传感器技术应用于机电一体化系统中的方法

张亚龙

摘 要：机电一体化系统已经广泛地应用到了各项生产实践活动中。随着使用需求的不断提升，应用更加高精度、更可靠的传感器技术具有广阔的空间。通过计算机信息技术来控制这些传感器采集信号，以此来获取机电一体化系统运行的状况，有利于提高控制的效果。

关键词：传感器技术;机电一体化系统;应用

传感器技术可以看作是一个国家现代化工业发展的重要衡量指标。我国是世界上的工业大国，很多工业生产实践领域中都大量应用到了传感器技术，这样有利于提高机电一体化系统运行的效率。因此就需要针对传感器技术在机电一体化系统中的实际应用进行深入研究，掌握更加科学的技术使用方法。

1.相关理论概述

1.1机电一体化

机电一体化融合了机械、电子信息化技术、自动控制技术等众多方面，这些不同领域的技术需要相互配合，共同完成整个控制过程。机电一体化已经在过去我国经济社会发展中做出了重大的贡献，但总体来说，一些所使用的技术相对于西方发达国家来说还显得有些落后。随着我国科研环境的逐步改善，在众多先进技术领域取得重大突破。这也使得现代机电一体化系统能够应用更多先进的技术来发挥作用，能够实现在更加恶劣的环境仍然保持高效的性能。在以计算机信息技术为代表的新兴科技的冲击下，机电一体化领域也迎来了新的发展机遇。首先是更加高性能的计算机处理性能能够实现对海量信息的实时处理，并且控制精度越来越高，这样就使得机电一体化系统的性能越来越好。从世界发展的趋势看来，机电一体化系统仍然将在未来一段时间内承担着工业生产制造的重要责任，因此不断研究机电一体化技术具有现实意义，也是实现产业升级转换的重要推动力量。机电一体化系统中大量依靠传感器技术来完成整个控制过程，因此提高传感器技术的应用效果也是十分有必要的。

1.2传感器技术

传感器技术的发展与材料领域的发展状况具有较大的关联。在整个机电一体化控制系统中，需要依据采集得到的信号才能够判定生产的实际状态，以此来完成相应的控制过程。因此由传感器采集到信号的精度十分重要，在一些高端控制领域中，往往会对传感器的精度具有较高的要求。例如在测量温度时可以使用热敏电阻，在测量电压、电流等信号时，可以使用相对应的采样电路。不同的机电一体化系统需要测量不同的参数，因此需要根据实际需求来选用符合要求的传感器。同时也可以根据传感器的实际应用分为内部信息传感器和外部信息传感器这两种，其中内部信息传感器主要是对机电一体化系统运行过程中涉及到的机器温度、压力信息等进行检测。外部传感器主要指的是对于机电一体化系统外部的一些参数进行获取。

2.传感器技术在机电一体化系统中的应用

传感器的种类比较多，不同种类的传感器的工作原理也不一样。生活中常见的电子秤、声控开关等都应用到了传感器技术原理，传感器的精度以及可靠性需要结合不同领域的实际使用情况来确定。由于机电一体化系统常用在工业生产制造领域中，因此往往对精度和可靠性的要求都比较高。

2.1机械生产制造

机械生产制造相对来说是一个复杂的过程，涉及到的各个流程比较多。但是在高精度机械加工环节中，对加工刀具切割过程的要求十分高，稍有不慎就有可能导致零件浪费。依据控制系统中已经设定好的参数，然后通过控制传感器采集得到的信号来判断是否满足了控制条件，然后才能决定是否进行加工，这样有利于降低产品不良率。结合现代智能控制技术的高速发展，可以通过传感器采集得到的信号来进行智能化调节，例如在对机械坯件夹持时，所使用的力度要适中，如果力度过大就会导致坯件变形，力度过小就会出现夹不紧的情况。因此这都需要根据材料的尺寸、规格来进行测量，从而控制相应的夹力。此外，机电一体化系统中要使用电机来提供切削的动力以及控制切削的角度，这都是需要实时通过传感器接收获取到的信息来进行闭环控制，以此来完成整个切削作业，并且将工艺的精准度控制在合理的范围内。早期应用传感器很大程度上都是为了检测加工工件的质量，以此来实现对加工工件的自动控制。目前在该领域中比较先进的传感器技术有激光表面粗糙度传感系统、机器视觉传感器等。

2.2数控机床中的应用

数控机床是现代工业生产中的一项重要技术，也成为了一个国家高端工业发展的重要方面。数控机床通过已经编制好的程序来获取零件加工的状态，对于一些获取到的信息还需要给予一定的补偿。例如，数控机床运行过程中会产生大量的热量，这些热量在机床内部是不均匀的，这种存在的热量差异就会导致在加工的过程中影响到精度。因此就需要通过温度传感器来实时获取数控机床内部的温度信号，然后通过整个控制管理系统来给予相应的温度补偿，确保加工零件处于一个相对均衡的状态。此外，数控机床的刀具在移动的过程中，都是由电机来进行驱动的，很多电机尾部都装有光电编码器，通过该部分来测量得到电机实际转速，确保电机能够按照设定好的程序来正常运行。

此外还可以通过刀具的移动量来进行控制，避免出现轴动过位的情况。数控机床的刀具在长期切割加工的过程中还会出现一定程度的磨损，如果磨损程度比较高，就会存在较高的加工误差，这也是现代高精度数控机床不可接受的。

2.3机器人领域

目前世界各国仍然在持续加大机器人领域的投入，这是因为现如今很多技术已经达到了足够成熟的状态，能够确保装备这些先进技术的机器人完成一些人类无法完成的工作。但是机器人本身并不具备人类的肉眼、皮肤等部位，因此就无法获取到外部的信号。只能在机器人结构中根据控制的需求来选择相应的传感器技术，这样才能够实时获取外界信息，通过对这些信息的判断来做出模仿人类反应的活动。例如机器人在移动过程中，要通过采集视频信号来判斷前方是否具有障碍物，这样才能够重新规划机器人的移动轨迹，绕过障碍物。并且机器人需要装备电池组，这些电池组的剩余电量都要能够被系统获取到，在剩余电量达到警戒值时，就需要触发报警，以便提醒控制者在合理的时间内结束机器人的活动，或者是机器人自行移动到充电区域完成充电过程。这一过程中都需要使用到传感器技术，否则无法获取到这些实时信号。目前，触觉传感器、超声波传感器、光敏传感器等都是机器人、无人机使用比较常见的传感器技术，性能已经日趋稳定。

2.4汽车领域

汽车已经逐渐走入千家万户，成为了十分常见的家用品。在很多汽车车身上都装备了众多高精度的传感器，例如使用雷达测距，这样在车辆运动过程中就能够得知车辆与障碍物的距离，一旦距离达到警戒范围内，就立即触发报警，避免驾驶员继续操作，引发碰撞。车辆的油量、行驶速度、车内外温度都能实时显示出来，这都需要这些传感器技术具备足够的抗干扰能力，即使在恶劣的环境下仍然能够获取到正确的信息，具备较高的可靠性和稳定性。一般来说，压力传感器、曲轴位置传感器、吸气及冷却水温度传感器都是整车性能中十分重要的环节。提高这些领域的传感器技术，有利于提高燃油经济性以及车辆行驶的安全性，车辆驾驶员也能够有效地减轻驾驶疲劳感。此外，传感器技术在机电一体化系统中的应用需要根据不同的场合来选择不同标准的传感器模块，在确保性能达标的情况下，尽量降低传感器模块使用的成本，提高经济性。

3.传感器技术的未来发展方向

目前国内传感器技术已經取得了较大的突破，也已经开始逐步走向工业化应用。但总体来说，由于材料技术的限制，目前应用在高精度传感器中的特殊材料研究成果还比较匮乏，并且可靠性也达不到预期。这样就使得国内传感器技术相对比较落后，在一些要求比较高的场合下，仍然需要大量进口。传感器技术可以视为机电一体化系统的感官，如果不能够对被控对象的参数进行精确获取，也就不能达到较高的控制要求。

3.1提高探测精度

从未来的发展趋势看来，还可以进一步提高传感器的探测精度。这都得益于微电子技术和材料技术的发展，这样才能够通过这些模块来将需要采集的信息更加真实的反应出来，转换为数字信号，以便机电一体化系统来进行控制。在航空航天等领域中，传感器技术要求十分高，必须要严格确保不出现任何失误，否则就有可能带来十分严重的后果。

3.2实现智能化控制

智能控制理念已经被工业控制领域广泛接受，在未来的发展进程中，传感器技术将进一步朝着更加智能化的方向发展。将传感器技术采集获取到的模拟信号转换为数字信号，实现精确的数字信号传输和控制，结合一些智能控制算法的应用，能够对获取到的数字信号进行过滤，将一些干扰信号除去，避免这些干扰信号构成对信号处理结果的影响。

3.3控制传感器模块的体积

相对于日益精细化的机电一体化系统来说，一部分传感器模块的体积还需要进一步缩小。通过降低传感器模块的体积，也能够使得一部分便携式机电一体化系统能够更加容易携带，提高应用优势。但仍然应当以性能为主，要确保传感器模块性能优异。

4.结语

本文对传感器技术在机电一体化系统中的应用进行了分析。由于传感器技术的持续进步，也将会进一步推动机电一体化系统的发展，创造更大的应用空间。传感器技术还需要不断的提高精度，拥有更高的可靠性以及稳定性，以此来满足越来越多行业的需求。我国也需要进一步加大传感器技术以及智能机电一体化系统的研究投入，这样才能在国际市场竞争中获得优势地位，解决更多生产实践问题。

参考文献：

[1]高文博.机电自动化中传感器技术的创新与发展[J].科技创新与应用，2020（07）：40-41.

[2]王宇豪，周杨.物联网传感器技术在智能家居中的应用研究[J].中国管理信息化，2020，23（04）：187-188.

[3]袁卯生.机电一体化中传感器与检测技术的运用探讨[J].内燃机与配件，2019（21）：257-258.

[4]郭露.机电一体化技术在智能制造中的实践分析[J].建材与装饰，2019（24）：216-217.