gè)部分組成，一個(gè)部分是敏感元件，一個(gè)是轉(zhuǎn)換元件，最后一個(gè)是基本轉(zhuǎn)換電路。

敏感元件主要功能是將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成為一種物理量的預(yù)變換裝置，其輸出、輸入間具有明確的數(shù)學(xué)關(guān)系。比如在稱重傳感器中，主要使用的是彈性單元，將受到力轉(zhuǎn)換成為一種彈性變形來輸出。轉(zhuǎn)換元件功能主要是把敏感元件中輸出的非電量物理量，并且把這種量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)?；巨D(zhuǎn)換電路主要功能是把轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換輸出的電信號(hào)量轉(zhuǎn)換成為一種便于測(cè)量的電量，比如是電壓、電流、電頻等。

1.2傳感器技術(shù)

在信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱中，一個(gè)是通信技術(shù)，另一個(gè)是計(jì)算機(jī)技術(shù)，最后一個(gè)是傳感器技術(shù)，如果機(jī)電一體化沒有傳感器技術(shù)使用，那么一體化也就無法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的信息和狀態(tài)進(jìn)行精確與可靠的自動(dòng)檢測(cè)，也更加無法實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)信息的控制和處理[2]。工業(yè)使用的機(jī)電一體化產(chǎn)品，不僅是采用的先進(jìn)電子產(chǎn)品，還是采用的機(jī)電相融合的高級(jí)產(chǎn)品，這兩中產(chǎn)品使用都是離不開傳感器和檢測(cè)設(shè)備這個(gè)重要環(huán)節(jié)，如果在機(jī)械一體化中沒有傳感器對(duì)原始數(shù)據(jù)精確檢測(cè)，那么在機(jī)電一體化中的所謂信號(hào)轉(zhuǎn)換，信息處理方面的功能，這些在沒有傳感器支撐下都是沒有辦法實(shí)現(xiàn)。

比如在機(jī)電一體化中，監(jiān)測(cè)技術(shù)使用主要的內(nèi)部元件是傳感器，所以在機(jī)電一體化中，傳感器作用是非常重要。機(jī)電一體化采用監(jiān)測(cè)技術(shù)是對(duì)需要操作的對(duì)象監(jiān)測(cè)，而且使用的檢測(cè)技術(shù)，還需要對(duì)系統(tǒng)使用環(huán)境檢測(cè)，以及系統(tǒng)本身運(yùn)動(dòng)狀況監(jiān)測(cè)，為了保證系統(tǒng)能夠在正常狀態(tài)下運(yùn)行，采用監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供一些關(guān)鍵性信息。也可以這樣認(rèn)為，在機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展過程，最關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展是傳感器。隨著社會(huì)不斷發(fā)展，各種各樣電子元件使用，造成后果是電子信息技術(shù)呈現(xiàn)出一種爆發(fā)式狀態(tài)，信息技術(shù)傳輸速度也獲得不斷的提升。采用傳統(tǒng)的傳輸速度已經(jīng)不能夠滿足社會(huì)發(fā)展需要，因此在檢測(cè)技術(shù)和傳感器技術(shù)方面都需要不斷改進(jìn)，只有這兩個(gè)方面不斷改進(jìn)才能夠滿足信息速度提升的要求。

2.傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中使用

2.1機(jī)器人采用傳感器技術(shù)

在工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)程中自動(dòng)化技術(shù)使用有非常高的代表性，工業(yè)使用機(jī)器人技術(shù)能夠準(zhǔn)確操作，主要工作原理是在機(jī)器人身體上安裝有各種傳感器，這些傳感器能夠能夠準(zhǔn)確感知作業(yè)狀態(tài)、感知操作對(duì)象和感知自身[3]。而且機(jī)器人在運(yùn)行時(shí)也是需要獲知自身的信息狀態(tài)，這些信息狀態(tài)獲得也是通過內(nèi)部傳感器來完成獲取。對(duì)于在操作的外部環(huán)境信息獲取，主要獲取途徑是通過外部傳感器來獲得，而且獲取外部信息非常重要，外部信息獲取能夠?qū)C(jī)器人的控制提供反饋信息。

2.2機(jī)械加工過程中的傳感器檢測(cè)技術(shù)

（1）切削過程中機(jī)床運(yùn)行采用的傳感器技術(shù)：機(jī)械加工使用傳感器技術(shù)來檢測(cè)切削對(duì)象，起主要目的是上三個(gè)方面內(nèi)容，一個(gè)是實(shí)現(xiàn)材料的切除率，另一個(gè)是制造成本降低，最后一個(gè)是生產(chǎn)率的提高[4]。對(duì)于在加工機(jī)床使用傳感器技術(shù)來達(dá)到檢測(cè)效果方面，主要包括四個(gè)方面的內(nèi)容，分別是采用傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)目標(biāo)提高、傳感器技術(shù)還可以對(duì)操作溫度檢測(cè)、傳感器還可以檢測(cè)軸承和回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、傳感器技術(shù)還可監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。機(jī)械加工中傳感器使用還可對(duì)以下這些方面的監(jiān)測(cè)工作，對(duì)機(jī)床停機(jī)時(shí)可以對(duì)停機(jī)時(shí)間監(jiān)測(cè)，加工產(chǎn)品表面粗糙時(shí)可以采用傳感器監(jiān)測(cè)，對(duì)于機(jī)床狀態(tài)、功率和精加工這些方面的也可以采用傳感器技術(shù)來監(jiān)測(cè)。

（2）工件的過程傳感：與刀具和機(jī)床過程監(jiān)視技術(shù)相比較，工件過程監(jiān)視是研究最早，最多的，多數(shù)研究中主要是以工件質(zhì)量控制為目標(biāo)[5]。工件設(shè)識(shí)別系統(tǒng)研究開展時(shí)間最早，在20世紀(jì)80年代就開展這方面研究工作。工件識(shí)別系統(tǒng)使用主要是一些在工件加工過程中工序使用是否符合工件工序加工要求；工件設(shè)別系統(tǒng)中主要是指進(jìn)入到機(jī)床等待加工的工件，識(shí)別系統(tǒng)對(duì)其判斷這種毛坯元件是否滿足工件加工要求。

（3）砂輪的檢測(cè)傳感：材料切除過程主要包括兩個(gè)方面內(nèi)容，一個(gè)是切削過程，另一個(gè)是磨削過程。切削工作中主要采用刀具，磨削工作主要是采用砂輪，刀具和砂輪在出現(xiàn)損壞或者是有破損的情況出現(xiàn)時(shí)，這兩個(gè)工具將失去加工的作用，無法有效保證元件的精加工和保障元件表面光滑完整度，這種情況中被稱作是砂輪或者是刀具失效。有工業(yè)研究表明，引起機(jī)床停機(jī)首要原因中就是刀具失效。此外在刀具失效時(shí)，還會(huì)引起設(shè)備的安全使用，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)操作人員人身安全事故。

2.3汽車自動(dòng)控制系統(tǒng)中傳感器技術(shù)

隨著傳感器技術(shù)不斷使用，促使汽車進(jìn)入到一個(gè)全新時(shí)期。汽車機(jī)電一體化要求用自動(dòng)化控制系統(tǒng)來代替純機(jī)械式的操作部件，這方面內(nèi)容不僅是體現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)上，同樣在改善汽車性能，增加人性化服務(wù)功能上也在使用。汽車上采用傳感器技術(shù)能夠促使油耗減低，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)環(huán)境保護(hù)，而且在駕駛的可靠性和安全性方面也能夠提高，采用傳感器技術(shù)已經(jīng)在汽車的整個(gè)身體中使用。汽車所有重點(diǎn)控制系統(tǒng)，必不可少使用以下這些傳感器，分別是氣敏傳感器、壓力傳感器、曲軸位置傳感器等。

3.傳感器的智能化和網(wǎng)絡(luò)化

（1）傳感器的智能化：電五官傳感器和計(jì)算機(jī)相集合，這種相結(jié)合技術(shù)是智能化的表現(xiàn)。智能化傳感器不僅是有著轉(zhuǎn)換功能和信號(hào)檢測(cè)功能，同時(shí)在智能傳感器中還有著自適應(yīng)功能、統(tǒng)計(jì)處理以及自診斷功能、儲(chǔ)存功能、自校準(zhǔn)功能、解析功能和記憶功能。如果進(jìn)一步把這些功能集中在同一個(gè)芯片，這樣就可以形成智能傳感器。

（2）傳感器網(wǎng)絡(luò)化：在這個(gè)方面的內(nèi)容，主要有著兩方面：一是為了解決現(xiàn)場(chǎng)總線的多樣性問題，IEEE1451.2工作組建立了智能傳感器接口模塊標(biāo)準(zhǔn)。二是以IEEE802.15.4為基礎(chǔ)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得以迅速發(fā)展。

結(jié)束語

綜上所述，在機(jī)電一化中使用傳感器技術(shù)，主要是用在機(jī)器人領(lǐng)域，提高機(jī)器人操作效率，同時(shí)在機(jī)械加工中使用傳感器技術(shù)，能夠幫助加工元件更加精確控制，提高加工產(chǎn)品的質(zhì)量。同時(shí)使用在汽車領(lǐng)域，能夠提高汽車控制效果，保證行駛安全性。同樣在傳感器使用過程中還不夠完善，需要對(duì)其性能不斷研究，以此來滿足人們使用需要。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：江蘇省徐州技師學(xué)院）