传感器技术在现代工业自动控制系统中的应用探析

韩超

Probe into the Application of Sensor Technology in Modern Industrial

Automatic Control System

Han Chao

[ Abstract ]

Sensor technology belongs to the top fine technology， and its birth means that my country's mechatronics technology has entered a newstage of development. Since sensor technology is an important part of the automatic control system， ir can make people's production more convenient andefficient， so its application in modern industrial automatic control systems must be paid attention to. However， there are still some problems in practicalapplications， which affect the production cost， so people have conducted more in-depth research and discussion. This article first briefly introduces sensortechnology， its problems， and future development directions， and then discusses in detail the application strategy of sensor technology in modem industrialautomatic control systems.

[ Keywords ]

sensor rechnology; automatic control system; application method1

1.傳感器技术概述

传感器技术简单来说就是可以直接在工业工程中进行测量的、根据一定规律将测量出来的数据进行转换的器件。虽然传感器为生产带来变革，但随着时代发展，人们对传感器的需求并不仅仅满足于亲自操作，而是对其数据有更高要求，所以人们开发出了更多新的应用方法，将其安装于一些新的装置中。在现代工业自动控制系统中，传感器技术的有效应用能够快速准确地进行信息获取与处理，可以使系统的运行质量提高。由此可见，在现代工业中，传感器技术已成为一种不可缺少的技术，对促进现代工业进步有着重要作用。

2.传感器技术在现代工业自动控制系统中的问题

2.1精细度不够

虽然传感器技术是顶级的精细技术，但是随着科技的不断发展，人们对传感器技术有了更高要求，比如对数据精细度的要求更为苛刻。因为越精细的数据计算出来的结果误差值就越小，能够使工件质量有所保障，进而使自动控制系统的生产效率提高。然而就目前的工业自动控制系统而言，其传感器技术的精细度仍不够，有待进一步提升。

2.2虚拟度有待提高

传感器技术的虚拟度直接影响工作人员的安全以及实际生产率。在现阶段工业生产中，经常会出现各种安全事故，而通过调查，80%的事故原因都是传感器的虚拟度不高。

3传感器技术在现代工业自动控制系统中的应用策略

3.1应用于机械加工

3 .1.1应用于机械制造中

在现代工业生产中，最重要的环节就是机械制造。这一环节对人力投入需求较人。而将传感器技术应用于自动控制系统中，不仅可以解放劳动力，还可以提高生产效率，实现高效生产。简而言之，工业生产中借助传感器技术可以监督、控制自动控制系统，直接反馈运行状态，使技术人员掌握其运行状态，有助于机械制造精细化的实现。此外，在进行有具体尺寸要求的工业生产时，也可以运用传感器技术。工作人员只要将所需要生产的尺寸数据输入，传感器就会立马将数据发送给系统控制中心，随后系统控制中心会对数据进行分析，然后再进行生产，如此既可以提升生产效率与质量，又提升了企业的生产效益。

3.1.2应用于切割过程中

切割颤振是进行机械切割时的较为常见的一种情况，不过其会影响工件表面的平滑度，降低工件质量。而将传感器技术应用于切割过程中可以有效地避免这种情况的发生，为工件质量提供保障。在切割过程中应用传感器技术可以采用两种方法，一种是直接法，另一种是间接法。直接法是传感器对切削力的变化进行检测，测定机床的振动频率，从而为切割提供有效的数据。一般通过直接法将传感器技术应用于切割过程中的方式有测量动态仪、热电动势。测量动态仪出现的时间较早，一般被运用于车床加工、铣床加工中，其应用使得切割更加灵敏，保障了工件的质量，深受工人们的信赖。不过在长时间使用过程中发现，机床的振动频率高达几千赫兹，所以测量动态仪的响应频率需要在800～2 000 Hz之间才能够满足切割需求。热电动势这种方法的应用是需要一定条件的，即要在绝缘零部件中使用，而且还要形成闭合电路，所以其多运用于机床、刀具中。这种方法的操作并不是太难，所需要的成本也不高，而且其响应频率为100 Hz左右，灵敏度并不高，所以也会经常被运用于实验室中，用来完成工件及刀具的电偶原理检测。简单来说，进行颤振切割时，工件会和相应的工具进行接触，其接触范围、压力会随着颤振切割的发生变化，产生热电动势。间接方法指的是结合颤振效应检测，一般用法有两种：声学法和光学法。声学法是根据声音进行检测，其欠缺灵敏度，所以可靠性较差。且处于不同的切割环境，获得的频率响应会不同，一般来说在700 Hz。光学法一般被运用于实验室中，因为不管是实用性还是可靠性，其都是较差的，且灵敏度也不高。

3.2应用于工业自动系统

3.2.1位移传感

现代工业自动控制系统中应用较多的是机器人，而位移传感就是把传感器技术应用于机器人的关节，对机器人的关节自动量进行反馈、检测。为了使检测的数据更加准确，工业机器人的关节部位还安装了一些检测工具，比如微动开关、开关光电、电涡流等。通过其可以实现零位检测，从而根据反馈回来的重复定位给机器人的安全提供保护。一般来讲，位移传感检测的方法存在超声波型、电感型、磁致伸缩型、光栅型、激光型等特性。超声波型简单来讲就是反应速度较低，可以在一定的范围内使用。电感型相较而言运用的最为广泛，因为其分辨率为几十微米，可以使用的数量较人，成本也不是太贵。磁致伸缩型的成本较高，相对应的，其分辨率要比其他检测方法的分辨率高，为儿微米，不过反应速度不高。光栅型的分辨率也较高，为儿微米，不过其反应速度是最差的，量程也只有10 cm，且成本较高。激光型的成本也较高，其分辨率为几百到几千微米，反应速度较快。

3.2.2加速度、速度传感

机器人的环节中还应用了加速度传感器、速度传感器，因为需要测量机器人的加速度、速度，并且根据数据对其进行更好的控制。一般进行控制的方法有，结合位移传感进行速度测量和根据测速发电机进行速度测量。结合位移传感进行速度测量时可以选择、检测时间位移量单位，然后将转换器利用起来，把FN转换为电压模拟。不过在运用这种方法进行速度检测的时候要知道其是有一定的局限性的，而且速度不能太高，还存在不稳定的情况。如果机器人的速度特别快的话，测量出来的结果的准确率不高。根据测速发电机进行速度测量是有一定的原理的，而且测量的方法不难，测量的结果也较为精准，所以经常被运用于速度测量中。

3.3应用于机电设备安全状态监控系统

3.3.1传感器模块

传感器模块是传感器技术应用于矿山机电设备安全状态监控系统中的一种元件。这种元件是具有广谱性的气敏元件，其可以应用于多种易燃易爆气体的检测中，还会给予相应的预警。其可以实现通信同步、接受通信协议的指令与信息，可以提供特定要求下的数字传输。即在温度为-50-160℃之间、湿度为0-100℃之间。

3.3.2基站接收机节点

基站接收机节点一般被设置在礦井的主巷道里，其可以将固定的数据进行接收、上传，然后通过通信电缆将数据传送至信息采集数据库中。

3.3.3信息采集数据收集库服务器

其的土要运用是进行数据收集、数据处理，将数据按照一定的顺序进行储存。在完成这一工作后，其需要关注相关的数据变化，然后向监控台提供数据。而这一工作离不开传感器技术的应用。

3.3.4监控台

监控台指的是监控人员的操作台，其主要是通过图形这种方式对矿井中的接收机节点进行监控，对数据进行采集，从而起到预警作用，对瓦斯超限等环境进行预警、报警。3.4应用于点式温度

点式温度传感技术的运用使得现代工业的温度变化检测变得简便，而且运行维护的成本不高，所以受到大量的现代工厂的欢迎。点式温度传感简单来说就是在需要进行电缆温度检测到部位安装检测点，通过一定的传输设备把检测点和显示温度的设备进行连接，人们只需要观察温度显示设备就可以快速知道当前的电缆温度，就可以知道这些点的温度发生了怎样的变化。

3.5应用于热效应温度

将传感技术应用于热效应温度中可间接的进行温度测量，其主要是依据红外技术运行。通过在不同的温度下将红外技术利用起来对电缆进行测量，然后根据被测量的部位的红外特征进温度数据的搜集，最后根据这些数据进行处理、显示。相较于其他的方法而言，热效应温度传感技术可方便快捷地获取到电缆纤芯温度。

4传感器技术的未来发展方向

4.1研发新型材料

随着新型材料研发工作的不断深入，传感器的种类、类型变得多样化，且其制作材料也从陶瓷、半导体转变为了高科技，如超导、光导材料的应用、研发新型纳米材料等。也就是说，将传感器技术应用于新型材料的研发工作中既可以帮助研发者不断研制高新材料，也可以推动传感器技术的自身发展，一举两得。

4.2微功耗、无源化方向

目前，传感器工作仍旧依赖于电源，而节能降耗是社会热门话题，且电源的使用会减少系统寿命，所以传感器技术的未来发展必将以微功耗、无源化为方向。

4.3智能化和数字化方向

传感器技术随着科技的进步不断发展，一些传统功能终将被新型功能所替代，输出的信号也将从单一化的模拟信号变为多样化的数字信号。换言之，传感器技术会从单一的模拟信号器转变为数字传感器，通过微电脑处理数字信号。鉴于智能传感器具有理想化的发展空间，所以其将成为传感器技术的未来发展方向。

4.4集成化技术

将集成化技术应用于传感器中，可以有效降低功能耗用、降低制造成本，可以减小检测误差，提高反应速度，可以实现远程操控，可以降低操作难度，所以集成化技术是传感器技术的未来发展方向之一。

5结束语

综上所述，随着科技的不断发展，人们对传感器技术的要求也越来越高，所以需要不断的进行革新。只有这样，才能推动现代科技的发展，才能为人类的生活提供一定的便利，才能实现精准检测。简单来说，传感器的技术水平与自动控制系统是有着一定的联系的。上文简单地阐述了传感器技术在现代工业自动控制系统中的问题，如精细度不够、虚拟度有待提高，还针对性地讲述了一些应用方法，比如，可以将传感器技术应用于机械加工中，使工件的质量更高，使生产效率得到有效地提高;可以将传感器技术应用于工业自动化系统中，对机器人进行更好的控制，对其的速度进行精准地测量;可以将传感器技术应用于矿山机电设备安全状态监控系统中，对易燃易爆炸的气体进行检测、预警，给工人的安全提供一定的保障;可以将传感器技术应用于点式温度中，测量电缆的温度变化;可以将传感器技术应用于热效应温度中，获取电缆纤芯温度。

参考文献[1]刘家啟，王涛，王玥.传感器技术在工业自动控制系统中的应用[J]

自动化应用，2018 （5）：150-151