浅谈机电一体化系统中传感器技术的运用

Ｇｏｎｇｙｉ　ｙｕ　Ｊｉｓｈｕ！三至量堡　ｌ　

浅析机电一体化系统中的检测传感技术　

缪光亮　

（江西省萍乡火工机械有限责任公司，江西萍乡３３７０３９）　

摘要：从传感器的现状和发展情况出发对检测传感技术作了简单介绍，在此基础上对检测传感器在机电一体化系统中的应用进行了分　

析，并对检测传感技术的发展进行了进一步深入研究。该技术在机电一体化系统中有着十分重要的意义。　关键词：检测传感技术；机电一体化：现状；应用；发展　

１　传感器的研究现状与发展　

传感器对所规定的被测量比如作业环境状态以及操作对象等　

有一定的感知功能，并且能够依照特定的规律转换成可用的输出　

信号，在机电一体化系统中应用最为广泛，对于机电一体化系统的　

运作来说，传感器能够提供必要的信息从而能够对其进行有效控　

制。随着科学技术的不断发展与创新，信息传递的速度也在不断加　

快，传感器也得到了日益的发展，成为机电一体化系统中无处不在　

的一种有效的工具。　

自２０世纪８０年代开始，传感器就在全世界得到了广泛的青　

睐，传感技术以及传感器的研究越来越受到各国的广泛重视，因而　

传感器的生产成为了一个极其重要的新兴行业。　

２检测传感器在机电一体化系统中的应用　

２．１　机器人用传感器　

工业机器人能够对操作对象进行准确的操作原因是：它可以　

借助各种各样的传感器来对自身、操作对象以及操作环境进行正　

确的感知，这中间的内部传感器是用来获取自身状态的信息，而外　

部传感器是用来感知操作对象以及外部的环境。　

２．２在机械加工过程中的传感技术　（Ｉ）切削过程以及机床运行过程的传感技术。在切削过程中进　

行传感检测是为了提高切削过程的生产效率，以及降低制造成本　

等。在这一过程中，切削力、切削过程中的振动，切削过程中声音的　

发射以及切削过程中电机的功率等传感参数是最为主要的。那么，　

对于机床运行而言，它是把驱动系统、轴承和回转系统、温度的监　

测和控制，以及安全性等作为传感检测的主要目标，并对机床故障　

………………………一　零　撄察．盟－　

对传感器在机电产品中的使用调查与思考　

重庆城市职业学院机电工程系　古家希　

【摘要】文章概述传感器研究现状与发晨，探讨传感器在机电一体化系统中的应用，并分析我国传感器技术发展的若干问题及发展方向。　【关键词】传感器技术；机电一体化；应用　

１．引言　

传感器是能感受规定的被测量并按照　

一定规律转换成可用输出信号的器件或装　

置。传感检测技术是机电一体化的关键技术　

之一，当前已获得迅速发展。以微机为代表　

的微电子技术与机械的有机结合，使智能机　

电一体化技术改革迅猛发展，传感检测技术　

己渗透到生产和生活的各个领域，从尖端的　

武装装备、航空航天技术，到机械设备、工　

业过程控制、交通运输、纺织印刷、家电电　

器、医疗卫生、办公室设备及环境保护等领　

域，均得到了广泛的应用，在机电一体化技　

术革命中正发挥着重要作用。　

２．传感器的整体概述　

２．１什么叫传感器？它有哪些组成？及　

其分类。　

２．１．１定义：传感器是能感受规定的被　

测量并按照一定规律转换成可用输出信号的　

器件或装置（是将被测量装换成具有一定规　

律的电信输出的器件或装置）。　

２．１．２组成：传感器可视为人体五种感　

觉器官的延伸。一般由敏感元件、转换元件　

急基本转换电路三部分组成。　

例如光电式转速传感器的工作原理图　

（见图１）。　

２．１．３分类：传感器的种类繁多，按被　

测对象分类可分为检测机电一体系统内部状　

态的内部信息传感器及系统外部环境状态的　

外部信息传感器；按工作机理分类可分为物　

性型和结构型；按被测物理量分类可分为温　

度传感器、位移传感器、速度传感器、加速　

度传感器、力传感器等等；还有许多按其他　

方式分类的传感器。　

２．２传感器在我国发展历史调查　

信息技术、生物技术、纳米技术已成　

为２１世纪社会发展的三大支柱。其中位居首　

位的信息技术必须建立在传感器、通信、计　

算机等技术之上。传感器作为人类感观的延　

伸，是信息采集不可或缺的工具，但在某些　

传感器在机电一体化系统中的应用

传感器在机电一体化系统中的应用

随着科技的发展和电子技术的不断进步，机电一体化技术已经逐渐成为现代工业制造的主流，而传感器作为机电一体化技术的重要组成部分，具有着至关重要的作用。本文将从传感器在机电一体化系统中的应用方面进行探讨。

一、 传感器的概念及作用

传感器的定义是指一种将被测量的物理量转换为电信号输出的装置，目的是为了满足工业自动化控制和测量等方面的需要。传感器能够将物理量转化为电信号，通过传输电信号的方式，来实现物理量的测量、控制、监测等工作。

二、 传感器在机电一体化系统中的应用

（一）传感器在机床上的应用

随着数控技术的不断发展，传统机床实现自动化控制越来越困难，机床上的传感器应运而生。传感器可以对机床进行实时检测，实现机床的自我调整、诊断和维护，保障机床的正常运行。

（二）传感器在车辆上的应用

在汽车行业中，传感器是保证车辆工作性能和安全的重要组成部分。例如，汽车中的速度、油量、水温等参数都可以通过传感器进行实时测量，以保障汽车的行驶安全和性能。

（三）传感器在制造业中的应用

在制造业中，传感器的应用是发挥最为广泛的。传感器可以通过实时检测机器设备、生产过程中的温度、湿度、压力、流量等物理数据，来保证制造过程的精确性和效率。通过实现更精准的数据采集，来更好地控制和优化制造过程。

（四）传感器在环境保护中的应用

传感器在环境保护中的应用也是非常广泛的。例如，通过对大气、水质、噪声和振动等环境参数的实时监测，来保护环境和人们的健康。现在，传感器已经成为环境监测系统不可或缺的一部分。

三、 总结

传感器是机电一体化技术中至关重要的组成部分，在现代工业中的普及程度非常高。传感器可以实现数据的实时采集与监测，通过数据的分析和处理，来实现自动化控制和优化，保证机电一体化系统的正常运行。未来，随着先进的传感技术的不断发展，传感器在工业制造和智能化生活中的应用将会越来越广泛。

科技论坛　・６５・　浅析传感器技术在机电一体化中的应用　陈玉祥　（黑龙江省龙建路桥第一工程有限公司，黑龙江哈尔滨１５００００）　摘要：文章概述传感器研究现状与发展，探讨传感器在机电一体化系统中的应用，并分析我国传感器技术发展的若干问题及发展　方向。　关键词：传感器技术；机电一体化；应用　在机电一体化系统中，传感器处系统之首，其作用相当于系统　感受器官，能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境考验，是机电　一体化系统达到高水平的保证。如缺少这些传感器对系统状态和对　信息精确而可靠的自动检测，系统的信息处理、控制决策等功能就　无法谈及和实现。　１传感器的研究现状与发展　传感器是能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出　信号的器件或装置，主要用于检测机电一体化系统自身与操作对　象、作业环境状态，为有效控制机电一体化系统的运作提供必须的　相关信息。随着人类探知领域和空间的拓展，电子信息种类日益繁　多，信息传递速度日益加快，信息处理能力日益增强，相应的信息采　集——传感技术也将日益发展，传感器也将无所不在。　从２Ｏ世纪８０年代起，逐步在世界范围内掀起一股“传感器　热”，各先进工业国都极为重视传感技术和传感器研究、开发和生　产。传感技术已成为重要的现代科技领域，传感器及其系统生产已　成为重要的新兴行业。　２传感器在机电一体化系统中的应用　传感器是左右机电一体化系统（或产品）发展的重要技术之一，　广泛应用于各种自动化产品之中：　２．１机器人用传感器　工业机器人之所以能够准确操作，是因为它能够通过各种传感　器来准确感知自身、操作对象及作业环境的状态，包括：其自身状态　信息的获取通过内部传感器（位置、位移、速度、加速度等）来完成，　操作对象与外部环境的感知通过外部传感器来实现，这个过程非常　重要，足以为机器人控制提供反馈信息。　２．２机械加工过程的传感检测技术　２．２．１切削过程和机床运行过程的传感技术。切削过程传感检　测的目的在于优化切削过程的生产率、制造成本或（金属）材料的切　除率等。切削过程传感检测的目标有切削过程的切削力及其变化、　切削过程颤震、刀具与工件的接触和切削时切屑的状态及切削过程　辨识等，而最重要的传感参数有切削力、切削过程振动、切削过程声　发射、切削过程电机的功率等。对于机床的运行来讲，主要的传感检　测目标有驱动系统、轴承与回转系统、温度的监测与控制及安全性　等，其传感参数有机床的故障停机时间、被加工件的表面粗糙度和　加工精度、功率、机床状态与冷却润滑液的流量等。　２．２．２工件的过程传感。与刀具和机床的过程监视技术相比，工　件的过程监视是研究和应用最早、最多的。它们多数以工件加工质　量控制为目标。２０世纪８０年代以来，工件识别和工件安装位姿监　视要求也提到日程上来。粗略地讲，工序识别是为辨识所执行的加　工工序是否是工（零）件加工要求的工序；工件识别是辨识送入机床　待加工的工件或者毛坯是否是要求加工的工件或毛坯，同时还要求　辨识工件安装的位姿是否是工艺规程要求的位姿。此外，还可以利　用工件识别和工件安装监视传感待加工毛坯或工件的加工裕量和　表面缺陷。完成这些识别与监视将采用或开发许多传感器，如基于　Ⅳ或ＣＣＤ的机器视觉传感器、激光表面粗糙度传感系统等。　２．２．３刀具（砂轮的检测传感。切削与磨削过程是重要的材料切　除过程。刀具与砂轮磨损到一定限度（按磨钝标准判定）或出现破损　（破损、崩刃、烧伤、塑变或卷刀的总称），使它们失去切（磨削能力或　无法保证加工精度和加工表面完整性时，称为刀具，砂轮失效。工　业统计证明，刀具失效是引起机床故障停机的首要因素，由其引起　的停机时间占ＮＣ类机床的总停机时间的１，５一ｌ，３．此外，它还可能　引发设备或人身安全事故，甚至是重大事故。　２－３汽车自动控制系统中的传感技术　随着传感器技术和其它新技术的应用，现代化汽车工业进入了　全新时期。汽车的机电一体化要求用自动控制系统取代纯机械式控　制部件，这不仅体现在发动机上，为更全面地改善汽车性能，增加人　性化服务功能，降低油耗，减少排气污染，提高行驶安全性、可靠性、　操作方便和舒适性，先进的检测和控制技术已扩大到汽车全身。在　其所有重点控制系统中，必不可少地使用曲轴位置传感器、吸气及　冷却水温度传感器、压力传感器、气敏传感器等各种传感器。　３我国传感器技术发展的若干问题及发展方向　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，我们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。　我国传感器的研究主要集中在专业研究所和大学，始于２０世　纪８Ｏ年代，与国外先进技术相比，我们还有较大差距，主要表现在：　（１）先进的计算、模拟和设计方法；　（２）先进的微机械加工技术与设备；　（３）先进的封装技术与设备；　（４）可靠性技术研究等方面。　因此，必须加强技术研究和引进先进设备，以提高整体水平。传　感器技术今后的发展方向可有几方面：　（１）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。　（２）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。　（３）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。　（４）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。　（５）向智能化数字化发展：随着现代化的发展，传感器的功能已　突破传统的功能，其输出不再是一个单一的模拟信号（如０一ｌＯｍｖ），　而是经过微电脑处理好后的数字信号，有点甚至带有控制功能，即　智能传感器。　参考文献　【１】韩连英，王晓红．光纤传感器在机械设备检测中的应用【Ｊ】．光机电　信息。２００６（３）．　【２】张开逊．现代传感技术在信息科学中的地位［Ｊ】．工业计量，２００６　（１）．