張亞龍

摘 要：機電一體化系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到了各項生產(chǎn)實踐活動中。隨著使用需求的不斷提升，應(yīng)用更加高精度、更可靠的傳感器技術(shù)具有廣闊的空間。通過計算機信息技術(shù)來控制這些傳感器采集信號，以此來獲取機電一體化系統(tǒng)運行的狀況，有利于提高控制的效果。

關(guān)鍵詞：傳感器技術(shù);機電一體化系統(tǒng);應(yīng)用

傳感器技術(shù)可以看作是一個國家現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展的重要衡量指標。我國是世界上的工業(yè)大國，很多工業(yè)生產(chǎn)實踐領(lǐng)域中都大量應(yīng)用到了傳感器技術(shù)，這樣有利于提高機電一體化系統(tǒng)運行的效率。因此就需要針對傳感器技術(shù)在機電一體化系統(tǒng)中的實際應(yīng)用進行深入研究，掌握更加科學(xué)的技術(shù)使用方法。

1.相關(guān)理論概述

1.1機電一體化

機電一體化融合了機械、電子信息化技術(shù)、自動控制技術(shù)等眾多方面，這些不同領(lǐng)域的技術(shù)需要相互配合，共同完成整個控制過程。機電一體化已經(jīng)在過去我國經(jīng)濟社會發(fā)展中做出了重大的貢獻，但總體來說，一些所使用的技術(shù)相對于西方發(fā)達國家來說還顯得有些落后。隨著我國科研環(huán)境的逐步改善，在眾多先進技術(shù)領(lǐng)域取得重大突破。這也使得現(xiàn)代機電一體化系統(tǒng)能夠應(yīng)用更多先進的技術(shù)來發(fā)揮作用，能夠?qū)崿F(xiàn)在更加惡劣的環(huán)境仍然保持高效的性能。在以計算機信息技術(shù)為代表的新興科技的沖擊下，機電一體化領(lǐng)域也迎來了新的發(fā)展機遇。首先是更加高性能的計算機處理性能能夠?qū)崿F(xiàn)對海量信息的實時處理，并且控制精度越來越高，這樣就使得機電一體化系統(tǒng)的性能越來越好。從世界發(fā)展的趨勢看來，機電一體化系統(tǒng)仍然將在未來一段時間內(nèi)承擔(dān)著工業(yè)生產(chǎn)制造的重要責(zé)任，因此不斷研究機電一體化技術(shù)具有現(xiàn)實意義，也是實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級轉(zhuǎn)換的重要推動力量。機電一體化系統(tǒng)中大量依靠傳感器技術(shù)來完成整個控制過程，因此提高傳感器技術(shù)的應(yīng)用效果也是十分有必要的。

1.2傳感器技術(shù)

傳感器技術(shù)的發(fā)展與材料領(lǐng)域的發(fā)展狀況具有較大的關(guān)聯(lián)。在整個機電一體化控制系統(tǒng)中，需要依據(jù)采集得到的信號才能夠判定生產(chǎn)的實際狀態(tài)，以此來完成相應(yīng)的控制過程。因此由傳感器采集到信號的精度十分重要，在一些高端控制領(lǐng)域中，往往會對傳感器的精度具有較高的要求。例如在測量溫度時可以使用熱敏電阻，在測量電壓、電流等信號時，可以使用相對應(yīng)的采樣電路。不同的機電一體化系統(tǒng)需要測量不同的參數(shù)，因此需要根據(jù)實際需求來選用符合要求的傳感器。同時也可以根據(jù)傳感器的實際應(yīng)用分為內(nèi)部信息傳感器和外部信息傳感器這兩種，其中內(nèi)部信息傳感器主要是對機電一體化系統(tǒng)運行過程中涉及到的機器溫度、壓力信息等進行檢測。外部傳感器主要指的是對于機電一體化系統(tǒng)外部的一些參數(shù)進行獲取。

2.傳感器技術(shù)在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用

傳感器的種類比較多，不同種類的傳感器的工作原理也不一樣。生活中常見的電子秤、聲控開關(guān)等都應(yīng)用到了傳感器技術(shù)原理，傳感器的精度以及可靠性需要結(jié)合不同領(lǐng)域的實際使用情況來確定。由于機電一體化系統(tǒng)常用在工業(yè)生產(chǎn)制造領(lǐng)域中，因此往往對精度和可靠性的要求都比較高。

2.1機械生產(chǎn)制造

機械生產(chǎn)制造相對來說是一個復(fù)雜的過程，涉及到的各個流程比較多。但是在高精度機械加工環(huán)節(jié)中，對加工刀具切割過程的要求十分高，稍有不慎就有可能導(dǎo)致零件浪費。依據(jù)控制系統(tǒng)中已經(jīng)設(shè)定好的參數(shù)，然后通過控制傳感器采集得到的信號來判斷是否滿足了控制條件，然后才能決定是否進行加工，這樣有利于降低產(chǎn)品不良率。結(jié)合現(xiàn)代智能控制技術(shù)的高速發(fā)展，可以通過傳感器采集得到的信號來進行智能化調(diào)節(jié)，例如在對機械坯件夾持時，所使用的力度要適中，如果力度過大就會導(dǎo)致坯件變形，力度過小就會出現(xiàn)夾不緊的情況。因此這都需要根據(jù)材料的尺寸、規(guī)格來進行測量，從而控制相應(yīng)的夾力。此外，機電一體化系統(tǒng)中要使用電機來提供切削的動力以及控制切削的角度，這都是需要實時通過傳感器接收獲取到的信息來進行閉環(huán)控制，以此來完成整個切削作業(yè)，并且將工藝的精準度控制在合理的范圍內(nèi)。早期應(yīng)用傳感器很大程度上都是為了檢測加工工件的質(zhì)量，以此來實現(xiàn)對加工工件的自動控制。目前在該領(lǐng)域中比較先進的傳感器技術(shù)有激光表面粗糙度傳感系統(tǒng)、機器視覺傳感器等。

2.2數(shù)控機床中的應(yīng)用

數(shù)控機床是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的一項重要技術(shù)，也成為了一個國家高端工業(yè)發(fā)展的重要方面。數(shù)控機床通過已經(jīng)編制好的程序來獲取零件加工的狀態(tài)，對于一些獲取到的信息還需要給予一定的補償。例如，數(shù)控機床運行過程中會產(chǎn)生大量的熱量，這些熱量在機床內(nèi)部是不均勻的，這種存在的熱量差異就會導(dǎo)致在加工的過程中影響到精度。因此就需要通過溫度傳感器來實時獲取數(shù)控機床內(nèi)部的溫度信號，然后通過整個控制管理系統(tǒng)來給予相應(yīng)的溫度補償，確保加工零件處于一個相對均衡的狀態(tài)。此外，數(shù)控機床的刀具在移動的過程中，都是由電機來進行驅(qū)動的，很多電機尾部都裝有光電編碼器，通過該部分來測量得到電機實際轉(zhuǎn)速，確保電機能夠按照設(shè)定好的程序來正常運行。

此外還可以通過刀具的移動量來進行控制，避免出現(xiàn)軸動過位的情況。數(shù)控機床的刀具在長期切割加工的過程中還會出現(xiàn)一定程度的磨損，如果磨損程度比較高，就會存在較高的加工誤差，這也是現(xiàn)代高精度數(shù)控機床不可接受的。

2.3機器人領(lǐng)域

目前世界各國仍然在持續(xù)加大機器人領(lǐng)域的投入，這是因為現(xiàn)如今很多技術(shù)已經(jīng)達到了足夠成熟的狀態(tài)，能夠確保裝備這些先進技術(shù)的機器人完成一些人類無法完成的工作。但是機器人本身并不具備人類的肉眼、皮膚等部位，因此就無法獲取到外部的信號。只能在機器人結(jié)構(gòu)中根據(jù)控制的需求來選擇相應(yīng)的傳感器技術(shù)，這樣才能夠?qū)崟r獲取外界信息，通過對這些信息的判斷來做出模仿人類反應(yīng)的活動。例如機器人在移動過程中，要通過采集視頻信號來判斷前方是否具有障礙物，這樣才能夠重新規(guī)劃機器人的移動軌跡，繞過障礙物。并且機器人需要裝備電池組，這些電池組的剩余電量都要能夠被系統(tǒng)獲取到，在剩余電量達到警戒值時，就需要觸發(fā)報警，以便提醒控制者在合理的時間內(nèi)結(jié)束機器人的活動，或者是機器人自行移動到充電區(qū)域完成充電過程。這一過程中都需要使用到傳感器技術(shù)，否則無法獲取到這些實時信號。目前，觸覺傳感器、超聲波傳感器、光敏傳感器等都是機器人、無人機使用比較常見的傳感器技術(shù)，性能已經(jīng)日趨穩(wěn)定。

2.4汽車領(lǐng)域

汽車已經(jīng)逐漸走入千家萬戶，成為了十分常見的家用品。在很多汽車車身上都裝備了眾多高精度的傳感器，例如使用雷達測距，這樣在車輛運動過程中就能夠得知車輛與障礙物的距離，一旦距離達到警戒范圍內(nèi)，就立即觸發(fā)報警，避免駕駛員繼續(xù)操作，引發(fā)碰撞。車輛的油量、行駛速度、車內(nèi)外溫度都能實時顯示出來，這都需要這些傳感器技術(shù)具備足夠的抗干擾能力，即使在惡劣的環(huán)境下仍然能夠獲取到正確的信息，具備較高的可靠性和穩(wěn)定性。一般來說，壓力傳感器、曲軸位置傳感器、吸氣及冷卻水溫度傳感器都是整車性能中十分重要的環(huán)節(jié)。提高這些領(lǐng)域的傳感器技術(shù)，有利于提高燃油經(jīng)濟性以及車輛行駛的安全性，車輛駕駛員也能夠有效地減輕駕駛疲勞感。此外，傳感器技術(shù)在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用需要根據(jù)不同的場合來選擇不同標準的傳感器模塊，在確保性能達標的情況下，盡量降低傳感器模塊使用的成本，提高經(jīng)濟性。

3.傳感器技術(shù)的未來發(fā)展方向

目前國內(nèi)傳感器技術(shù)已經(jīng)取得了較大的突破，也已經(jīng)開始逐步走向工業(yè)化應(yīng)用。但總體來說，由于材料技術(shù)的限制，目前應(yīng)用在高精度傳感器中的特殊材料研究成果還比較匱乏，并且可靠性也達不到預(yù)期。這樣就使得國內(nèi)傳感器技術(shù)相對比較落后，在一些要求比較高的場合下，仍然需要大量進口。傳感器技術(shù)可以視為機電一體化系統(tǒng)的感官，如果不能夠?qū)Ρ豢貙ο蟮膮?shù)進行精確獲取，也就不能達到較高的控制要求。

3.1提高探測精度

從未來的發(fā)展趨勢看來，還可以進一步提高傳感器的探測精度。這都得益于微電子技術(shù)和材料技術(shù)的發(fā)展，這樣才能夠通過這些模塊來將需要采集的信息更加真實的反應(yīng)出來，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便機電一體化系統(tǒng)來進行控制。在航空航天等領(lǐng)域中，傳感器技術(shù)要求十分高，必須要嚴格確保不出現(xiàn)任何失誤，否則就有可能帶來十分嚴重的后果。

3.2實現(xiàn)智能化控制

智能控制理念已經(jīng)被工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛接受，在未來的發(fā)展進程中，傳感器技術(shù)將進一步朝著更加智能化的方向發(fā)展。將傳感器技術(shù)采集獲取到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，實現(xiàn)精確的數(shù)字信號傳輸和控制，結(jié)合一些智能控制算法的應(yīng)用，能夠?qū)Λ@取到的數(shù)字信號進行過濾，將一些干擾信號除去，避免這些干擾信號構(gòu)成對信號處理結(jié)果的影響。

3.3控制傳感器模塊的體積

相對于日益精細化的機電一體化系統(tǒng)來說，一部分傳感器模塊的體積還需要進一步縮小。通過降低傳感器模塊的體積，也能夠使得一部分便攜式機電一體化系統(tǒng)能夠更加容易攜帶，提高應(yīng)用優(yōu)勢。但仍然應(yīng)當(dāng)以性能為主，要確保傳感器模塊性能優(yōu)異。

4.結(jié)語

本文對傳感器技術(shù)在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用進行了分析。由于傳感器技術(shù)的持續(xù)進步，也將會進一步推動機電一體化系統(tǒng)的發(fā)展，創(chuàng)造更大的應(yīng)用空間。傳感器技術(shù)還需要不斷的提高精度，擁有更高的可靠性以及穩(wěn)定性，以此來滿足越來越多行業(yè)的需求。我國也需要進一步加大傳感器技術(shù)以及智能機電一體化系統(tǒng)的研究投入，這樣才能在國際市場競爭中獲得優(yōu)勢地位，解決更多生產(chǎn)實踐問題。

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