機(jī)電技術(shù)中傳感器的運(yùn)用

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本文作者：金昊 單位：廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院

傳感技術(shù)是一項(xiàng)綜合性技術(shù)，依靠敏感元器件，通過(guò)傳感器的設(shè)計(jì)制造、測(cè)試性能、綜合應(yīng)用，共同起作用，逐漸發(fā)展成為一股支持自動(dòng)化技術(shù)以及現(xiàn)代信息技術(shù)比不可少的關(guān)鍵力量。伴隨著科技的蓬勃發(fā)展，傳感器已經(jīng)不是單一的種類(lèi)和性能，而是隨著時(shí)代的步伐在不斷更新發(fā)展，逐漸擁有越來(lái)越廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，在人類(lèi)生產(chǎn)和生活中占據(jù)不可或缺的地位。

1傳感器的分類(lèi)

1.1根據(jù)能量轉(zhuǎn)換分類(lèi)

根據(jù)傳感器能量轉(zhuǎn)換的角度進(jìn)行分類(lèi)，可以分成能量控制型傳感器和能量轉(zhuǎn)換型傳感器兩種。能量控制型傳感器需要如電容傳感器、霍爾傳感器等提供電源。能量轉(zhuǎn)化型傳感器則利用能量變化產(chǎn)生的物理效應(yīng)產(chǎn)生信息，不需外加電源。

1.2根據(jù)被測(cè)參量分類(lèi)

根據(jù)傳感器的被測(cè)參量可以分成三類(lèi)，即物性參量、機(jī)械量參量、熱工參量。

1.3根據(jù)傳感器使用材料分類(lèi)

傳感器的應(yīng)用材料受外界因素限制，會(huì)呈現(xiàn)出有對(duì)應(yīng)性以及其獨(dú)特性的反應(yīng)。所選用材料中最能體現(xiàn)功能特性的，也是在外界環(huán)境中最有敏感性的材料，因此也是作為制作傳感器敏感元件的最佳選擇。根據(jù)傳感器的應(yīng)用材料，可以分為以下幾類(lèi)：①依照晶體結(jié)構(gòu)區(qū)分材料。非晶、單晶、材料、多晶等。②依照物理性質(zhì)區(qū)分材料。絕緣體、磁性材料、導(dǎo)體、半導(dǎo)體等。③依照其他類(lèi)別區(qū)分材料?；旌衔铩⒔饘倬酆衔?、陶瓷等。

1.4根據(jù)傳感器工作原理分類(lèi)

從傳感器的工作機(jī)理進(jìn)行分類(lèi)，可以將其分成生物傳感器、物理傳感器、化學(xué)傳感器三種，逐一分析如下：①生物傳感器。利用信息科學(xué)與生命科學(xué)一起交織發(fā)展起來(lái)的學(xué)科知識(shí)，廣泛地應(yīng)用于食品工程、環(huán)境監(jiān)測(cè)、臨床醫(yī)學(xué)、發(fā)酵工藝、軍事醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域。②物理傳感器。又分為物性型傳感器和結(jié)構(gòu)型傳感器，具有品種多樣、發(fā)展迅速、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)。③化學(xué)傳感器。利用化學(xué)原理來(lái)識(shí)別檢測(cè)信息，最具有廣闊發(fā)展前景，多應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)、家用電器、火災(zāi)報(bào)警等方面。

2機(jī)電一體化中傳感器的作用效果

在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，傳感器處于首要地位，它的作用特點(diǎn)與系統(tǒng)的感受器官一樣，不僅能夠快速并且準(zhǔn)確地獲取對(duì)我們有用信息，并且還能接受在惡劣環(huán)境之下的嚴(yán)酷考驗(yàn)，在機(jī)電一體化系統(tǒng)中保證達(dá)到了高水平的要求。隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷更新，作為信息采集系統(tǒng)的前端單元，傳感器的作用和地位越顯突出。

3機(jī)電一體化系統(tǒng)中傳感器的應(yīng)用實(shí)踐

3.1在機(jī)器人中傳感器的應(yīng)用

隨著高科技的不斷發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人作為高科技的產(chǎn)物，已經(jīng)能夠通過(guò)各種傳感器準(zhǔn)確無(wú)誤地感知周?chē)h(huán)境本身并且可以自如地操作對(duì)象，運(yùn)作身體。外部傳感器獲得的操作對(duì)象和認(rèn)知的外部環(huán)境，它是通過(guò)內(nèi)部傳感器來(lái)獲取自身狀態(tài)的信息，我們能夠通過(guò)控制的機(jī)器人獲得提供的反饋意見(jiàn)。

3.2傳感檢測(cè)技術(shù)在機(jī)械加工過(guò)程中的應(yīng)用

①在機(jī)器的切割過(guò)程中的正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中應(yīng)用傳感器技術(shù)。在切割的過(guò)程當(dāng)中，優(yōu)化生產(chǎn)結(jié)構(gòu)是傳感器檢測(cè)的最終目的。而在切割過(guò)程中，提高金屬材料的利用率和節(jié)約生產(chǎn)成本的過(guò)程中去除率。軸承旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，溫度監(jiān)測(cè)和控制，這機(jī)器的性能和安全運(yùn)行，這種傳感器的主要目標(biāo)是檢測(cè)傳感參數(shù)包括由于故障的表面的粗糙度和加工機(jī)器停機(jī)精度，使用的電源，機(jī)器狀態(tài)和冷卻水流量。

②砂輪刀具的檢測(cè)傳感技術(shù)。重要的材料切除過(guò)程包括了切削與磨削過(guò)程。當(dāng)?shù)毒吆蜕拜喣p到一定限度的時(shí)候，或者就會(huì)出現(xiàn)塑性變形，損壞，卷刀或燒傷的情況，他們可能會(huì)失去切削的能力，使之更加不能保證加工表面的完整性和加工精密度，這樣的情況稱(chēng)為工具砂輪失效。在大量的工業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得出的結(jié)論，由于刀具失效從而導(dǎo)致機(jī)床故障停機(jī)為首要因素。另外，其存在著設(shè)備故障事故的危險(xiǎn)和人身安全隱患。

3.3在汽車(chē)中傳感技術(shù)自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用

隨著其它新型技術(shù)和傳感器技術(shù)的大量應(yīng)用，如今的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)步入了一個(gè)的全新時(shí)期。用自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)代替純機(jī)械式控制部件是汽車(chē)機(jī)電一體化的要求。在其所有的重要控制系統(tǒng)中，不可少地使用了壓力傳感器、吸氣及冷卻水溫傳感器、曲軸位置傳感器、氣敏傳感器等各種傳感器。在機(jī)械制造業(yè)中，我們要需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性的測(cè)量，利用傳感器來(lái)測(cè)量床身、刀架等有關(guān)部位的機(jī)械阻抗、振動(dòng)等參數(shù)來(lái)檢驗(yàn)傳感器的動(dòng)態(tài)特性。在環(huán)境這方面，通過(guò)密集的節(jié)點(diǎn)布置可以詳細(xì)地觀察到微觀的環(huán)境因素，為環(huán)境監(jiān)測(cè)和環(huán)境研究提供了一個(gè)嶄新的平臺(tái)和途徑。在內(nèi)部傳感器如：尖端科技產(chǎn)業(yè)，限位開(kāi)關(guān)、角度、編碼器、加速度計(jì)傳感器等，觸覺(jué)傳感器、壓力傳感器、光電傳感器、視覺(jué)傳感器、接近開(kāi)關(guān)等，在如此多的外部傳感器的共同作用之下，造就了現(xiàn)今新時(shí)代的機(jī)器人。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)主要是依靠傳感器技術(shù)，同時(shí)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中這也是不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)，它的技術(shù)水平高低在很大程度上決定和影響著其系統(tǒng)的功能。在各行各業(yè)的技術(shù)領(lǐng)域和科學(xué)領(lǐng)域以及日常生活中，傳感器越來(lái)越發(fā)揮著極其重要的作用，并且得到了日益?zhèn)鞑?，傳感器最終得到廣泛傳播。

4傳感器技術(shù)所存在的問(wèn)題

專(zhuān)業(yè)研究所和大學(xué)各高校是我國(guó)傳感器的研究主要集中的地方，發(fā)源于20世紀(jì)80年代，與國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)相比較，我們還存在著非常之的大差距，主要表現(xiàn)為：先進(jìn)的計(jì)算、模擬技術(shù)和優(yōu)秀可行的設(shè)計(jì)方法；先進(jìn)的高端設(shè)備與微機(jī)械加工技術(shù)；嫻熟于心的封裝技術(shù)；具有可靠性技術(shù)的研究。所以說(shuō)，在傳感器技術(shù)方面，我們更加要提高和加強(qiáng)對(duì)技術(shù)的探討以及深入的研究，以便促進(jìn)我國(guó)傳感器技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

5傳感器技術(shù)應(yīng)用中問(wèn)題的解決方法與其發(fā)展方向

傳感器的不斷發(fā)展為自動(dòng)化水平的提高提供了條件。因此，傳感器技術(shù)能夠又快又好的發(fā)展，其今后的發(fā)展方向可能有如下幾個(gè)方面：①傳感器技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力主要是來(lái)源于快速的開(kāi)發(fā)。比如說(shuō)，研究新型敏感材料和新型的技術(shù)：信息處理，生物化學(xué)，光電子，微電子等多種學(xué)科。各種新技術(shù)的綜合利用和相互滲透，這樣雙管齊下，就能夠在積極開(kāi)發(fā)新一批敏感材料的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)生產(chǎn)先進(jìn)的傳感器。②趨向于高精度的發(fā)展。向精度高，響應(yīng)速度快，靈敏度高，互換性好的有利方向發(fā)展，新型傳感器的可靠性確保了生產(chǎn)自動(dòng)化。③趨向于微型化發(fā)展。積極研發(fā)成熟的加工技術(shù)以及新型材料，是實(shí)現(xiàn)將傳感器微型化的重要途徑。④趨向于集成化發(fā)展。其具有穩(wěn)定性高、可靠性高、體積小、重量輕、響應(yīng)快等特點(diǎn)，而且便于批量生產(chǎn)，成本較低。

6結(jié)語(yǔ)

在機(jī)電一體化中通過(guò)運(yùn)用傳感器技術(shù)，研究并解決系統(tǒng)中的信息傳遞問(wèn)題，從而能夠使系統(tǒng)中信息、能量的轉(zhuǎn)換和傳遞更加的流通順暢，使得系統(tǒng)各部分都能夠有機(jī)地相結(jié)合一起，并形成統(tǒng)一完整的整體。在近幾十多年來(lái)，智能化傳感器有了很大的發(fā)展，智能化的傳感器更加開(kāi)始與人工智能相結(jié)合，創(chuàng)造出了各種高度智能的傳感器，并且已經(jīng)在家用電器方面得到了應(yīng)用，相信在不久的將來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)能夠更加的成熟，而且這項(xiàng)技術(shù)能夠向更多方向發(fā)展。從某種意義上來(lái)講，機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)功能要求和選擇后的傳感器的應(yīng)用設(shè)計(jì)。傳感器的好壞與否將直接影響到機(jī)電一體化控制系統(tǒng)運(yùn)行和系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性和可靠性。對(duì)于傳感器技術(shù)，機(jī)電一體化發(fā)揮著極其重要的作用。