传感器技术在机电自动化中的运用*

段明华

（安徽交通职业技术学院城市轨道交通与信息工程系 安徽合肥 230051）

1 传感器技术

1.1 传感器的概念

传感器作为一种可以及时采集所需信息的检测装置，在采集信息的同时，还可根据其特性，将测量信号转换为所需的形式来进行传输，进而达到人们对信息采集、记录、保存、监控、处理和传输，控制调整等目的。随着科技的发展，设备的不断更新，需求的逐渐增多，传感器技术已在自动控制领域中应用广泛，在为控制系统提供准确数据的同时，还能检测机电自动化设备系统运行的条件，进而实现对控制目标的良好操作，为生产现场提供稳定精准的运行。作为机电自动化控制系统中的重要组成部件，传感器技术的优良发展对科技的发展具有极其重要的作用。中国在传感器技术领域已取得突破性的进展，集中尽力发展集成化和智能化，其大大优于传统传感器技术，而且已经将其融入到传统与新生的自动化控制领域中，极大地降低了生产成本提升了工作效率，而且在传感器的发展过程中，也逐渐融入到了许多高科技领域中，传感器技术的发展水平也将对各类智能系统的发展产生不可估量的作用，换言之，传感器技术水平越高，机电自动化设备的智能化水平也将越高。传感器在自动化系统中的作用如图1所示。

图1 传感器在自动化系统中的作用

1.2 传感器的分类

一般情况下，会根据被测量、工作原理、工作机理等方面的不同，对传感器技术进行分类，这样的分类方法是为明晰其使用需求及良好的信息感知效果。目前对传感器比较常见的分类方式如表1所示。

表1 传感器分类

常用NTC热敏电阻的温度传感器特性如图2所示，3种OMEGA公司的霍尔位移传感器的静态特性图如图3所示。

图2 NTC温度传感器特性图

图3 三种OMEGA霍尔位移传感器的特性图

2 传感器在各类机电自动化系统中的运用分析

2.1 在机械加工领域中的运用

在机械加工过程中，为保证产品的质量，传统的人工调整设备已不能满足当前的生产需求，这就需要将先进的传感技术融入到机加工之中，数控机床控制系统的基本组成如图4所示。随着传感技术应用于加工机床，不仅可以调整机床的位置、振动、行进速度以及加工件的状态，而且可以将所使用的工具数据、加工部件加工数据及时有效地传递到自动化控制系统之中，使之进行合理的自动调整，以达到加工成品的目的。其加工流程为：通过传感器采集刀具移动轨迹等信息，从而将其转化为所需检查控制所需的数字信号，将这些数据输入到数控系统中进行编辑运算，而后系统自动的发出指令完成加工。在数控机床中，红外传感器、感应同步器等传感器的使用，在实现对刀具及工件加工参数进行监测的同时，还能够及时地帮助技术人员合理调整参数，实现快速有效地高精度自动化加工，也避免了人为操作不当而产生的错误，造成不必要的材料浪费。

图4 数控机床控制系统的组成

2.2 在机器人技术中的运用

机器人作为集电子、机械、信息等技术融于一体的机电自动化装置，传感技术的发展进程对机器人的发展与应用极其重要。众所周知，具有信息反馈的闭环自动化设备通过使用传感器技术来获取外界信息，将传感器采集到的物理信息转为电信号，从而达到对自动化设备的有效控制，实现其稳定、准确、快速的输出，完成其工作任务。同理，机器人作为自动化设备集大成者，传感器技术在机器人中显得更为重要，其数据采集的准确性与数据转化的稳定性都将对其动作的执行产生极其重要的影响。机器人的众多传感器可以助力其完成稳定、准确、快速的操作，传感器技术的不断更新和不同位置的设定，也在一定程度上了避免了失误，提高了机器人的工作效率，保证整条生产流程的顺利实施。机器人的运用使得人们可以从繁重的劳动、繁琐的流程中解放出来，其可以按照既定的工作流程完成工作任务，而前提是以现场传感器采集的数据信息为基础，通过合理的动作轨迹，实现搬运、码垛、焊接、涂胶、压合、滚边、装配等工作。为了进一步快速、流畅的完成生产现场的工作任务，也需要使用各类传感器，如图5所示，工业机器人视觉传感系统在焊接工艺中的运用。一般情况下，机器人中常用传感技术主要包括：①通过传感器采集、检测外部数据信息，正确的感知外部工作环境（精准的输入信号），并做出准确、及时的反应，即有效地数据输出，确保机器人能够完成正常的工作任务，避免错误信息的、异常输入的出现导致机器人不能够正常运行。②通过使用外部传感器可以有效地控制机器人技术工作行为，检测其状态的好坏，并将其信息和数据，传输到中控室，相关工作人员依据当前采集的数据信息进行合理调配，使机器人更好的完成工作任务。

图5 工业机器人视觉传感系统在焊接工艺中的运用

2.3 在交通监管领域中的运用

目前世界各国经济发展迅速，尤其是中国近些年经济的快速崛起，汽车早已走入寻常百姓，如何使和家车安全有序的出行，依靠传统的交通警务人员已经捉襟见肘。随之而来的是高新的传感技术的介入，交通视频监控、测速监控等。各类监控采用的视频传感技术、声呐传感技术、测速传感技术等可将其采集的交通数据信息回传至交通管理中心，并进行网络直连，可直接将信息提供给交通管理者和交通参与者，其交通指挥中心如图6所示。不仅可以及时通报路况信息，对当前路况采用及时有效的处理措施，还可以对违章、违法的交通参与者进行及时处理。其中，在收费站处设置的压力传感器可以有效测量汽车实际载重，便于准确、高效检测汽车超载状况。

图6 交通指挥系统

2.4 在汽车领域中的运用

伴随着科技的不断进步，汽车在不断完善其基本性能的基础上，人们对于汽车的安全可靠性、舒适性等品质也提出了更高的要求，这使得汽车自身融入了更多的高新科技，汽车的智能化程度也越来越高，比如无人驾驶。

传感器技术对汽车行业的发展起到了至关重要的作用。传感器技术大量运用于汽车之中（如图7所示），不仅可以确保汽车性能的，使得汽车的驾驶性能更好、安全性更高，也使得汽车行驶、设备转换、信息传递等功能实现一体化，为安全出行提供了有力保障。汽车行驶过程中，可以有效减少能源的浪费、资源的消耗，为汽车行业的可持续发展提供技术支持。

图7 车身传感技术的应用

一般来说，传感器技术在汽车领域的主要应用：压力传感器、冷却水温传感器、吸气传感器、曲轴位置传感器等，其中，驱动防滑装置就是传感器技术在汽车运用中的典型代表，如图8所示。

图8 汽车驱动防滑装置

综上，汽车自身使用传感器技术后，其表现出来的优质特性主要有：①强适应性。汽车在行驶过程中遇到恶劣的驾驶条件和环境时，众多优良的汽车传感器技术使得汽车具备耐高温高压、抗颠簸等恶劣环境的适应能力。②强抗干扰性。汽车在启动时，会产生较高的温度与压力，为了能够有效防止高温高压产生的副作用对汽车发动机性能的影响，现在的汽车发动机舱中普遍安装传感器，及时采集舱内数据并对其进行及时处理，防止不良影响的产生。并且也能避免汽车在行驶过程中，由于路面原因造成的颠簸。③高智能性。汽车在驾驶过程中，通过车身间距传感器可以测量车身与其他车辆或物体的间距，进行灯光、声音报警，从而保证行驶的安全性；在停倒车过程中，采用雷达、视频监控等手段达到避让障碍有效停车的目的；通过网络可实现对家庭智能设备的控制，实现生活的舒适化。

2.5 在轨道交通领域中的运用

现代轨道交通机电系统中包括有大量的以计算机处理技术为核心的各种智能控制系统如电扶梯系统、AFC系统、BAS系统、FAS系统、安全门系统、给排水系统、低压配电与照明系统、信号系统和车辆系统等，这些机电控制系统在轨道交通运营中发挥各自不同的作用，在OCC（控制中心）的统一指挥和控制下，确保轨道交通系统安全正常地运营。而保证这些系统和设备稳定运行的前提基础是大量自动化检测传感器的应用。对于任意一个子系统，传感器检测技术是这些机电设备智能控制系统的基础性技术，是实现轨道交通自动化、智能化的基础和前提。而传感器单元就是检测系统最核心的单元，任何轨道交通运营所需要参数的成功检测均离不开优良的传感器，它是检测技术实现的基础。

每一类机电控制子系统中各类传感器的大量应用，实现了包括车辆、信号、车站等各种工艺参数和运行状态的及时准确检测，使所有的轨道机电控制系统有条不紊的按照预先确定的控制策略和要求精确控制、准确调节，满足轨道交通运营的整体的严格精准的控制要求，保证良好的运行秩序和舒适的运营环境。传感器在城市轨道交通中的主要应用如图9所示。

图9 传感器在城市轨道交通中的主要应用

3 结语

随着传感器技术不断进步更新和在机电自动化控制领域之中的运用，引领人们生产生活向更加智能化、多元化、集成化方向发展，也将逐步提升人们生产、生活效率与质量。作为机电自动化控制中的重要组成部分，传感器技术的广泛运用，将会覆盖人们生产、生活的各个角落，成为不可或缺的一部分，其在各领域发挥出巨大的作用，必将推动社会生产与人民生活的进步。