传感器技术在机电一体化系统中的应用研究

吴传全

摘要：传感器技术是机电一体化技术当中的一项基本的技术。传感器也是检测系统的一个核心的内容，类似于我们人体内部的器官。通过传感器，整个系统可以获得各种各样的信息，能够确保机电一体化系统可以实现准确的调节。除此之外，本文还剖析了传感器技术未来可能会发展的趋势以及一些会遇到的问题。

关键词：传感器技术;机电一体化系统;应用

中图分类号：TH-39;TP212                           文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2020）22-0212-02

0  引言

在整个机电一体化系统当中，传感器是非常重要的一个组成部分，可以说是整个系统当中的一个核心装置，传感器的存在可以使机电一体化系统能够更加快速，更加准确地获取到各种各样的信息。并且面对着各种复杂的外部环境，传感器都能够确保机电一体化系统可以正常的运营跟发挥。如果机电一体化系统当中缺少了传感器的话，那么就不能够再精准的检测信息，也没有办法维持稳定运行的系统状态，这时的系统将不能够正常的进行。

1  传感器的研究发展状况

传感器在世界各国流行起来，是在20世纪80年代左右开始的，有许多先进的工业国家都开始引入了传感器技术，并且对其进行了研发以及使用，通过进一步研究，进一步开发来生产传感器。在当时，传感器技术属于世界领先的工业技术。传感器以及传感器系统的生产和发展成为了当时的一个工业发展热门行业。现如今，全球的传感器市场的销售总额大约突破了二百亿美元左右。并且全球性的传感器的销售额每年的增长率基本上为80%左右，全球的传感器的产品的品类超过了两万种。传感器的应用领域是非常广泛的，比方说这些传感器类的产品可以应用在金融行业、汽车行业、农业、机械制造行业以及家电行业等等众多行业当中。在八五期间，我国正式把传感器技术纳入到了国家的重点研发计划当中。并且传感器技术也成为了我国一个长期的发展的重点技术。传感器技术在21世纪得到了更加迅速的发展，而21世纪为我们带来了更加先进的科学技术，技术创新突破可以说无处不在，所以说这为传感器的开发跟发展提供了非常便利的条件。相信传感器技术的不断发展能够更好地促进我国的国民经济的发展。

2  传感器应用在机电一体化系统当中的具体表现

传感器技术属于机电一体化系统当中的一个核心技术，现如今在各种自动化产品当中都能够体现出传感器技术的应用。

2.1 将传感检测技术应用在挖泥船

挖泥船的主要工作项目就是完成水下的土石方施工的任务，日常的工作就是需要进行挖深以及清理现有的一些航道或者是港口。也包括去开发一些新的航道或者是运河。如果水下耙吸管比较大，那么耙吸式挖泥船就很难再挖掘时具体的了解到水下的情况。并且也很难把握耙头的位置以及挖泥的深度。我們必须要一套优秀的操作显示装置来进行辅助。可以通过辅助装置来对耙吸管的工作情况进行实时的监测。而我们通常将倾角传感器应用在整个耙吸管工作的过程当中。在倾角传感器的作用下，我们就可以测量出两侧的排气管的水平以及其水下的深度，包括船舶的倾斜方向。能够进一步的得出具体的船体吃水的深度的数据。如果船体的倾斜度超过了限制值的话，那么，能够及时的输出报警信号，让工作人员了解到具体的情况。

2.2 将传感检测技术应用在机械加工当中

①在整个机械加工的切削环节以及机床的运行基本上都会使用到传感技术。在机械加工的切削环节当中，应用传感技术能够有效地提高整个环节的生产效率以及在切削环节当中，使用传感器的检测，其主要的传感目标就是为了使切削力的水平以及其刀具等发生变化，改变切屑的状态以及切削整个过程的辨识度。比较重要的传感数据包括切削力以及切削过程当中的震动，包括切削过程当中电机的频率。在机床运行过程当中使用传感器，其主要的传感目标是包括机床的驱动和温度的监测以及控制，以及整个机床运行的安全性等等。机床运行环节的重要的传感参数主要包括机床因为故障而停机的时间以及机床加工时的功率，和被加工的工作件的表面的粗糙度以及其加工的状态。

②工件的过程监视技术。相较于刀具以及机床的过程监测来说，工件的过程监测其应用的范围是比较广的，并且在整个学术领域当中也拥有了许多非常有效率的理论研究成果。在工件的过程监测当中，最重要的一个部分就是为了能够控制好工件的加工质量，在20世纪80年代的时候，工件的识别以及安装开始受到了逐渐的重视。工序识别的主要的工作内容就是要查看所要施行的施工工序是否和我们已经既定好的加工工序是一致的。工件的识别主要是针对于马上要进行加工的机床以及其毛坯有没有达到具体的施工要求，并且对相关的一些需求进行辨识。除此之外，还需要辨识工件安装的位置和工艺要求是否是相符的。工件的识别还包括对整个加工的毛坯以及其表面的缺陷进行有效的识别。跟工件过程监测比较相近的一种监视手段，就是工艺过程的监视，这主要是针对于毛坯或者是其加工工件的表面是否粗糙，以及其表面的质量跟尺寸进行相关的监视。这些因素会直接影响着工件加工完毕之后的质量以及工件的成品率和产品的生产率。所以说，这些因素开始逐步受到了重视，如果想要圆满的完成上述所说的识别以及监视的话，我们必须要去开发大量的传感器，比方说基于TV的视觉传感器等等。

③对刀具以及砂轮进行检测跟传感。无论是切削过程还是磨削过程，其主要的作用都是为了切除材料。在切除材料的过程当中，刀具跟砂轮都会发生一定程度的磨损。有时还会出现烧伤或者是崩刃等破坏情况，这就会导致切割的能力以及磨削的能力逐渐下降。因此，所加工的工件很有可能不能够达到加工的精度标准，而且有时还会破坏加工零件的完整性。这种情况我们将其视为刀具或者是砂轮失效。根据现有的工具统计，可以表明导致机床因为故障而停机的最主要的原因就是因为刀具出现了失效情况。刀具失效的情况造成的时间可以达到所有的停机时间的1/4左右。除此之外，刀具的失效有可能还会带来人身安全和设备安全等问题。因此，现阶段各个制造领域都开始不断的重视起了刀具以及砂轮的失效监视。尤其是近20年以来，刀具的破损以及磨损监视技术一直都处在不断的发展当中。关于刀具以及砂轮的磨损传感法主要包括直接法、间接法和多感知融合法等等。直接法包括了接触法以及放射线法，间接法包括了扭距法、功率法、电流法、切削温度等等。多感知融合法主要包括各种传感器的组合。刀具和砂轮的破损传感法具体分类可以分成两种，一种是直接法，一种是间接法。直接法主要包括光学图像以及接触这两种，而间接法主要包括功率、震动以及超声波等等。

2.3 汽车自动控制系统当中使用传感技术的具体表现

现如今，伴随着时间的不断发展，科学技术也有了相应的突破，传感器技术通过不断的研究也实现了不断的突破，可以结合其他现在技术共同应用，将传感器技术应用在汽车行业当中，有效地促进了汽车工业的发展。在汽车的机电一体化系统当中，使用自动控制系统代替了传统的机械式的控制系统。除了可以把其应用在汽车发动机上面，还可以应用在改善汽车其他性能方面能够有效地帮助汽车降低油耗，还可以实现汽车的节能减排，能够实现在运行的过程当中的安全性，并且也比较方便操作。现如今在汽车的整体车身上面基本上都涵盖了先进的检测技术以及控制技术。在汽车的重点控制系统当中使用了大量的传感器装置，比方说在曲轴位置，我们使用了压力传感器，包括一些其他的部位的传感器，比方说气敏传感器以及吸气或者是冷却水温度传感器等等。

3  我国传感器技术的未来发展趋势

从20世纪80年代开始，我国开始不断对传感器技术进行研究。主要的研究地点以研究所或者是大学为主。我国对于传感器的技术研究相较于西方国家来说，仍然有着一定的差距。具体的差距可以表现为四点，第一点就是西方国家的计算以及设计方式是比较领先的。第二点，西方国家的微机械加工技术和设备都比我国要领先，第三点是其封装技术和设备比较领先，第四点是其优越的技术研究更加的深入，因此我国在发展的过程当中，除了要注重研究以外，还应该从西方发达国家引进一些先进的设备来提高整体的技术水平。传感器未来的发展主要是围绕着以下几个方面进行的：

3.1 新型敏感材料的研发

在发展的过程当中，应该注重结合生物化学，光电子等学科。这样有利于实现技术的综合利用，可以研制出新型的敏感材料所制作出来的传感器。

3.2 高精度研发方向

随着科学技术的不断更新换代，我们可以在研究传感器的时候向更灵敏、更加精确度高的方向发展，这样有利于传感器的反应速度的增强。

3.3 宽温度范围，高可靠性方向

在传感器的研究过程当中，其温度范围一直都是难以攻破的一個难点。当前大多数的传感器，其工作时的温度范围都在零下20℃到70℃。军用系统的传感器所需要的使用温度是零下40℃到85℃。工业当中的传感器的需求是零下20℃到120℃。航天用的温度范围一般为80℃以下200℃以上。传感器在使用过程当中，其可靠性直接决定着电子设备的运行效率以及抗干扰的能力，因此必须要提高其可靠性。

4  结语

综上所述，现如今，我们已经迈入了一个科学技术不断突破，不断发展的阶段当中，因此传感器技术也会不断的突破和创新。把传感器技术跟机电一体化技术互相融合起来，能够有效的实现机电一体化系统的不断的提升。

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