探析傳感器技術(shù)在機(jī)電自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

程翔

摘要：本文簡(jiǎn)單概述傳感器技術(shù)以及其發(fā)展歷程，進(jìn)一步探析其如何應(yīng)用于機(jī)電控制，從工業(yè)生產(chǎn)、交通行業(yè)、環(huán)境分析、數(shù)字醫(yī)療以及機(jī)器人、溫濕度測(cè)量等入手。該項(xiàng)技術(shù)可切實(shí)推動(dòng)機(jī)電控制的自動(dòng)化精準(zhǔn)建設(shè)，在多個(gè)領(lǐng)域均有較好的應(yīng)用效果，可以幫助不同行業(yè)主體快速穩(wěn)定地進(jìn)入現(xiàn)代化運(yùn)行行列。

關(guān)鍵詞：傳感器;機(jī)電控制;自動(dòng)化

Abstract： This paper briefly summarizes the sensor technology and its development process， and further analyzes how it is applied to electromechanical control， starting with industrial production， transportation industry， environmental analysis， digital medical treatment， robot， temperature and humidity measurement， etc. This technology can promote the automation and precision construction of electromechanical control， have good application effect in many fields， and can help different industry subjects to enter the ranks of modern operation quickly and stably.

Key words： sensors;electromechanical control;automation

0? 引言

傳感器技術(shù)屬于現(xiàn)代智能化的范疇，其可代替人體的部分感官，強(qiáng)化機(jī)電對(duì)所處環(huán)境的感知程度，并將采集到的數(shù)據(jù)傳至控制系統(tǒng)中，通過(guò)計(jì)算機(jī)分析給出對(duì)應(yīng)的指令。整個(gè)過(guò)程好似人體由觸感、視覺及聽覺等方式對(duì)外界感知后，形成信號(hào)發(fā)送給大腦，而大腦則據(jù)此指揮肢體行動(dòng)。機(jī)電的控制系統(tǒng)中，傳感裝置負(fù)責(zé)感知，其提供的信息直接決定系統(tǒng)下一步行動(dòng)。

1? 傳感器技術(shù)

1.1 技術(shù)概述

傳感裝置是基于設(shè)施確定的參數(shù)指標(biāo)，將從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量到的信息轉(zhuǎn)變成相應(yīng)數(shù)值的元件。現(xiàn)如今，在工業(yè)項(xiàng)目中有較好的應(yīng)用情境，其被看作人體感官的進(jìn)一步擴(kuò)大途徑。在機(jī)電自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)，傳感裝置能夠發(fā)揮出較好的應(yīng)用效果，在其正常工作狀態(tài)下，可以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性與及時(shí)性，以為維護(hù)機(jī)組設(shè)備提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。在各領(lǐng)域生產(chǎn)水平的提高趨勢(shì)下，對(duì)傳感裝置也有新的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，由此推動(dòng)此類技術(shù)進(jìn)行深入探討及研究。目前，其已經(jīng)出現(xiàn)在多個(gè)行業(yè)中，且其自身的集成化指數(shù)也被大幅提升。經(jīng)過(guò)改進(jìn)的傳感裝置，其體量輕盈，不會(huì)占用過(guò)多空間，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性也實(shí)現(xiàn)逐步提高，使得控制系統(tǒng)的自動(dòng)化程度得以加深。不僅提高技術(shù)含量，還保障生產(chǎn)活動(dòng)的經(jīng)濟(jì)性，開發(fā)適宜的生產(chǎn)鏈，通過(guò)大批量生產(chǎn)的方式，適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)對(duì)機(jī)電管控的需要?？梢哉f(shuō)，傳感器技術(shù)的適應(yīng)前景一片光明。目前，機(jī)電的控制系統(tǒng)內(nèi)，該項(xiàng)技術(shù)所展現(xiàn)出的價(jià)值已經(jīng)不容忽視，其維護(hù)機(jī)電平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的基本需要，同時(shí)，其能準(zhǔn)確地采集機(jī)電設(shè)備工作期間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，且控制數(shù)據(jù)不易被外界因素干擾。

1.2 發(fā)展歷程

傳感裝置的進(jìn)步過(guò)程可分成三個(gè)階段。①裝置內(nèi)部的結(jié)構(gòu)性更為突出，其借助結(jié)構(gòu)參數(shù)，處理采集到的數(shù)據(jù)，經(jīng)典代表裝置是電阻應(yīng)變式;②固體傳感裝置，其和上一種相較，使用的材料有所調(diào)整，其借助半導(dǎo)體材料，具有磁性，可以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。此階段還有集成傳感裝置，比如電荷耦合設(shè)備，應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于功效好、經(jīng)濟(jì)性高且具備應(yīng)用的靈敏度;③智能型的傳感裝置，是當(dāng)前主要應(yīng)用的一種，其可以對(duì)采集到的信號(hào)加以篩選分析，并融合前沿技術(shù)。微處理器屬于此階段傳感裝置的范疇，設(shè)備中包括存儲(chǔ)器、連接口以及微型計(jì)算機(jī)，融入智能科技[1]。

2? 機(jī)電自動(dòng)化控制中傳感器的應(yīng)用

2.1 工業(yè)生產(chǎn)

工業(yè)產(chǎn)業(yè)中，傳感技術(shù)是不可或缺的部分，借此對(duì)生產(chǎn)機(jī)床及機(jī)組的工作狀態(tài)加以監(jiān)測(cè)，并利用局部震動(dòng)，使得整個(gè)生產(chǎn)線均在掌控之中。部分生產(chǎn)工序中，添加材料的量也能利用傳感裝置獲取并控制，提高對(duì)生產(chǎn)活動(dòng)的把控效果?，F(xiàn)如今，機(jī)電控制系統(tǒng)的自動(dòng)化已然是推進(jìn)現(xiàn)代化建設(shè)的方向，傳感裝置可以獲取現(xiàn)場(chǎng)量化數(shù)據(jù)，比如溫度等。工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較多的檢測(cè)方式分成接觸與非接觸兩大類，若傳感組裝置需要與被檢測(cè)對(duì)象接觸，則能實(shí)施熱傳導(dǎo)，若溫度超過(guò)限定值，便會(huì)自行啟動(dòng)有關(guān)功能，以往完成對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算。工業(yè)活動(dòng)中，壓力控制也是重要一項(xiàng)，而可應(yīng)用于此項(xiàng)測(cè)量活動(dòng)的傳感裝置較多，比如利用汞或水，將其當(dāng)作測(cè)量液，由此得到準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，實(shí)施進(jìn)一步計(jì)算。在流量檢測(cè)系統(tǒng)中，有采用速度式的處理方式，依據(jù)既定橫截面，結(jié)合流動(dòng)速度得知單位時(shí)間內(nèi)的流量，之后通過(guò)速度換算，把其調(diào)整至溫度維度的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)如今，此類傳感裝置技術(shù)較為成熟，目前應(yīng)用較多的傳感裝置有轉(zhuǎn)子、電磁波等。另外，容積式的此類裝置也有較多實(shí)踐應(yīng)用，調(diào)節(jié)的靈活度較高，在精細(xì)化生產(chǎn)項(xiàng)目中較為適用。

2.2 交通領(lǐng)域

汽車行業(yè)中運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)一般體現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)裝置上，以此強(qiáng)化車輛對(duì)所處客觀條件的適應(yīng)性。比如，行駛在較為復(fù)雜的道路上，為保證人員安全，便可借力于此類技術(shù)。合理應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)，既能強(qiáng)化相應(yīng)對(duì)象在高溫方面的適應(yīng)力，又可增強(qiáng)其面對(duì)高壓的水平。車輛發(fā)動(dòng)裝置中，使用此項(xiàng)技術(shù)，能全面把控車輛制造過(guò)程，還能控制車輛日常使用期間發(fā)生振蕩的概率，以達(dá)到全方位控制的目的，提高成車輛使用的安全系數(shù)。高速公路上的收費(fèi)站基本都會(huì)設(shè)置壓力的傳感裝置，車輛駛過(guò)時(shí)，控制中心會(huì)直接得到車輛當(dāng)前的總重量，以此快速得出是否存有超載的問(wèn)題[2]。傳感器技術(shù)使用，合理代替原本人工機(jī)械體系，推動(dòng)交通領(lǐng)域的高效發(fā)展，打造一體化的運(yùn)作模型框架，切實(shí)提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，使得交通領(lǐng)域的各環(huán)節(jié)均得到強(qiáng)化，相互之間的聯(lián)系也得到優(yōu)化，而車輛制造的一體化模式需依靠相應(yīng)服務(wù)功能實(shí)現(xiàn)。因?yàn)榇祟惣夹g(shù)的擴(kuò)展應(yīng)用，多種測(cè)量參數(shù)逐漸衍生出來(lái)，比如壓力、冷卻水等，不同測(cè)量功能的傳感裝置，切實(shí)提高交通行業(yè)的自動(dòng)化程度。另外，傳感裝置在交通道路上也有較好的應(yīng)用。

2.3 環(huán)境分析

環(huán)境檢測(cè)操作中會(huì)使用到較多精度偏高的儀器，若加入合適的傳感裝置，可提高檢測(cè)結(jié)果的精度。傳感裝置應(yīng)用于此類項(xiàng)目中，由于其具備體量小、經(jīng)濟(jì)性高、精度高、養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)便且連續(xù)工作周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，使其在環(huán)境檢測(cè)的機(jī)組中展現(xiàn)出較好的價(jià)值性。此外，洪澇災(zāi)害警報(bào)中也有傳感裝置的身影，保障判斷險(xiǎn)情的精確度，使人們及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，制定災(zāi)后恢復(fù)方案，降低自然災(zāi)害造成的損失?？諝鈾z測(cè)中，運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)可以快速掌握氣體成分、溫度等指標(biāo)，直接現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)傳送至預(yù)警，使得有關(guān)部門做出正確舉措。比如火災(zāi)，通過(guò)傳感裝置，消防系統(tǒng)能直接把火災(zāi)信息傳給消防部門，以提高消防隊(duì)的出動(dòng)效率，及時(shí)抑制火勢(shì)，以免造成重大損失。

2.4 報(bào)警指令

以煤礦井下作業(yè)為例，此工作中應(yīng)用報(bào)警系統(tǒng)極為關(guān)鍵，其發(fā)出的信號(hào)可以指導(dǎo)作業(yè)人員工作，若地下礦井出現(xiàn)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)以及其他故障時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸，讓地面上的作業(yè)人員及時(shí)檢修。一般情況下，技術(shù)人員需對(duì)控制系統(tǒng)加以改進(jìn)優(yōu)化，以確保機(jī)電控制設(shè)備得以穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。如果在報(bào)警系統(tǒng)中合理加入傳感裝置，便能實(shí)施掌握井下設(shè)施的工作狀態(tài)，一旦出現(xiàn)異常，通過(guò)傳感裝置發(fā)出的信息，能保證其準(zhǔn)確性，使得技術(shù)人員直接從中了解異?，F(xiàn)象的發(fā)生區(qū)域，以提高整修的效率。另外，此項(xiàng)技術(shù)還能用于其他防控項(xiàng)目，比如上文提到的消防。借助對(duì)井下情況的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，提高作業(yè)環(huán)節(jié)的安全系數(shù)，同時(shí)，也能根據(jù)井下工作需要對(duì)工人進(jìn)行統(tǒng)籌布置[3]。

2.5 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

機(jī)電控制系統(tǒng)的應(yīng)用，需以多項(xiàng)技術(shù)為依托，傳感裝置屬于較為典型的一項(xiàng)。此項(xiàng)技術(shù)切實(shí)應(yīng)用在多個(gè)行業(yè)中，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)在推進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)中，也需在多個(gè)方面合理應(yīng)用。比如，田間管理環(huán)節(jié)中，可借助傳感裝置掌握土壤的濕度、環(huán)境溫度等有關(guān)數(shù)據(jù)。以此達(dá)到智能化控制的效果，使農(nóng)戶掌握更為準(zhǔn)確的田間信息，而非傳統(tǒng)模式下，需依靠個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)判斷，為增產(chǎn)增量提供技術(shù)幫助。現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，智能識(shí)別也發(fā)揮出應(yīng)用價(jià)值，借此實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確識(shí)別，農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行初步清理及裝袋等環(huán)節(jié)，均是借助傳感裝置實(shí)現(xiàn)。

2.6 現(xiàn)代醫(yī)療

近年來(lái)，數(shù)字醫(yī)療的出現(xiàn)為國(guó)內(nèi)醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)填上濃墨重彩的一筆，把微芯片放入病人服用的藥物中，以此更為準(zhǔn)確地判斷患者的病癥，制定具體的治療方案。此類微芯片包括多個(gè)體積極小的芯片，屬于一種微型的傳感裝置。帶有此類芯片的藥物進(jìn)入人體后，會(huì)發(fā)出人體內(nèi)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，使醫(yī)生更清楚地監(jiān)控到體內(nèi)情況，利用建立信號(hào)連接的移動(dòng)設(shè)備，收取體內(nèi)病變數(shù)據(jù)，由此更為細(xì)致且準(zhǔn)確地判斷病理情況。提高診斷的效率，降低誤診的概率，為醫(yī)療事業(yè)發(fā)展提供支撐，同時(shí)，此種方式不會(huì)對(duì)人體造成過(guò)大的傷害。

2.7 機(jī)器人

機(jī)器人代替人工處理機(jī)械化、重復(fù)性的工作。現(xiàn)代化生產(chǎn)中，機(jī)器人的應(yīng)用切實(shí)提高自動(dòng)化控制的程度。利用在機(jī)器人不同部位安裝傳感裝置，對(duì)移動(dòng)位置及負(fù)責(zé)工作進(jìn)行感知，保證機(jī)器人行動(dòng)的靈活度，使得其可以完成設(shè)定程序中的工作，提升其對(duì)作業(yè)場(chǎng)所的適應(yīng)性。機(jī)器人多用于工業(yè)產(chǎn)業(yè)，其身上安裝的傳感裝置主要有三種。首先，代替視覺的傳感裝置，使得機(jī)器人具備類似于人類眼睛的系統(tǒng)，對(duì)機(jī)械構(gòu)件等產(chǎn)品自動(dòng)識(shí)別，判斷其所處位置。其次，同樣應(yīng)用在視覺層面，在搬運(yùn)危險(xiǎn)物品、面對(duì)復(fù)雜環(huán)境和定位導(dǎo)航中都具備準(zhǔn)確的判斷力。最后，機(jī)器人對(duì)外界的觸感，通常與其手部連接，并與視覺建立聯(lián)系，打造雙向傳感系統(tǒng)，確定相應(yīng)程序數(shù)據(jù)，以適應(yīng)精準(zhǔn)生產(chǎn)的需要。

2.8 溫濕度

部分領(lǐng)域作業(yè)環(huán)節(jié)需要掌握工作現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度，其是自動(dòng)化控制的組成部分。機(jī)電在某種環(huán)境下，持續(xù)工作較長(zhǎng)的時(shí)間，各項(xiàng)參數(shù)會(huì)出現(xiàn)變化。還是以煤礦井下作業(yè)為例，應(yīng)用的機(jī)電設(shè)備長(zhǎng)期放置于井下，溫濕度易發(fā)生波動(dòng)，不加管理，影響控制系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，造成設(shè)備故障。但若將傳感器應(yīng)用于此，可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控，技術(shù)人員掌握動(dòng)態(tài)的井下溫濕度，以便處理問(wèn)題，降低故障概率，維護(hù)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。監(jiān)控溫濕度通常采用接觸與非接觸兩類，前者需要讓傳感裝置與被監(jiān)測(cè)對(duì)象有所接觸，形成熱傳遞，利用信息剖析，采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，最終的故障判斷可交由技術(shù)人員或直接由傳感裝置開展。后者是針對(duì)裝置本身加以檢測(cè)，如電磁波數(shù)據(jù)等，通過(guò)采集信號(hào)數(shù)據(jù)并實(shí)施簡(jiǎn)單探析，得到正確的測(cè)量結(jié)果[4]。

3? 結(jié)束語(yǔ)

傳感裝置的運(yùn)用，加速智能化建設(shè)的進(jìn)程?，F(xiàn)如今，國(guó)內(nèi)已經(jīng)大范圍應(yīng)用自動(dòng)化的機(jī)電控制裝置，利用機(jī)器對(duì)環(huán)境地“體會(huì)”，對(duì)原有的生產(chǎn)線、客觀條件等均實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)控。相信通過(guò)對(duì)此類技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新，可以借助科技為生產(chǎn)生活帶來(lái)更多的便利。

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