传感器技术在机电一体化的应用研究

2014-09-15黄永林

科技视界 2014年24期

黄永林

（广东美的制冷设备有限公司，广东佛山 528311）

0 前言

随着我国社会市场经济的快速发展，科学技术水平不断提高。机电一体化的过程中，传感器作为重要的技术手段，能够有效的检测系统的状态和现象，进而为人们提供有效的系统信息，便于人们进行系统的控制和处理，成为现代科学技术发展的必然趋势。传感器技术在机电一体化中的应用，可以快速的获得所需要的信息，提高了机电一体化系统的整体水平，实现精确的系统信息除了和控制决策。

1 传感器的概念及种类

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

常见的传感器种类主要包括以下几种：电化学传感器，通过与被测气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作，可分为一氧化碳传感器、二氧化氮传感器、甲醛传感器等；电量传感器，是一种将被测电量参数转换成直流电流、直流电压并隔离输出模拟信号或数字信号的装置；电阻式传感器，是将被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换成电阻值这样的一种器件。主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件；称重传感器，是一种能够将重力转变为电信号力的电转换装置，是电子衡器的一个关键部件；温度传感器，根据电阻阻值、热电偶的电势随温度不同发生有规律的变化的原理，我们可以得到所需要测量的温度值；位移传感器，又称为线性传感器，把位移转换为电量的传感器。位移传感器是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量它分为电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器；压力传感器，是工业实践中最为常用的一种传感器，一般普通压力传感器的输出为模拟信号，模拟信号是指信息参数在给定范围内表现为连续的信号；液位传感器，是基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，采用国外先进的隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感传感器，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号。

2 传感器的研究现状分析

从20 世纪80年代，世界范围内掀起了“传感器”热，各国都致力于传感器技术的研发和生产，促进了传感器技术的快速发展。传感器成为重要的技术手段，传感器系统成为一个新兴行业。如今，全世界传感器的销售总额已经达到200 亿美元，并且以每年80%的增长率发展，传感器的种类已经超过2 万种。现阶段，传感器已经被广泛地应用于工业、商业和农业等各个行业。我国已经把传感器技术列为列入国家重点攻关计划及中长期科技发展重点新技术之一。传感器技术将在本世纪迎来发展的高潮，并且不失时机的研发出新传感器产品，成为我国国民经济新的增长点。

3 机电一体化中传感器的作用效果

在我国机电一体化的系统中，传感器技术成为最重要的技术手段之一，占据首要的地位。传感器的作用特点，等同于系统的感受器官，能够精确的获得系统的有效信息，甚至是在恶劣的环境下，也能够经受严酷的考验，保证了机电一体化系统具有较高的水平。随着现代科学技术的革新，传感器作为系统的前端单元，其作用和地位越来越突出。

4 机电一体化系统中传感器的应用

4.1 传感器在机器人中的应用

随着科学技术的快速发展，工业机器人已经成为一种高科技的产物，能够准确的感知周围环境。传感器在机器人中的应用，使得工业机器人可以感知周围环境，在内部传感器的作用下，可以获得自身状态信息，加上外部传感器的作用，能够将操作对象和外部环境相联系，为工业机器人提供有效的反馈信息，进而实现工业机器人的准确操作。

4.2 传感检测技术在机械加工过程中的应用

在机械加工领域，传感器监测技术主要是应用于机械切削过程、机床运行过程、工件过程的传感和砂轮工具的监测。其中，切削过程中传感器的应用，通过检测切削过程的切削力变化、震颤、切削状态等，控制切削过程的进行，提高了机械加工的生产率，降低了材料成本，提升了材料的切除率。机床的运行过程，在传感器的作用下，检测轴承与回转系统、驱动系统、温度及安全性，有效控制机床的运行。工件过程的传感中，传感器可以提高工序识别和工件安装监视过程的控制，可以获得工件的加工信息，提高工件的准确性。砂轮刀具的检测传感，可以及时发现刀具和砂轮的变形、损害等问题，保证加工表面的精密度，提高设备的安全性。

4.3 传感技术在汽车自动控制系统中的应用

汽车传感器具有适应性强、抗干扰能力强、耐恶劣环境、可靠性和稳定性高的特点，是汽车中电子控制系统中的必要设备，广泛地应用于汽车管理系统中。汽车机电一体化，采用传感器自动控制系统，代替了传统的纯机械控制部件，改善了汽车的综合性能，降低了汽车的油耗，提高了行驶的安全性和舒适性。

5 传感器技术发展所存在的问题及其发展方向

我国传感器技术有了一定的进步。但是，与国外相比，我国机电一体化系统中传感器的应用仍然存在较大的差距。我国传感器技术发展中存在着一些问题，我国的传感器相关计算、设计和模拟方法不够先进，不能够满足机电一体化中传感器应用的需要，同时，我国微机械加工技术和设备也不够完善，缺乏先进的微机械加工技术和设备，没有相关的封装技术，传感器设备与发达国家有较大的差距，此外，我国没有可靠的传感器技术研究作为技术支撑。

针对上述我国传感器技术发展中存在的问题，我国要积极引进高新技术，提高传感器在机电一体化系统中的水平。传感器技术今后的发展方向为：第一，将微电子、生物化学、光电子、信息处理等学科相融合，研发新型敏感材料的传感器，提高传感器抗干扰能力。第二，开发出响应快、灵敏度高、精准度高、互换性好的感应材料，应用于传感器生产中，促进传感器技术的高精度发展。第三，传感器的微型化发展，通过研究新材料和新技术，实现传感器的微型化。第四，智能化发展，提高测控系统的自动化水平，满足机电一体化中传感器的要求，促进传感器的智能化数字化方向发展。第五，传感器的微功耗和无源化发展，由于传感器是利用电源工作的，所以，开发传感器微功耗和无源化将是机电一体化的必然发展方向。