电子传感器在机械制造中的集成问题略论

张文初

（湖南铁道职业技术学院 412001）

1 电子传感器技术

电子传感器技术综合了材料、化学、物理以及微电子等方面的知识和科技成果，已经能代表现代科技最高水平。与传感器有关的高科技产业也被世界各国公认为最有发展前途和市场最为广阔的产业。电子传感器作为现代科技的先锋产品,已经成为人类社会的重要技术基础。目前世界上的传感器种类多达三万种以上，而且它们在各个行业领域的应用也越来越广泛和深入。尤其是电子传感器在信息的采集和处理上，能力日益增强，速度日益加快，为人类进入信息化时代立下汗马功劳。

作为现代信息技术的核心之一，电子传感器技术必将是世界各国在高科技领域博弈的重要战场。欧美等发达国家早在上世纪八十年代左右就已经把传感器技术列入到了国家重点开发技术，到现在也取得了令人瞩目的成果.

2 电子传感器技术的现状和发展

为了能够使得电子传感器在信息捕获量和处理速度等方面跟得上时代的发展需要电子传感器正在向着微型化、智能化和低能耗的方向发展。随着我们对电子传感器的精确度和可靠性的要求不断增加，传统的大体积和功能弱的传感器已经被各种高性能的微型传感器所代替。目前电子传感器的主要材料由硅组成，它具有重量轻、体积小、灵敏度高和成本低的优点，因此新型传感器被迅速应用于航空、工业自动化以及医疗等各行业领域。智能化电子传感器指的是不仅能够储存和处理信息，而且还可以进行逻辑思考以及做出判断的传感器系统。这类传感器主要由主传感器、辅助传感器和微型计算机组成，目前智能传感器已经被应用于温度、压力等方面的测定。

3 电子传感器的应用特点

3.1 数字化特点

以电子传感器为核心建立起的生产检测系统可以很好地满足对信息的传送、储存、处理、记录以及控制等要求，在生产中可以实现自动监测和控制。近年来，以数据技术作为支撑的新型电子传感器在精确度和灵敏度等方面表现更为出色，应用价值更高。

3.2 安全化特点

很多传统的各种生产流水线并没有配备专门的或者先进的监控调度系统，这就导致很多制造设备在使用过程中的很多小故障不能被技术人员及时发现和排除，这就往往造成以后大事故的出现。

4 电子传感器在机械制造中的应用情况

4.1 传感技术在切削及机床运行过程中的应用

将传感检测技术应用于切削过程的目的在于优化切削过程的精确度、制造成本以及生产效率等等。在切削过程中，需要检测的指标有切削力的变化情况、切削过程中的颤震情况、切屑的状态以及切削刀具和被切工件的接触情况。其中最重要的几个传感参数包括切削力的变化、切削过程中的震动和点击的功率变化等等。在机床的运行过程中，需要检测的指标有轴承与回转系统、驱动装置、安全性和温度的监测控制。

4.2 电子传感技术在工件加工过程的应用

关于工件的加工过程的传感检测这方面的研究相对于机床以及刀具工作过程的传感检测来说是起步最早的,因为它直接决定了工件的加工质量。从上个世纪八十年代开始，关于工件的识别和安装位姿的监控系统的需求越来越迫切。简单来讲，工件识别就是辨别被送入机床的工件是否是要求被加工的工件；而工序识别指的是辨别出索要执行的加工工序是否是要求的工序；在很多情况下，还要求系统能够判断出待加工工件的位姿是否符合工艺规程的要求；

4.3 电子传感器在刀具和砂轮检测上的应用

目前在机械制造过程中,切削和磨削依然是最重要的工件加工方法。当刀具和砂轮磨损程度超过某一个规定值（不同场合按照不同的磨钝标准判定）或出现破损，根据权威数据显示，在工业生产中，引起机床故障停机的第一大因素就是刀具或砂轮失效，它能占到NC类机床总停机时间的20%-35%。

现在的电子传感检测系统则很好地解决了这样的问题，在这里我们以某刀具传感器的应用为例。众所周知，在切削加工过程中，刀具所受到的负载和多种因素有关，根据相关的在线检测规定，考虑以下几个较大的影响因素：主轴转速、切削深度、进给速度以及加工材料等等，这样就可以很好地控制这类问题的发生。而电子传感器检测系统可以实时将以上因素的数据传输给计算机，然后就可以模拟出刀具的负载模型，进而得出刀具的磨损程度和寿命，这样就可以避免由于刀具失效而导致的各种问题的发生。

5 电子传感器在汽车上的应用情况

现代汽车工业已经随着电子传感器以及其他新技术的不断应用,进入了全新发展的时期。现代的汽车机电一体化要求传统的机械式控制部件要被自动控制系统所代替，这不仅仅只是表现在汽车发动机上，还要更加全面彻底地改善汽车的性能，例如：提高行驶的安全性与可靠性、降低油耗、减少排气污染、操作和各方面服务更加人性化等等。目前在一辆现代化汽车的全身都已经布满了先进的检测和控制系统，大约能达到近百只传感器，而高级的豪华轿车安装的传感器数则可达到数百个之多。传感器技术作为现代工业控制的支柱产业，在汽车电子研究中占据着重要地位，例如:曲轴位置传感器、压力传感器以及温度传感器等等。

5.1 车用传感器的国内外发展现状

汽车制造业已经是传感器的最大用户，因为传感器技术是促进汽车向高档化和自动化方向发展的重要组成部分。由于相对于汽车传统的机械和电气技术来说，汽车传感技术的研究起步较晚，所以现在世界上的汽车生产大国都非常注重这方面的研究，对车用传感器的性能、尺寸和价格也很重视。因此，现在的传感器市场绝大部分都被德国的西门子、美国的霍尼韦尔等公司占有。

5.2 关于汽车电子传感技术的开发研究及其类型

从上个世纪九十年代以来,在车用传感系统中,智能化集成传感器已经被越来越多的研究开发。这种类型的传感器可以有效代替电控装置中的一些器件，使得传感器在整个汽车的电控系统中成为一个独立的整体。智能化集成传感器的开发研究主要分为三个步骤：一、将薄膜以及厚膜电路安装在一个小型壳体内，制作成一个小型的智能化传感器；二、开发具有线性度较高、重复性好以及价格便宜等优点的自校准、自补偿能力的智能化传感器；三、最后开发出能够应用于汽车电控系统的智能化集成传感器。

5.2.1 电子传感器在发动机上的应用

作为整个汽车传感器的核心，发动机控制系统包括压力、温度、流量、爆震以及位置和转速等多种类型传感器。这些传感器将发动机工作情况出送给电子控制元件（ECU）,使其能对发动机做出精确控制，以提高它的动力性，同时还可以降低油耗和废气排放，实时进行故障检测。

5.2.2 电子传感器在车身的应用

车身传感器的主要目的是提高汽车的安全性、可靠性以及舒适性。主要的种类有安全气囊中的加速度传感器、倒车控制中的激光传感器、测量车距的距离传感器；随着卫星导航和地理信息技术的发展，导航传感器也被应用汽车上，

5.2.3 电子传感器在底盘的应用

在汽车底盘上的主要传感器类型主要有：压力及旋转位移传感器、侧路面角速率传感器、悬架位置传感器和车轮角位置传感器等。由于汽车底盘的工作环境较为恶劣，所以对传感器的质量也提出了更高的要求，它的耐恶劣环境技术指标要比普通工业用传感器高出一个数量级，同时测量精度还要能够保证。

6.结束语

随着我们的设计技术、半导体技术、加工技术和材料技术不断发展，未来的电子传感器必将会向着微型化、集成化和智能化发展，所能应用的领域也会更加的广泛。电子传感器技术可以有效提高机械设备的性能，提高产品的质量。这就要求我国的传感器生产企业要加强相关技术的投入和研究，积极引进国外的先进设备，努力提高自己的市场竞争力，为我国传感器市场能够早日实现自给做出贡献。

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