主頁 > 技術文（wén）章 > 淺析傳感器技術（shù）在機電一體化中的應（yīng）用 2024-10-18

淺析傳感器技術在機電一體化中的應用

摘要：文章（zhāng）概述傳感器研究現狀與發展，探討傳感器在機電一體化係統（tǒng）中的應用，並分析（xī）我國傳感器技術發展的若幹問題及（jí）發展方向。
　　　在機電一體（tǐ）化係統中，傳感器處係統之首，其作用相當於係統（tǒng）感受器官，能快速、精確地獲取信息並能經受嚴酷環境考驗，是機電一體化係統達到高水平的保證。如缺（quē）少（shǎo）這些傳感器對係統狀態和對信息精確（què）而可（kě）靠的自（zì）動檢測，係統的信息處理、控製決策等功能就無法談及和實現。
一、傳感器的研究現狀與發展（zhǎn）：
　　傳感器是能感受規定的被測量並（bìng）按（àn）一定規律轉（zhuǎn）換成可用輸出信號的器件或裝置，主要用（yòng）於檢測機電（diàn）一體（tǐ）化係統（tǒng）自身與操作（zuò）對象、作業環境狀態，為有效控製機電一體化係（xì）統（tǒng）的（de）運作提供必須的相關信息。隨著人類探知領域和空間的拓展，電子信息種類（lèi）日益繁多，信息（xī）傳遞速度日益加快，信（xìn）息處理能力日益增強，相應的信息采集——傳感技術也將日益發展，傳感器也將無所不在。
二、傳感器（qì）在機電一體化係統中的應用（yòng）
　　傳感器是左右（yòu）機電一體化係統（或產品）發展的重要技術之一，廣泛應（yīng）用於各種自動化產品之中：
　　1.機器人用傳感（gǎn）器（qì）。工業機（jī）器人之所以能夠準確操作，是因為它能（néng）夠通過各種傳感器來準確感知自身、操作對象及作業環境的狀態，包括：其自身狀態信（xìn）息的獲取通過內部傳感器（位置（zhì）、位移、速度、加速（sù）度（dù）等）來完成，操作對象與（yǔ）外部環境的感知通過外部傳感（gǎn）器來實現，這個過（guò）程非常重（chóng）要，足以為機器人控製提供反饋信息。
　　2.機械加工過程的傳感檢測技（jì）術。
　　（1）切削過程和機床運（yùn）行過程的（de）傳感（gǎn）技術。切削過程傳感檢測的目的（de）在於優化切削過程的生（shēng）產率、製造成本或（金屬）材料的切除率（lǜ）等（děng）。切削過程傳（chuán）感檢測的目標（biāo）有切削過程的切削力及其變化、切削過程（chéng）顫震、刀具與工件的接觸和切削時切屑的狀態及切削過程辨識等，而最重要的（de）傳感參數有切削力（lì）、切削過程振動、切削過程聲發射、切削過程電機的功率等。對（duì）於機床的（de）運行（háng）來講，主要的傳感檢測目（mù）標有驅動係統、軸（zhóu）承（chéng）與回轉係統（tǒng）、溫度的監測（cè）與控製及安全（quán）性等，其傳感參數有機（jī）床的故障停機時間、被（bèi）加工件的表麵粗糙度和（hé）加工精度、功率、機床狀態與冷卻潤滑液的流量等。
　　（2）工件的過程傳感。與（yǔ）刀具和機床的（de）過程監視技術相（xiàng）比，工件的過程監視是研（yán）究和應用最（zuì）早、最多的。它們多數以（yǐ）工件加（jiā）工質量控製為目標。20世紀80年代以來，工件識別（bié）和工件安裝位姿監視要求也提到日程上來。粗略地講，工序識別是為辨識所執行的加工工序是否是工（零）件加工要求的工（gōng）序；工件識別是辨識送入機（jī）床待加（jiā）工的工件或者毛坯是否（fǒu）是要求加工的工件或毛（máo）坯，同時還要求辨識（shí）工（gōng）件安裝的位姿是否（fǒu）是工藝規程要求的位姿。此外，還可（kě）以利用工件識別和工件安裝監視傳感待加工毛坯或（huò）工件的加工裕量和表麵缺陷。完成這些識別與監視將采用或開發許多傳感器，如基於TV或（huò）CCD的機器視覺傳感器、激光表麵粗糙度傳感係（xì）統等。
（3）刀具（砂輪的檢測傳感。切削與磨削過（guò）程是重要的材料切除過程。刀具（jù）與砂輪磨損到一定限度（按磨鈍標準判定）或出現破損（破損、崩（bēng）刃、燒傷、塑（sù）變或（huò）卷刀的總稱），使它們失去切（磨削能力或無（wú）法保證加工精度和加工表麵完整性時，稱為刀具/砂輪失效。工業統計證明，刀（dāo）具失（shī）效是引（yǐn）起機床故（gù）障停機的首（shǒu）要因素，由其引起的停機時間占NC類機床的總停機時（shí）間的1/5-1/3.此外，它還可能引發設備或（huò）人身安全事故，甚至是重大（dà）事故。
3.汽車自動控製係統中的傳感技術。隨（suí）著傳感器技術和其它新技術的應用，現（xiàn）代化汽車工業進入了全新時期。汽車（chē）的（de）機電一體化要求（qiú）用自動控製係統取代純（chún）機械式控製部（bù）件，這不僅體現在（zài）發動機上（shàng），為更全麵地改善汽（qì）車性能，增（zēng）加人性化服務功能，降低油（yóu）耗，減少排氣汙染，提高行駛安全性、可靠性、操作方便和舒適性，先進的檢測和控製技術已擴大到汽車全身。在其所（suǒ）有重點控製係（xì）統中，必不可少地使用曲軸位置傳感器、吸（xī）氣及冷卻水溫度傳（chuán）感器、壓力（lì）傳感（gǎn）器、氣敏傳感器等各種（zhǒng）傳感器。
三、我國（guó）傳感器技（jì）術發展的若幹問題及發展方（fāng）向
　　傳感器技術是實現自動控製、自動調節的關鍵環（huán）節，也是機電一體化係統不可缺少的關（guān）鍵技術之一，其水平高低在很大程度（dù）上影響（xiǎng）和決（jué）定著係統的功能；其水平越高，係統的自動化程度就越（yuè）高。在一套完整的機電一體化係統中，如果（guǒ）不能利用傳（chuán）感檢測技術對被控對象的（de）各項參數進行（háng）及時準確地檢測出並轉換成易於傳（chuán）送和處理的信號，我們所需要的用於（yú）係
　　統控製的信息就無法獲得，進而使整個（gè）係統就無法正常（cháng）有（yǒu）效的工作。
　　我國傳（chuán）感器的研究主要集中在專業研究所和大學，始於20世紀80年代，與國外先進技術相比，我們還有較大差距（jù），主（zhǔ）要表（biǎo）現在：
　　（1）先進的計算、模擬和設計方法；
　　（2）先（xiān）進的微機械加工技術與設備（bèi）；
　　（3）先進的封裝技術（shù）與設備；
　　（4）可靠性技術研（yán）究等方麵。因此，必須加強技術研究和引進先進設備，以提高整體水平。傳（chuán）感器技術今後的（de）發展方向可有幾方麵：
　　1.加速開發新型敏感材料：通過微電子、光電子、生物化學、信息處理等各種學科，各種新技術（shù）的互相滲透（tòu）和綜合利用，可望研製出一（yī）批基於新型敏感材（cái）料（liào）的先（xiān）進傳（chuán）感器。
　　2.向高精（jīng）度（dù）發展：研製出靈敏度高、精確度高、響應（yīng）速度快、互（hù）換性好的新型傳感器以確保生產自動化的可靠性。
　　3.向微型化發展：通過發展新（xīn）的材料及加工技術實現傳感器微型化將是近十（shí）年研究的熱點。
　　4.向微功耗及無源化發（fā）展：傳感器一般都是非電量向電量的（de）轉化，工作時離不開（kāi）電源，開發微功耗的傳感器及無源傳感器是必然的發展方向。
5.向智能（néng）化數字化（huà）發展：隨著（zhe）現代化的發展，傳感器的功能已突破傳統的功能，其（qí）輸出不再是一個單一的模擬信號（如0-10mV），而是經過微電腦處理（lǐ）好後的數字信號，有點甚至帶有控製功（gōng）能，即智能傳感器。

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