傳感器技術應用于機電一體化系統中的方法

張亞龍

摘 要：機電一體化系統已經廣泛地應用到了各項生產實踐活動中。隨著使用需求的不斷提升，應用更加高精度、更可靠的傳感器技術具有廣闊的空間。通過計算機信息技術來控制這些傳感器采集信號，以此來獲取機電一體化系統運行的狀況，有利于提高控制的效果。

關鍵詞：傳感器技術;機電一體化系統;應用

傳感器技術可以看作是一個國家現代化工業發展的重要衡量指標。我國是世界上的工業大國，很多工業生產實踐領域中都大量應用到了傳感器技術，這樣有利于提高機電一體化系統運行的效率。因此就需要針對傳感器技術在機電一體化系統中的實際應用進行深入研究，掌握更加科學的技術使用方法。

1.相關理論概述

1.1機電一體化

機電一體化融合了機械、電子信息化技術、自動控制技術等眾多方面，這些不同領域的技術需要相互配合，共同完成整個控制過程。機電一體化已經在過去我國經濟社會發展中做出了重大的貢獻，但總體來說，一些所使用的技術相對于西方發達國家來說還顯得有些落后。隨著我國科研環境的逐步改善，在眾多先進技術領域取得重大突破。這也使得現代機電一體化系統能夠應用更多先進的技術來發揮作用，能夠實現在更加惡劣的環境仍然保持高效的性能。在以計算機信息技術為代表的新興科技的沖擊下，機電一體化領域也迎來了新的發展機遇。首先是更加高性能的計算機處理性能能夠實現對海量信息的實時處理，并且控制精度越來越高，這樣就使得機電一體化系統的性能越來越好。從世界發展的趨勢看來，機電一體化系統仍然將在未來一段時間內承擔著工業生產制造的重要責任，因此不斷研究機電一體化技術具有現實意義，也是實現產業升級轉換的重要推動力量。機電一體化系統中大量依靠傳感器技術來完成整個控制過程，因此提高傳感器技術的應用效果也是十分有必要的。

1.2傳感器技術

傳感器技術的發展與材料領域的發展狀況具有較大的關聯。在整個機電一體化控制系統中，需要依據采集得到的信號才能夠判定生產的實際狀態，以此來完成相應的控制過程。因此由傳感器采集到信號的精度十分重要，在一些高端控制領域中，往往會對傳感器的精度具有較高的要求。例如在測量溫度時可以使用熱敏電阻，在測量電壓、電流等信號時，可以使用相對應的采樣電路。不同的機電一體化系統需要測量不同的參數，因此需要根據實際需求來選用符合要求的傳感器。同時也可以根據傳感器的實際應用分為內部信息傳感器和外部信息傳感器這兩種，其中內部信息傳感器主要是對機電一體化系統運行過程中涉及到的機器溫度、壓力信息等進行檢測。外部傳感器主要指的是對于機電一體化系統外部的一些參數進行獲取。

2.傳感器技術在機電一體化系統中的應用

傳感器的種類比較多，不同種類的傳感器的工作原理也不一樣。生活中常見的電子秤、聲控開關等都應用到了傳感器技術原理，傳感器的精度以及可靠性需要結合不同領域的實際使用情況來確定。由于機電一體化系統常用在工業生產制造領域中，因此往往對精度和可靠性的要求都比較高。

2.1機械生產制造

機械生產制造相對來說是一個復雜的過程，涉及到的各個流程比較多。但是在高精度機械加工環節中，對加工刀具切割過程的要求十分高，稍有不慎就有可能導致零件浪費。依據控制系統中已經設定好的參數，然后通過控制傳感器采集得到的信號來判斷是否滿足了控制條件，然后才能決定是否進行加工，這樣有利于降低產品不良率。結合現代智能控制技術的高速發展，可以通過傳感器采集得到的信號來進行智能化調節，例如在對機械坯件夾持時，所使用的力度要適中，如果力度過大就會導致坯件變形，力度過小就會出現夾不緊的情況。因此這都需要根據材料的尺寸、規格來進行測量，從而控制相應的夾力。此外，機電一體化系統中要使用電機來提供切削的動力以及控制切削的角度，這都是需要實時通過傳感器接收獲取到的信息來進行閉環控制，以此來完成整個切削作業，并且將工藝的精準度控制在合理的范圍內。早期應用傳感器很大程度上都是為了檢測加工工件的質量，以此來實現對加工工件的自動控制。目前在該領域中比較先進的傳感器技術有激光表面粗糙度傳感系統、機器視覺傳感器等。

2.2數控機床中的應用

數控機床是現代工業生產中的一項重要技術，也成為了一個國家高端工業發展的重要方面。數控機床通過已經編制好的程序來獲取零件加工的狀態，對于一些獲取到的信息還需要給予一定的補償。例如，數控機床運行過程中會產生大量的熱量，這些熱量在機床內部是不均勻的，這種存在的熱量差異就會導致在加工的過程中影響到精度。因此就需要通過溫度傳感器來實時獲取數控機床內部的溫度信號，然后通過整個控制管理系統來給予相應的溫度補償，確保加工零件處于一個相對均衡的狀態。此外，數控機床的刀具在移動的過程中，都是由電機來進行驅動的，很多電機尾部都裝有光電編碼器，通過該部分來測量得到電機實際轉速，確保電機能夠按照設定好的程序來正常運行。

此外還可以通過刀具的移動量來進行控制，避免出現軸動過位的情況。數控機床的刀具在長期切割加工的過程中還會出現一定程度的磨損，如果磨損程度比較高，就會存在較高的加工誤差，這也是現代高精度數控機床不可接受的。

2.3機器人領域

目前世界各國仍然在持續加大機器人領域的投入，這是因為現如今很多技術已經達到了足夠成熟的狀態，能夠確保裝備這些先進技術的機器人完成一些人類無法完成的工作。但是機器人本身并不具備人類的肉眼、皮膚等部位，因此就無法獲取到外部的信號。只能在機器人結構中根據控制的需求來選擇相應的傳感器技術，這樣才能夠實時獲取外界信息，通過對這些信息的判斷來做出模仿人類反應的活動。例如機器人在移動過程中，要通過采集視頻信號來判斷前方是否具有障礙物，這樣才能夠重新規劃機器人的移動軌跡，繞過障礙物。并且機器人需要裝備電池組，這些電池組的剩余電量都要能夠被系統獲取到，在剩余電量達到警戒值時，就需要觸發報警，以便提醒控制者在合理的時間內結束機器人的活動，或者是機器人自行移動到充電區域完成充電過程。這一過程中都需要使用到傳感器技術，否則無法獲取到這些實時信號。目前，觸覺傳感器、超聲波傳感器、光敏傳感器等都是機器人、無人機使用比較常見的傳感器技術，性能已經日趨穩定。

2.4汽車領域

汽車已經逐漸走入千家萬戶，成為了十分常見的家用品。在很多汽車車身上都裝備了眾多高精度的傳感器，例如使用雷達測距，這樣在車輛運動過程中就能夠得知車輛與障礙物的距離，一旦距離達到警戒范圍內，就立即觸發報警，避免駕駛員繼續操作，引發碰撞。車輛的油量、行駛速度、車內外溫度都能實時顯示出來，這都需要這些傳感器技術具備足夠的抗干擾能力，即使在惡劣的環境下仍然能夠獲取到正確的信息，具備較高的可靠性和穩定性。一般來說，壓力傳感器、曲軸位置傳感器、吸氣及冷卻水溫度傳感器都是整車性能中十分重要的環節。提高這些領域的傳感器技術，有利于提高燃油經濟性以及車輛行駛的安全性，車輛駕駛員也能夠有效地減輕駕駛疲勞感。此外，傳感器技術在機電一體化系統中的應用需要根據不同的場合來選擇不同標準的傳感器模塊，在確保性能達標的情況下，盡量降低傳感器模塊使用的成本，提高經濟性。

3.傳感器技術的未來發展方向

目前國內傳感器技術已經取得了較大的突破，也已經開始逐步走向工業化應用。但總體來說，由于材料技術的限制，目前應用在高精度傳感器中的特殊材料研究成果還比較匱乏，并且可靠性也達不到預期。這樣就使得國內傳感器技術相對比較落后，在一些要求比較高的場合下，仍然需要大量進口。傳感器技術可以視為機電一體化系統的感官，如果不能夠對被控對象的參數進行精確獲取，也就不能達到較高的控制要求。

3.1提高探測精度

從未來的發展趨勢看來，還可以進一步提高傳感器的探測精度。這都得益于微電子技術和材料技術的發展，這樣才能夠通過這些模塊來將需要采集的信息更加真實的反應出來，轉換為數字信號，以便機電一體化系統來進行控制。在航空航天等領域中，傳感器技術要求十分高，必須要嚴格確保不出現任何失誤，否則就有可能帶來十分嚴重的后果。

3.2實現智能化控制

智能控制理念已經被工業控制領域廣泛接受，在未來的發展進程中，傳感器技術將進一步朝著更加智能化的方向發展。將傳感器技術采集獲取到的模擬信號轉換為數字信號，實現精確的數字信號傳輸和控制，結合一些智能控制算法的應用，能夠對獲取到的數字信號進行過濾，將一些干擾信號除去，避免這些干擾信號構成對信號處理結果的影響。

3.3控制傳感器模塊的體積

相對于日益精細化的機電一體化系統來說，一部分傳感器模塊的體積還需要進一步縮小。通過降低傳感器模塊的體積，也能夠使得一部分便攜式機電一體化系統能夠更加容易攜帶，提高應用優勢。但仍然應當以性能為主，要確保傳感器模塊性能優異。

4.結語

本文對傳感器技術在機電一體化系統中的應用進行了分析。由于傳感器技術的持續進步，也將會進一步推動機電一體化系統的發展，創造更大的應用空間。傳感器技術還需要不斷的提高精度，擁有更高的可靠性以及穩定性，以此來滿足越來越多行業的需求。我國也需要進一步加大傳感器技術以及智能機電一體化系統的研究投入，這樣才能在國際市場競爭中獲得優勢地位，解決更多生產實踐問題。

參考文獻：

[1]高文博.機電自動化中傳感器技術的創新與發展[J].科技創新與應用，2020（07）：40-41.

[2]王宇豪，周楊.物聯網傳感器技術在智能家居中的應用研究[J].中國管理信息化，2020，23（04）：187-188.

[3]袁卯生.機電一體化中傳感器與檢測技術的運用探討[J].內燃機與配件，2019（21）：257-258.

[4]郭露.機電一體化技術在智能制造中的實踐分析[J].建材與裝飾，2019（24）：216-217.