传感器技术在机电控制系统中的应用

乔会鹏+李小莉

摘 要：现代科学技术的发展极大地推动了不同学科的交叉与渗透，引起了工程领域的技术改造与革命。机电控制系统中，传感器在信息获取方面，具有快速、精确等特征，是机电控制系统能否达到高水平的重要保障。为此，本文主要对传感器技术的概况、机电控制系统及智能建筑机电设备控制中传感器技术的应用进行了探讨。

关键词：传感器技术；机电控制系统；概况；智能建筑

传感器技术是实现自动控制、自动调节的关键环节，也是机电一体化系统不可缺少的关键技术之一，其水平高低在很大程度上影响和决定着系统的功能；其水平越高，系统的自动化程度就越高。在一套完整的机电一体化系统中，如果不能利用传感检测技术对被控对象的各项参数进行及时准确地检测出并转换成易于传送和处理的信号，我们所需要的用于系统控制的信息就无法获得，进而使整个系统就无法正常有效的工作。

1 传感器技术的概况

传感器是指能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。 我国国家标准（GB7665-2005）对传感器的定义是："能感受被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置"。传感器作为信息获取的重要手段，与通信技术和计算机技术共同构成信息技术的三大支柱。作用：利用物理效应、化学效应、生物效应，把被测的物理量、化学量、生物量等转换成符合需要的电量。

2 传感器在机电控制系统中的应用

1、机器人的传感器应用

工业机器人之所以能够准确操作，是因为它能够通过各种传感器来准确感知自身、操作对象及作业环境的状态，包括：其自身状态信息的获取通过内部传感器（位置、位移、速度、加速度等）来完成，操作对象与外部环境的感知通过外部传感器来实现，这个过程非常重要，足以为机器人控制提供反馈信息。

2、机械加工过程的传感检测技术

（1）切削过程和机床运行过程的传感技术。切削过程传感检测的目的在于优化切削过程的生产率、制造成本或（金属）材料的切除率等。切削过程传感检测的目标有切削过程的切削力及其变化、切削过程颤震、刀具与工件的接触和切削时切屑的状态及切削过程辨识等，而最重要的传感参数有切削力、切削过程振动、切削过程声发射、切削过程电机的功率等。对于机床的运行来讲，主要的传感检测目标有驱动系统、轴承与回转系统、温度的监测与控制及安全性等，其传感参数有机床的故障停机时间、被加工件的表面粗糙度和加工精度、功率、机床状态与冷却润滑液的流量等。

（2）工件的过程传感。与刀具和机床的过程监视技术相比，工件的过程监视是研究和应用最早、最多的。它们多数以工件加工质量控制为目标。20世纪80年代以来，工件识别和工件安装位姿监视要求也提到日程上来。粗略地讲，工序识别是为辨识所执行的加工工序是否是工（零）件加工要求的工序；工件识别是辨识送入机床待加工的工件或者毛坯是否是要求加工的工件或毛坯，同时还要求辨识工件安装的位姿是否是工艺规程要求的位姿。此外，还可以利用工件识别和工件安装监视传感待加工毛坯或工件的加工裕量和表面缺陷。完成这些识别与监视将采用或开发许多传感器，如基于TV或CCD的机器视觉传感器、激光表面粗糙度传感系统等。

（3）刀具（砂轮的检测传感。切削与磨削过程是重要的材料切除过程。刀具与砂轮磨损到一定限度（按磨钝标准判定）或出现破损（破损、崩刃、烧伤、塑变或卷刀的总称），使它们失去切（磨削能力或无法保证加工精度和加工表面完整性时，称为刀具/砂轮失效。工业统计证明，刀具失效是引起机床故障停机的首要因素，由其引起的停机时间占NC类机床的总停机时间的1/5-1/3.此外，它还可能引发设备或人身安全事故，甚至是重大事故。

3、汽车自动控制系统中的传感技术

随着传感器技术和其它新技术的应用，现代化汽车工业进入了全新时期。汽车的机电一体化要求用自动控制系统取代纯机械式控制部件，这不仅体现在发动机上，为更全面地改善汽车性能，增加人性化服务功能，降低油耗，减少排气污染，提高行驶安全性、可靠性、操作方便和舒适性，先进的检测和控制技术已扩大到汽车全身。在其所有重点控制系统中，必不可少地使用曲轴位置传感器、吸气及冷却水温度传感器、压力传感器、气敏传感器等各种传感器。

3 传感器在智能建筑机电设备控制中的应用

智能建筑的机电设施系统很多，包括供配电照明系统、空调系统、给排水系统、电梯控制系统等。传感器在其中都得到广泛的应用。如空调系统中大量的温度、湿度传感器，给排水系统中的流量传感器等。这里主要介绍传感器在电梯控制中的应用。

以轿厢式电梯为例，电梯由轿厢、曳引机构、导轨、对重、安全装置和控制系统组成。其控制包括拖动系统的控制和操控系统的控制。后者指对来自轿厢、厅站、井道、机房等外部控制信号的分析、判断和处理。

1、选层控制

乘客进入轿厢后，会在控制面板上键入所要到达的楼层数字，控制电梯的电脑必须知道电梯所在的位置，才能正确指层，选择减速点，正确平层。一般电梯都采用光电脉冲编码器来实现测距。

曳引电动机旋转后，编码器即输出脉冲，脉冲数正比于电梯运行的距离。例如，电梯上行到3楼，设3楼距地面对应9000个脉冲，减速点设定在7000个脉冲，当电梯从地面（设为零点）往上时即开始计数，当计数到7000个脉冲时，发出减速指令，于是电梯慢速上行，当计数到9000个脉冲时，发出停止指令，电梯便停在3楼层面。

2、入口安全保护

电梯门有层门和轿门两扇，并在停靠层同时开闭。层门固定设在每层入口处，轿门设在轿厢靠近层门的一侧随轿厢升降。开关门时，为保证乘客或货物的安全，电梯门的入口处都有保护装置。光电式保护装置是在轿门边上安装两道水平光电装置，选用对射式红外光电开关，对整个开门宽度进行检测。在轿门关闭的过程中，只要遮断任一道光路，门都会重新开启，待乘客进入或离开轿厢后才继续完成关闭动作。

超声波保护装置一般安装在轿门的上方。在关门过程中，当检测到门前有乘客想进轿厢时，则门会重新打开，待乘客进入轿厢后再关闭。防夹条是当发生乘客的手或脚还未完全进入轿厢，光电、超声传感器未起作用时，手或脚就有被轿门夹住的危险，这时必须立即重新打开轿门。在两扇轿门的边沿。各安装了一根防夹条。防夹条内部有两根距离很近的金属条，其长度与轿门相等，外面用柔软的橡胶包裹。当乘客被夹时，两根金属条发生短路，向电梯的控制系统发出报警信号，轿门和层门立即微开一段距离，待报警消除后再重新关闭。

4 结束语

综上所述，21世纪人类将全面进入信息电子化时代，随着人类探知领域和空间的拓展，电子信息种类的日益繁多，信息传递的速度日益加快，信息处理能力日益增强，相应的信息采集———传感技术也将日益发展，进而传感器也将无所不在。从20世纪80年代起，逐步在世界范围内掀起了一股“传感器热”，各先进工业国都极为重视传感技术和传感器的研究、开发和生产。传感技术已经成为重要的现代科技领域，而传感器及其系统的生产已成为重要的新兴行业。

参考文献

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