传感器技术在机电一体化中的应用

摘 要：基于科学技术飞速发展，机电一体化技术得以快速更新与升级，传感器技术也得到逐步完善。传感器技术与机电一体化的结合可以获得各类精准的数据信息，便于系统及时作出运行调整，将机电设备运行所具有的稳定性与高效性提升，为生产效率、质量与安全带来有力保障。为提升传感器技术应用水平，文章从传感器技术概述入手，对其应用的重要意义进行深入分析，提出有效应用策略并探讨未来发展方向，旨在为传感器技术应用提供有益参考。

关键词：机电一体化 传感器技术 应用策略

传感器技术在机电一体化中的应用有利于工作质量与效率的提升，为行业的持续与健康发展夯实牢固基础。现阶段，传感器技术已日益成熟，能够与机电一体化进行充分融合，依托各种传感器的应用对周围情况进行全面感知，做好环境、设备等各类信息的快速收集与整合，为系统精准、稳定与安全运行提供一定的数据支持。因此，机电一体化需要借助传感器技术来保证系统的稳定运行，需要对传感器技术进行有效运用，并且对其应用效果不断增强，才能将传感器在机电一体化中的应用价值充分发挥，为行业发展注入新活力。

1 传感器技术概述

传感器即一种具有检测功能的装置，可以完成各类信息的收集、传输、处理与存储，也可以通过数字或图形方式对收集信息进行清晰展示，做好信息记录与全面控制。在收集到检测信息之后，传感器可以将其成功转化为电信号等多种方式的信息，通过网络平台与设备完成信息输出，简言之，即可以感知数据、测量数据，将其转化为可输出信号的装置或者精密器件，可以对生物、物理与化学等效应进行灵活运用，完成被测量转换。

在20世纪70年代初，传感器技术由最初的结构型传感器发展为固体传感器，由磁性材料与半导体等元件组成，出现光敏传感器与热电偶传感器。在20世纪70年代末，基于微电子技术与集成技术的发展，传感器技术走入低价格与系列化的发展。在20世纪80年代发展为智能传感器，具有自动检测、自动诊断与自适应等综合能力，同时以微处理器为发展方向，实现传感器信号调节电路优化，使其与存储器成功集成于一体，加之人工智能技术融入，将传感器应用领域扩大，在工业领域中得到较为广泛的应用[1]。现阶段，传感器技术已在航天、汽车等多领域中获得应用，为智能制造设备运行提供一定支持，从而占据较为重要地位。

2 在机电一体化中应用传感器技术的重要意义

在机电一体化系统中，传感器技术为核心所在，特别是在机械自动化水平不断提升前提下，该技术应用呈现出日常化。在以往的机电一体化系统中，未能对系统运行效率做到重点管控，管理人员不能对系统运行情况做到实时掌握，只有在系统发生故障后，才能完成故障问题的分析、判断与定位，继而完成针对性的维修与预防[2]。在传感器技术不断更新下，机电一体化系统可以借助传感器技术获得所需的各类信息，定期完成系统的检测与有效养护，结合各类仪表设备运行特点与需要，对其运行参数进行记录与分析，根据数据变化趋势完成定期检修方案的合理制定，预防设备故障，将各类安全事故发生率减少，提高运行过程的安全性。除此之外，传感器技术在机电一体化中的灵活应用可以实现对各类机电设备的自动化控制，使得生产线效率提高，也减少人为操作失误，有利于生产效率、质量的提高，在一定程度上实现生产成本的降低，将企业整体竞争力有效增强。

3 传感器技术在机电一体化中的应用策略

3.1 在机械加工中的应用

在大部分工程项目机械结构加工过程中，不可避免地会出现零部件检测问题，从而给机械结构，加工质量带来不同程度的影响，因此为尽可能地减少检测环节出现的问题，需要对自动化机械加工检测设备进行选择与应用，借助先进设备完成不同类型零部件的加工，同时还可以通过检测技术与传感器技术的结合运用完成高效的维护及检测工作，使得零部件加工作业得以有序开展[3]。在具体应用过程中，首先需要对机械加工检测技术进行深入分析，对其实践元素做到全面了解，为传感器技术应用效果的提升带来帮助。在此基础之上，机械加工检测技术能够更好地与传感器技术结合，从而在机电一体化中发挥出真正作用。在准备工作检查环节，可以完成作业环境、设备状态的自动检测，将传感器获得的数据快速传输至机电一体化系统，待完成测量数值分析，确保其与设计加工作业要求的参数相一致后，再进行控制指令下达，开始后续各阶段的作业。其次，在各加工环节也需要传感器技术的支持与帮助，接受传感器又是将加工过程中产生的振动幅度等问题做到及时发现，通过对震动情况的全方位检测，找到产生的真正原因，确定针对性的解决措施将各种震动问题解决，也可以将不可避免的震动幅度控制在最小范围内[4]。例如，在传感器技术应用下，对工作平滑度、刀具切削角度进行实时测量，若发现测量数据与预期参数不相符合时，需要由系统分析问题，结合加工精度不足问题，做好控制指令下发，中断作业、寻找问题，对设备运行模式及参数进行调整。最后，在各项检测工作开展过程中，为将机械产品加工的品质与精度进一步提升，应对光电编码器进行选择，同时做好脉冲编码器的应用，搭配使用传感器技术，将最终检测结果所具有的全面性与精准性做到最大限度提高。在该过程中，传感器技术能够成功获得与机械产品相关的各种数据，依托大数据与云计算等技术完成数据分析对比，使得检测工作可以高质量地完成。

3.2 在数据机床中的应用

在机电一体化系统不断发展中，数控机床的应用受到社会各界持续关注与重视，因为其是机械自动化水平得以提升的关键技术，也是机械生产与加工全过程中不可缺少的重要技术设备之一，因此需要对数控机床技术及其优势做到重点分析与全面考虑，确保将传感器技术与其融合，将传感器技术所具有的作用与价值做到最为充分地划分[5]。那么，为在数控技术中更好地融入传感器技术，一是需要相关工作人员对传感器技术的优势与特点做到全面了解，是传感器技术的应用有全新认识，加大对技术应用的重视程度，为后续技术之间的融合夯实牢固基础。二是在技术具体应用环节，要对数控机床加工自身的系统功能进行针对性完善，确保传感器能够更好地控制元件的加工精度。在此前提下，制动系统控制模块性能将不断增强，让数控机床加工工作可以高效与有序开展。三是考虑到数控机床在实际工作中往往会产生较多热量，有可能使工作环境改变，给加工制造精度带来不利影响，所以应借助传感器技术对温度变化情况进行全面把控，掌握温度变化具体区间，对温度骤变情况减少。四是在加工环节，数据机床需要对零部件进行夹紧处理，必须保证夹紧力度合理，以免因力度过大而使零部件受损，也要注意力度不足情况下会出现零部件移位问题，导致零部件直接报废。因此，需要使用传感器技术对零部件各部位的受力情况进行分析与掌握，通过智能系统对施加力度进行科学调控，让机床加工过程稳定，减少移位等各种问题的出现。例如，结合零部件受力分析数据，及时对切削扭矩进行调整，保证切削效率、质量与安全性。

3.3 在智能机器人中的应用

现阶段，大部分机器人手臂已完成传感器的安装，能够更好地取代传统人工操作，将工业生产效率与质量做到有效提高。在智能机器人发展过程中，传感器技术的应用可以对机器人在工作状态中的数据进行收集，将数据信息进行转换，形成能够输出的信号，帮助机器人对特定工作对象进行检测，也可以模拟人类的感官，让机器具备多种多样的功能，从而完成恶劣与危险环境的工作。在智能机器人的应用过程，传感器分为内部与外部两种，其中内部传感器是对机器人内部工作状态进行实时检测，需要安装检测角度与速度的传感器，若发现机器人出现异常，系统会根据传感器获得数据做出及时分析，结合故障问题制定解决措施，让机器可以正常与稳定运行。而外部传感器是完成外部工作环境温度、湿度与空间浓度的监测，依托内外部传感器数据的收集与整合，对工作对象进行精准识别，智能系统会下达相应指令，由机器人完成。现如今，工业领域的机器人越来越多，能够出色完成危险性高与重复性强的作业，工业机器人凭借视觉、听觉与触觉对作业步骤进行精准控制，牢牢把握工艺要点，结合作业环境的各种变化完成设备运行参数微调，同时获得实时反馈的各种数据，为后续工作计划的制定提供一定支持。

3.4 在汽车行业中的应用

在传感器技术应用下，汽车产业随之进入新发展阶段，汽车传感器的应用呈现出广泛性，通过多个电子传感器的安装与使用，辅助提升汽车系统的自动化操控功能，实现汽车整体性能的提高，不仅满足操控性，也提高驾驶的舒适与安全性。在汽车自检系统、紧急制动系统与防侧滑等主要系统中，均已成功使用传感器技术，同时汽车不同部位在运行过程中产生的温度不同，需要选择能够在高温差值条件下可以正常工作传感器，以保证传感器技术的应用效果。在此基础之上，对超声波技术进行合理运用，完成周围环境实时探测，为倒车雷达提供数据支持，还能够满足自动驾驶需要。超声波技术应与雷达、摄像头等各种类型的传感器进行结合使用，以此来获取丰富、全面与准确的信息。例如，部分智能汽车已实现无人驾驶，其借助摄像头、超声波雷达等技术与设备，完成周围环境的快速检测与实时分析，发出驾驶指令，让汽车可以自动驾驶。在未来的汽车研发过程中，会对电子传感器进行不断更新与应用，搭配使用相应的辅助控制系统，让汽车自动化控制水平全面提高，提高汽车自身性能与舒适度。

3.5 安全监管领域中的应用

在安全监管领域发展过程中，传感器技术的应用对各行业生产安全有重要意义，特别是在煤矿生产过程中，传感器技术的应用可以将人员伤亡有效减少，将煤矿挖掘与加工精准度提高[6]。以煤炭企业安全监管为例，传感器技术多用于粉尘检测、事故预防等方面。针对粉尘含量检测，考虑到大型机械设备的运行会产生各种煤尘，若煤尘含量超标有可能引发各种事故，不利于生产的有序开展，所以要借助传感器技术完成煤尘含量的精准检测，为煤尘控制与预防措施的制定带来帮助，将煤尘含量进行严格控制，保证其在正常范围内。在具体应用过程中，可以使用光纤传感器，对光向后散色法进行利用，完成作业环境全面检测，检测数据快速传输，由系统设备接收，技术人员结合数据信息完成处理措施的制定、优化与落实，为煤炭开采作业顺利进行提供有力支持。针对爆炸事故的预防，对瓦斯泄漏问题做到足够重视，因为井下氧气实际浓度大于12%，同时瓦斯浓度在5%-16%之间时，有可能出现热链式反应，从而引发瓦斯爆炸。因此，借助光纤传感器对甲烷气体进行监测，借助吸收光谱的作用，完成吸收峰值计算，测算甲烷含量，做好标准数值的设定，一旦作业环境内的甲烷含量超过标准数值，系统将立即发出警报，管理人员迅速采取各种预案措施，避免问题扩大化，保证开采作业安全。

4 传感器技术在机电一体化中的发展方向

基于科学技术与信息技术的持续更新与升级，为传感器技术的完善与优化带来有力推动。目前，我国所使用的传感器技术较发达国家而言，依旧存在一些差距，在未来会随着技术更新而使差距逐渐缩短。在未来，传感器技术在机电一体化中的发展会朝着新的方向发展，一是对新敏感研发力度不断加大，将传感器所具有的抗干扰能力进行全面提高，这是未来发展与研究的重点所在，需要在具体研发与实践过程中对电源的稳定性做到重视，依托稳定电源将传感器技术进步程度提高；二是朝着微型化方向发展，从体积、重量与功耗入手，对MEMS等先进微纳加工技术进行运用，实现高精度的制造；三是环保监测，对传感器技术的监测与控制功能提高，满足工业生产排放物的监测及控制，获得空气质量、噪声等各种环境数据，为绿色生产带来促进；四是多功能化，需要对其物理量、化学量的测量功能进行拓展，让传感器朝着高精度方向发展，例如，研发与完善多参数传感器，使其同时完成温度、压力等不同参数的测量，实现多参数监控与反馈；五是数字化，机电一体化对系统已实现数字化与虚拟化，其中设计、制造与维护阶段的数字化水平不断提高，推动传感器技术的数字化发展，要求数字化传感器有高精度、高可靠性的采集与传输功能，还考虑到模拟信号可能存在的误差，通过传感器的应用将信号损失与误差避免，所以传感器势必会走入数字化发展，同时与物联网、云计算与区块链等现代化信息技术充分融合，为机电一体化的可持续发展带来支持与帮助。

5 结语

传感器技术在机电一体化中的应用成功将工业生产效率与整体品质做到全面提高，也增强系统运行的可靠性。近几年，传感器技术已广泛用于数控机床、工业机器人、机械加工与汽车行业等多领域中，实现机电一体系统的不断优化与完善，能够满足各行业生产力提升需要，有利于我国工业现代化水平的科学提升。在未来，传感器技术将走入高灵敏度、高精密度的发展，需要技术人员对其发展方向有明确认识，应用技术优势，为和谐社会构建与综合国力提升夯实牢固基础。

基金项目：基于Arduino开源平台高空智能作业机器人的设计与制造。项目来源：2023年通辽职业学院重点科研课题（课题编号：TZYKT23003）。

参考文献：

[1]刘健，何海洋.机电一体化中的传感器与检测技术应用[J].电子技术，2023，52（12）：378-380.

[2]李春彬，霍红伟.浅谈机电一体化技术的发展与应用[J].中国设备工程，2023（21）：19-21.

[3]尹姣姣，别虎伟.传感器在机电一体化系统中的应用[J].集成电路应用，2023，40（10）：86-88.

[4]肖天非.传感器技术在机电一体化系统中的应用[J].现代农机，2022（01）：117-118.

[5]刘毅.传感器技术在机电自动化控制中的应用分析[J].农业装备技术，2021，47（06）：56-57.

[6]吴新友.传感器技术在机电一体化系统中的应用研析[J].中国测试，2021，47（10）：171.