傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

孫建華

摘要：在整個機(jī)電一體化系統(tǒng)當(dāng)中，傳感器是非常重要的一 個組成部分，可以說它是整個系統(tǒng)的核心設(shè)備。傳感器的存在可以使機(jī)電一體化系統(tǒng)更快、更準(zhǔn)確地獲取各種信息。而面對各種復(fù)雜的外部環(huán)境，傳感器能夠保證機(jī)電一體化系統(tǒng)的正常運(yùn)行和發(fā)揮。如果機(jī)電一體化系統(tǒng)中缺少傳感器，那么就無法準(zhǔn)確地檢測到信息，也就無法維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。此時，系統(tǒng)將無法正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：傳感器技術(shù);機(jī)電一體化;應(yīng)用研究

1 傳感器技術(shù)概述

傳感器是一種能將信息按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成遠(yuǎn)距離傳輸信號的檢測裝置。轉(zhuǎn)換的結(jié)果可以是電信號，也可以是人們需要的其他信號形式。傳感器主要依靠物理、化學(xué)和生物效應(yīng)來獲取信號，利用通信技術(shù)來傳輸信號。傳感器的信號轉(zhuǎn)換能力使其在社會生產(chǎn)的許多方面得到了廣泛的接受和應(yīng)用，特別是在電氣領(lǐng)域。傳感器的發(fā)明和使用是新技術(shù)革命的重要組成部分。因此，傳感器技術(shù)也被稱為信息技術(shù)的三大支柱之一。它是連接物理世界和計算機(jī)世界的重要技術(shù)。它對電氣技術(shù)、航天技術(shù)、醫(yī)療技術(shù)和機(jī)械自動化等領(lǐng)域具有重要意義。常見的傳感器有很多種類，根據(jù)設(shè)計方式可分為控制型傳感器和轉(zhuǎn)換型傳感器，根據(jù)傳感參量可分為流體傳感器、氣敏傳感器、光敏傳感器，承擔(dān)起相當(dāng)于人類“視覺”、“味覺”、“觸覺”的責(zé)任，根據(jù)工作原理可分為物理傳感器、化學(xué)傳感器、生物傳感器。傳感器的使用需要根據(jù)機(jī)電一體化系統(tǒng)的實際情況進(jìn)行選擇，滿足系統(tǒng)需求。

2 機(jī)電一體化系統(tǒng)概述

機(jī)電一體化系統(tǒng)主要包括機(jī)械系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和傳感器檢測系統(tǒng)。機(jī)械系統(tǒng)包括傳動機(jī)構(gòu)、支承部件和數(shù)學(xué)模型;伺服系統(tǒng)包括各種性能指標(biāo)、執(zhí)行元件、檢測元件、電氣元件等環(huán)節(jié);傳感檢測系統(tǒng)包括位移傳感、速度傳感、加速度傳感、扭矩傳感、扭矩傳感、距離傳感、視覺傳感等傳感部分。這些部分共同構(gòu)成一個完整的機(jī)電一體化系統(tǒng)，完成物理、化學(xué)和生物量變化的測量、信號轉(zhuǎn)換和信號傳輸。

3傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的作用

在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，傳感器主要起著檢測、信號轉(zhuǎn)換和控制的作用。它是機(jī)電一體化系統(tǒng)的重要組成部分，是提高機(jī)械自動化水平的關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，傳感器技術(shù)承擔(dān)著許多重要的任務(wù)，如提高轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的性能，提高機(jī)電一體化系統(tǒng)的實用能力，保證信號的準(zhǔn)確采集，保證信號的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換等，對機(jī)電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展具有重要意義。同時，傳感器技術(shù)的應(yīng)用也為技術(shù)人員了解和掌握機(jī)電系統(tǒng)及其控制下的機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)提供了技術(shù)支持，有利于提高機(jī)械設(shè)備的利用率，延長系統(tǒng)的使用壽命，具有很大的經(jīng)濟(jì)價值和保障價值。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，傳感器技術(shù)是快速、準(zhǔn)確獲取和轉(zhuǎn)換信息的關(guān)鍵技術(shù)，對系統(tǒng)的控制具有重要意義。

4傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用

4.1 傳感檢測技術(shù)在機(jī)械加工中的應(yīng)用

機(jī)械加工對于各項工作的要求較高，為使加工過程符合各項要求，需要將相關(guān)檢測貫徹到加工的各個環(huán)節(jié)。在加工前，需要對加工設(shè)備進(jìn)行自動檢查，保證設(shè)備在可以滿足加工的各項操作條件，如對坯件的夾持方位進(jìn)行自動判斷，據(jù)此，應(yīng)調(diào)整坯料的實際夾緊位置，并確定夾緊變形和夾緊力等參數(shù);加工后，要測量工件的形狀、尺寸、位置公差等數(shù)據(jù)，確保工件質(zhì)量符合設(shè)計制造要求。這些測試項目需要在處理過程中完成，并形成測試數(shù)據(jù)，為下一個過程打下基礎(chǔ)。在精密產(chǎn)品的生產(chǎn)加工中，為了保證產(chǎn)品的合格率，必須對加工條件做出嚴(yán)格的要求。對加工過程中的速度、溫度、壓力、振動、切削力矩等進(jìn)行自動檢測和調(diào)整，使加工條件始終處于最佳狀態(tài)。在機(jī)械加工中，應(yīng)用傳感器檢測技術(shù)可以優(yōu)化切削過程。通過傳感器技術(shù)，可以科學(xué)地控制切削力、切削角度、切削接觸面及切削狀態(tài)、電機(jī)功率等數(shù)據(jù)，降低材料去除率，從而更好地控制生產(chǎn)成本。在機(jī)床加工中，傳感器可以保證加工過程的動態(tài)穩(wěn)定性，通過控制機(jī)床床身相關(guān)部位的振動、阻抗參數(shù)等數(shù)據(jù)，可以加強(qiáng)機(jī)床加工的薄弱環(huán)節(jié)，從而提高加工精度。目前，我國機(jī)械加工中使用的傳感器主要是應(yīng)變式和壓電式三向切削力傳感器，它們對金屬切削原理的研究分析、加工過程中切削數(shù)據(jù)的設(shè)計與開發(fā)起著重要的保障作用。

4.2傳感器技術(shù)在汽車工業(yè)中的應(yīng)用

在汽車制造業(yè)中，傳感器得到了廣泛的應(yīng)用。隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，汽車產(chǎn)品開始向小型化、電子化、輕量化和智能化方向發(fā)展，使得相關(guān)產(chǎn)品制造中對傳感器的需求逐漸增加。在汽車生產(chǎn)過程中，電子控制系統(tǒng)，包括自動變速器、防抱死制動系統(tǒng)、驅(qū)動防滑系統(tǒng)等裝置，都需要利用傳感器技術(shù)來完成。隨著汽車電子設(shè)備數(shù)量的不斷增加，汽車機(jī)電一體化系統(tǒng)已經(jīng)開始取代純機(jī)械控制系統(tǒng)，并已全面應(yīng)用于整車。包括發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)、車身控制和導(dǎo)航系統(tǒng)在內(nèi)的汽車控制系統(tǒng)已經(jīng)開始采用傳感器技術(shù)來完成系統(tǒng)的功能，這使得汽車系統(tǒng)的應(yīng)用實現(xiàn)了更高的可靠性和功能性。汽車傳感器具有適應(yīng)性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性和可靠性高、價格低廉等特點(diǎn)。它們可用于各種惡劣環(huán)境，如風(fēng)雨、崎嶇道路等環(huán)境。同時，能保證良好的密封性、防潮性和耐腐蝕性。它能適應(yīng)高溫高壓汽車發(fā)動機(jī)艙的內(nèi)部環(huán)境，還能抵抗發(fā)動機(jī)工作時產(chǎn)生的強(qiáng)烈振動和電磁波。另外，隨著車輛運(yùn)行速度的不斷提高，對各部件的要求也越來越高，車輛機(jī)電一體化系統(tǒng)中的傳感器也要求具有更高的穩(wěn)定性和可靠性。由于汽車生產(chǎn)的不斷擴(kuò)大，傳感器也應(yīng)具備量產(chǎn)能力，這就要求傳感器的生產(chǎn)實現(xiàn)自動化，有效控制生產(chǎn)成本。目前，在汽車的關(guān)鍵控制系統(tǒng)中，包括曲軸位置傳感器、吸氣和冷卻水溫度傳感器、壓力傳感器、氣體傳感器等都是不可替代的。以發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)中的傳感器作為整個汽車傳感器的核心，包括了溫度、壓 力、位置、轉(zhuǎn)速、流量、氣體濃度、爆震等多種類型的傳感器。這些傳感器可以對汽車的整體運(yùn)行狀況信息進(jìn)行收集，并精確控制發(fā)動機(jī)的工作狀況，使其增加動力、減少油耗，并實現(xiàn)故障檢測。由于汽車發(fā)動機(jī)所處的工作環(huán)境較為惡劣，需要應(yīng)對高溫、潮濕、振動、沖擊、蒸汽、鹽霧、腐 蝕、油泥污染等情況，因此用于汽車系統(tǒng)的傳感器在技術(shù)指標(biāo)、測量精度及可靠性上明顯高于一般的工業(yè)用產(chǎn)品，否則難以達(dá)到保證發(fā)動機(jī)正常工作的目的。

在汽車機(jī)電一體化系統(tǒng)中，傳感器不僅應(yīng)用于發(fā)動機(jī)系統(tǒng)，而且應(yīng)用于汽車安全管理系統(tǒng)中。目前，汽車安全管理系統(tǒng)主要采用加速度傳感器和壓力傳感器來控制汽車側(cè)氣囊。通過對相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，壓力傳感器檢測側(cè)面碰撞速度的速度是加速度傳感器的3倍，誤差概率較小，在車輛安全管理系統(tǒng)中普及率較高。

結(jié)束語

綜上所述，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的指導(dǎo)下，傳感器技術(shù)得到了迅速發(fā)展，在其技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展中，實現(xiàn)了技術(shù)應(yīng)用與機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用的結(jié)合。這兩種技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，全面提高了機(jī)電一體化系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用能力。通過本文的研究和分析，將傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用總結(jié)如下：一是在加工檢測技術(shù)中的應(yīng)用;二是技術(shù)在汽車工業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用;三是數(shù)控機(jī)床技術(shù)的應(yīng)用。通過以上三種技術(shù)的應(yīng)用，全面整合了傳感器技術(shù)與機(jī)電一體化系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用能力。借助傳感器技術(shù)的應(yīng)用，可以提高機(jī)電一體化系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用能力。

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