传感器技术在机电一体化中的应用探究

赵刚

【关键词】传感器;机电一体化;技术应用

传感技术是系统实现自动调节和自动控制的重要环节，有助于增强机电一体化系统，传感技术的水平会对自动化水平产生十分重要的影响。传感器技术在机电一体化中可以说是核心内容，传感器技术的应用能够实现对信息和数据的快速而且准确的获取，并且能够充分发挥自身的优势。在现代科学技术的发展下，传感器技术和机电一体化已经有了很好的结合，在汽车行业、机械制造业、以及智能机器人等方面都得到了广泛应用。未来随着传感器技术的广泛应用，人们将会更加关注传感器技术在机电一体化的应用。

一、传感器技术的发展现状

传感器是一种感应装置，它能够感知到一定范围内的特定信号并输出到显示设备或装置上，为智能化控制提供依据。当前，随着传感器技术的发展，传感器产品经济规模逐年扩大，2015年同比增长达到25%以上，2017年全球传感器市场规模已经达到1900亿美元，同比增长接近10%。国外的传感器的主要供应商有霍尼韦尔、意法、飞思卡尔等：国内的著名的供应商有科陆电子、华工科技、航天机电、歌尔声带等。相较于发达国家而言，我国传感器技术起步较晚，发展时间较短，在传感器技术的研究中还存在着一些未解决的难题。我国传感器始于20世纪80年代，研究主要集中在专业研究所和大学。与国外先进技术相比，我们还有较大差距，主要表现在：先进的计算、模拟和设计方法经验不足;缺乏先进的微机械加工技术与设备;没有先进的封装技术与设备;欠缺可靠性技术研究等方面。因此，必须加强相关技术研究以提高行业整体水平。为了使传感器技术得到更好的开发和利用，进一步提高传感器的精确程度，还需要技术人员对传感器技术的继续研究探索。

二、传感器技术在机电一体化中的具体应用

（一）传感器技术在机械加工监测中的应用

在机械加工工作中，不仅要保证工作的效率还要保证工作的质量，所以加工的各个环节的质量检测是必不可少的。在机械加工中，传感器技术可以检测、控制机械设备的切割力度，而且能够在加工过程中对相应的数据进行实时监测，并对反应回的数据进行分析，对机械加工设备的运行情况进行一定的掌握，同时通过传感器技术的应用，还能够控制机械加工机床的温度、驱动系统和保证机械加工系统运行的安全性。工件识别的重要环节是甄别将送进机床的毛坯件是否符合质量加工的要求，将质量不合格的部件筛选出来，保证加工工件的质量。这些工作都能通过传感系统的开发完成，比如，激光表面粗糙度传感系统、CCD及其视觉传感器等。

（二）传感器技术在数控机床中的应用

所謂的“数控机场”其实就是通过数控技术去完成对机床的控制，传感器技术在数控机床领域的运用也是传感器和机电一体化结合的典型代表。机电一体化的运用使得数控机床通过编码的方式对机床的移动轨迹进行控制，实现机床的自动化运转。但是在机床的运转中可能会存在传动轴传动过位的情况出现，这对数控机床的运转会产生一定的影响，不利于数控机床的高校、稳定运转，借助于传感器系统的运用，能够更好地保障机床运行过程中的运行精密度，实现对机床部件的运动、温度和工作的频率进行实时的检测，如机床运转出现异常，传感器自动监测到信息，并通过智能控制系统对数控机床的工作进行调整，从而有效提高机床的运作效率和工作质量。当前，传感器在数控机床中得到广泛应用，其中有电流传感器、红外传感器、电压传感器等。

（三）传感器技术在汽车自动化的应用

我国的汽车产业随着传感器技术的应用进入了新的阶段。汽车传感器在整个汽车系统中是控制系统的重要组成部分，同时还是汽车电子技术领域的核心内容。传感器在汽车中主要运用于汽车的发动机的地盘控制系统、控制系统以及导航系统等，一辆汽车大概需要几十个传感器共同工作，多的甚至能达到200多个。传感器系统在汽车领域实现机电一体化需要将纯机械式控制部件换成自动控制系统，从而使得发动机得到优化，汽车的整体性能提高。传感器技术在汽车机电一体化带来的好处主要有降低油耗、减少排气污染，达到节能环保的要求，而且能够相当程度的提高汽车的安全性和可靠性。降低汽车的操作难度，为汽车提高舒适水平。在汽车的重点控制系统中，压力传感器、曲轴位置传感器、气敏传感器、吸气及冷却水温度传感器作为机电一体化系统的重要组成部分，都发挥了至关重要的作用。

（四）传感器在机器人领域运用

在机器人行业中，传感器技术也得到了广泛的应用，主要集中在监测机器人的工作环境和工作状态及一些核心领域。传感器在工作中能够检测到设置的数据，并将这些信息转换成可以输出的信号或者是装置。传感器的应用使得机器人不仅能够使机器人检测到特定的工作对象，还能模拟出类似于人类的视觉、听觉、触觉等方面，安装传感器使机器人具备更多的功能，能够代替人们在某些恶劣的环境中进行工作。传感器在机器人中的应用主要分为内部传感器和外部传感器应用。内在传感器主要监测机器人的内部的工作状态，主要监测角度的传感器和检测速度的传感器;外部传感器检测机器人的外部工作的环境，内外的传感器的协调工作使得机器人能够识别工作对象，使机器人具备更多的功能。

三、我国传感器技术的发展方向

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，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。至今为止传感器经历了四代的发展，由最初的一代只能将信号处理成电路与传感器设计在一起，输出4～20mA电流或0～5V电压，到如今的第四代的MEMS技术、低能耗的模拟和数字电路技术、低能耗的无线射频技术，传感器技术的发展使得开发小体积、低成本、低能耗的微传感器成为可能，包含敏感组件，计算模块、无线电收发模块、电源模块等。传感器技术直接的影响着机电一体化系统的功能，完备的机电一体化系统一定具有传感器功能，对系统运行的数据参数进行分析、监测，并将监测到的信息转化成容易处理的信号，进而了解控制整个系统的运行。当前，我国的传感器技术和发达国家还有一定的差距，所以在未来的发展中，我们要重视传感器技术的发展，积极引进先进的设备、学习先进的技术，拉近我们和发达国家的传感器的技术水平，今后传感技术方向主要可以从以下方面入手：提高传感器的抗干扰能力;传感器的发展向高、精、微方向发展;提升传感器的可靠性和准确性。

加速开发新型敏感材料，通过微电子、光电子、生物化学、信息处理等各种学科，各种新技术的互相渗透和综合利用，可望研制出一批基于新型敏感材料的先进传感器。向高精度发展，研制出灵敏度高、精确度高、响应速度快、互换性好的新型传感器以确保生产自动化的可靠性。向微型化发展，通过发展新的材料及加工技术实现传感器微型化将是近十年研究的热点。向微功耗及无源化发展，传感器一般都是非电量向电量的转化，工作时离不开电源，开发微功耗的传感器及无源传感器是必然的发展方向。向智能化数字化发展，随着现代化的发展，传感器的功能已完全不同于传统的功能，输出不再是一个单一的模拟信号如0-10mV等，而是经过微电脑智能处理后的数字信号，是带有控制功能的智能传感器。

结语

机电一体化系统的设计，就是根据功能要求选择了各部分后所进行的传感器应用设计。传感器的好与坏直接影响到机电一体化系统的控制性能以及系统运行的稳定性和可靠性，传感器技术是机电一体化系统的关键环节。传感器技术在我国的机电一体化领域中得到了广泛的应用，但是新型传感器技术在未来还有很大的发展空间，非常值得推广应用到更广阔的领域。这就需要在未来科学技术的发展中增强对传感器技术的研究，并不断发展、创新。未来传感技术将会无所不在，有力促进我国机电一体化的发展水平，推动我国科技进步。