传感器技术在机电一体化系统中的应用

肖天非

（贵州电子信息职业技术学院，556000，贵州凯里）

我国传感器技术发展时间较长，已经拥有一个较为成熟的应用体系，尤其在机电一体化系统中，应用了大量传感器，用于感知周围情况，收集环境和设备信息，为系统精准运行提供依据。由此可见，若机电一体化系统中缺少传感器和传感器技术，就无法准确感知信息，维持系统运行，必须不断提升传感器技术应用效果和品质，才能切实提升机电一体化系统运行效率和运行质量。

1 传感器技术概述

1980 年代左右，传感器在世界各国开始流行，许多先进工业国家开始引进普及传感器技术，并对其进行研发和应用。截至今日，传感器及其系统生产与发展已经成为热门领域。传感器是一种重要的测量装置，能够感知外界变化（物体或周围环境受生物、化学、物理等影响产生的变化）并作出反应，将信息按照一定规律转化为能够远距离传播的电信号，或者其他形式的信号[1]。传感器技术是基于实际需求，对各类传感器，如力学传感器、位移传感器、压力传感器、光电传感器等进行综合配置，以实时测量周围环境和信息，并将信息传输至系统的技术。技术人员可按照实际工作环境，基于传感器分类，如能量转换原则分类、参量设计分类、工作原理分类等，对传感器型号、配置、种类等进行设计和选择，以满足配置需求。

2 我国机电一体化系统中传感器技术的应用意义

传感器技术，属于机电一体化系统中核心技术，随着我国机械自动化水平的进一步发展，传感器技术的应用逐渐日常化。传统机电一体化系统在运行过程中，系统运行效率和管控水平较为薄弱，管理人员无法准确掌握系统运行情况，一般系统故障运行一段时间引发区域性故障问题后，才会发现系统故障问题的存在，才能分析和定位故障，分析故障产生原因并进行有效维修。在机电一体化系统实际运行中，为确保系统运行的持续性和稳定性，通常会定期进行检测和养护，如对于各类仪表设备，详细记录设备运行情况和参数，记录故障原因及维修方法，但其中关于系统参数信息的时效性较弱。将传感器技术应用在机电一体化系统中，类似于给系统安装了一个实时感知系统，对系统及各类仪表设备运行数据进行实时采集和测算，并及时检测系统故障及发出预警，为系统管控工作开展和方案制定提供依据，继而提高自动化设备运行效率，这是机电一体化系统发展不可忽视的关键因素[2-3]。

3 传感器技术在机电一体化系统中的应用

3.1 数控机床领域

数控机床是机械生产加工的重要技术设备，在自动化发展过程中，数控机床领域发展受到高度关注，这也是目前机电一体化系统应用的重要发展方向。从数控机床生产原理看，数控机床在工作中会产生大量热能，导致周围环境发生变化，继而影响加工制造精度和准确度。采用传感器实时监测周围温度，了解温度变化区间，采用相关措施有效把控温度变化，避免出现温度大幅变化情况，以保障整体加工质量[4]。从加工过程看，数控机床在加工过程中需要将零部件夹紧，倘若夹紧力控制不恰当，施加力度过大，将会导致零部件损坏；施加力度不足，会导致零部件位移，最终报废，还会过度磨损数控机床，缩短机床使用寿命。在这一环节使用传感器技术时刻分析零部件受力情况，并结合使用智能系统调控施加力度，充分保障机床加工稳定性，避免出现失误。例如，可以根据零部件受力情况，时刻调整切削扭矩，以获得高的切削效率和质量。

3.2 机械加工领域

在传统机械加工领域中，切削、磨削、机床运行、刀具和砂轮运行等作业环节，均会受多种因素影响，导致实际机械加工质量不佳、生产效率不高，影响企业经济效益。例如，在长时间、高频率的切削工件作业中，刀具会持续产生大量热量，必要时必须中断作业或者定时添加冷却液，才能确保刀具处于最佳运行状态，提升工件切削精度和准确度。但在实际作业中，这一环节容易受多方因素干扰，难以准确把控刀具温度，出现烧伤或者崩刃等损坏情况。根据现有刀具失效情况统计，刀具失效导致的机床停机时间占整体停机时间的20%，继而引发各种机械加工质量、人身和设备安全等问题。在这一作业环境中，应用温度感应装置实时监测刀具加工温度和环境温度，检测到温度超过设计阈值后，立即向机电一体化系统发出报警信号，管理人员根据报警信号确定故障位置和类型，采取适当控制措施。

总的来说，在机械加工领域传感器技术主要应用在准备工作检查和加工过程监测两方面。从准备工作检查方面看，依据加工现场各类生产加工设备，如设备类型和材质、刀具、夹具等摆放位置和固定程度，配置组合各种传感器装置，对作业环境和设备进行自动检测，并将测量数据传输至机电一体化系统中，确定各种测量数值与设计加工作业参数保持一致后，下达控制指令，开展作业[5]。从加工过程监测方面看，传感器的主要监测对象为切削工件的位移、转速、偏移及设备的温度、速率等物理参数，目的是替代人工检查、监督，及时发现故障问题并预警，由系统下达指令，并采取有效预防措施和处理方法，提升机械加工准确性和有效性。例如，安装传感器装置对工件平滑度、加工温度、刀具切削角度和速度、尺寸加工精度等进行实时测量，当测量数据不符合预期参数时，及时将测量数据传输至系统，系统根据运行原则对加工精度不足的问题设备下发控制指令，立即中断作业，检查问题和分析产生的原因，最终基于问题成因调整设备运行模式和参数。这种将传感器技术与遥控设备相互结合的措施，不仅能提高机械加工整体效率和质量，还能提升机电一体化系统运行水平。

3.3 工业机器人领域

工业机器人是我国工业领域自动化、信息化、智能化发展的关键，现如今，越来越多工业机器人开始替代从事传统工业生产中一些繁琐、重复性高、危险性高的作业，尤其是煤矿企业，有助于降低人员伤亡和财产损失，提升加工准确率和精确度。在工业机器人研发和使用领域，应用传感器技术，就是给机器人添加了眼睛和触觉，能够使机器人更精准地控制作业步骤和工艺要点，根据作业环境对设备进行微调，并获取实时反馈控制信息。相关技术人员在得到机器人传输过来的信息后，结合实际工作情况制定相应工作计划[6]。

3.4 安全监管领域

在安全监管领域应用传感器技术对工业发展具有十分重要的意义。以煤炭企业安全监管为例，主要应用在瓦斯爆炸预防和粉尘含量检测两个方面，具体来看：①瓦斯爆炸预防。瓦斯爆炸是目前煤炭企业面临的最为普遍和严重的问题，瓦斯爆炸的成因主要为井下甲烷含量超标，如井下氧气浓度超过12%、瓦斯浓度达到5%～16%这一临界点时，一旦出现热-链式反应，很有可能发生爆炸。应用光纤传感器能够对井下甲烷含量实施监测，工作原理为光纤传感器监测甲烷气体时，会利用其吸收光谱的作用，分析吸收峰值，依据峰值数据测算甲烷含量，并设定数值标准，若甲烷含量达到一定浓度，立即向系统发出警报，由管理人员上报处理。②粉尘含量检测。在煤矿生产过程中，大量机械设备在使用过程中会产生大量煤尘，若空气中的煤尘含量达到一定浓度，很可能引发安全事故。采用传感器技术对煤尘含量进行精准检测，采取相关措施进行预防和控制，确保煤尘含量在正常范围内。例如，可以设置光纤传感器，使用光向后散色法，检测作业环境，并将测算数据传输至系统设备，由技术人员确定处理措施，为煤炭开采顺利进行提供帮助。

4 结语

传感器技术作为我国科技研发的重要内容，未来将朝更高精度、更高敏感性、更宽温度范围和更可靠应用的方向发展，而随着传感器技术在机电一体化系统中的深入融合，将同时推动传感器技术与机电一体化系统的优化与创新，大幅提升我国工业化生产效率和品质。目前，传感器技术在数控机床、机械加工、工业机器人、安全监管等领域均有大范围普及和推广，极大地促进了机电一体化系统在各个行业中的成长，从而推动我国工业现代化水平的提升。