摘要：傳感器技術自誕生之日起, 經過長期的研發, 已發展出多個種類和特性, 功能也日漸強大, 使其適用領域得到了更大的推廣, 並在機電一體化系統中得到了普及和應用。本文對傳感器的分類、以及我國在傳感器技術研發方面的現狀以及未來的發展進行了闡述, 並分析了傳感器在機電一體化系統中的應用情況。
關鍵詞：傳感器技術; 機電一體化; 應用;
0 引言。
傳感器在機電一體化系統中是作爲“感受器官”而存在的, 其功能是快速、精確地爲系統獲取資訊, 使系統根據收集到的資訊進行處理、決策。由此可見, 傳感器在機電一體化系統中的作用非同小可, 直接決定了系統的技術水平。
1 傳感器的分類。
傳感器是可以對規定範圍內的資訊進行感受、接收的器件和裝置, 它可以對機電一體化系統控制範圍內操作環境、操作對象, 以及機電一體化系統本身進行檢測, 使系統有效執行。根據不同的規則, 傳感器可分爲多種類型。根據能量轉換規則設計製造的傳感器有兩種———能量控制型傳感器和能量轉換型傳感器, 它們可以在脫離外加電源的情況下, 透過能量轉化產生的物理效應獲取資訊;根據被測參量設計製造的傳感器有三種———物性參量、機械量參量、熱工參量;根據製作材料不同, 傳感器可分爲包括晶體結構、物理性質在內的多種類型;根據工作原理, 還可分爲生物傳感器、物理傳感器、化學傳感器。傳感器在長期的發展過程中, 已形成了多個不同特性的種類, 適用於多種不同的環境, 用途也更爲多樣, 因此可滿足不同機電一體化系統的要求, 只需結合使用要求合理選擇即可。
2 傳感器的研究現狀與發展。
隨着科學技術的不斷髮展, 傳感器的研發也隨着人類探知領域和空間的不斷拓展而變得更爲先進, 無論是種類、速度, 還是在資訊處理能力方面, 都得到了很大程度的強化, 在機電一體化系統中的應用也越來越廣。20世紀80年代是傳感器發展進入黃金期的重要時刻, 各國都投入了大量的人力、財務進行傳感器的研發生產工作, 並使其成爲一個新興的獨立行業, 在現代科技領域佔據了重要地位。發展到現在, 傳感器的應用已無處不在, 相關的技術也日益完善。業內人士普遍看好傳感器行業的發展, 並將其列入國家重點開發的行業項目。
3 傳感器在機電一體化系統中的應用。
3.1 傳感檢測技術在機械加工中的應用。
機械加工對於各項工作的要求較高, 爲使加工過程符合各項要求, 需要將相關檢測貫徹到加工的各個環節。在加工前, 需要對加工設備進行自動檢查, 保證設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行自動判斷, 並據此調整坯件的實際夾持位置, 同時還要確定坯件上牀後的裝夾變形及夾緊力等各項參數;加工完成後, 需要對工件的形狀、尺寸、位置公差等各項數據進行測量, 確保工件的質量達到設計製造要求。這些檢測項目需要在加工過程中完成, 並形成檢測數據, 爲下一道工序的開展打下基礎。在精密產品的生產加工過程中, 爲確保產品的合格率, 需要對加工條件進行嚴格要求, 對加工過程中的速度、溫度、壓力、振動、切削扭矩等進行自動檢測和調整, 使加工條件始終處於最佳狀態。在機械加工中, 傳感檢測技術的運用可以使切削的過程得到優化, 透過傳感技術使切削的力度、角度、切削接觸面和切削狀態、電機功率等數據進行科學控制, 減少材料的切除率, 從而使生產成本得到更好的控制。在機牀加工中, 傳感器可以保證加工過程的動態穩定性, 並透過控制牀身有關部位的振動、阻抗參數等數據, 使機牀加工的薄弱環節得以加強, 從而提升加工精度。目前, 我國在機械加工中採用的傳感器主要爲應變式和壓電式三向切削力傳感器, 在保證機械加工過程中對金屬切削原理進行研究分析、設計制定切削數據等方面發揮了重要作用。
3.2 傳感器技術在汽車行業的應用。
在汽車的生產製造中, 傳感器的`應用範圍非常廣泛。隨着汽車行業的不斷開發, 汽車產品已開始朝向小型化、電子化、輕型化、智能化方在發展, 使得相關產品的製造對傳感器的需求也逐漸提升。在汽車生產過程中, 電子控制系統包括自動變速器、汽車制動防抱死系統、驅動防滑系統等的裝置, 都需要利用到傳感器技術才能完成。隨着車用電子裝置的不斷增多, 汽車機電一體化系統已開始取代純機械式控制系統, 在汽車全身得已全面採用, 包括髮動機控制系統、底盤控制系統、車身控制和導航系統在內的車用控制系統都開始採用傳感器技術完成系統的功能發揮, 使汽車系統的應用實現了更高的可靠性、功能性。
汽車傳感器具有適應性強、抗干擾能力強、穩定性和可靠性高、價格低廉等特點。它們可以在各種惡劣環境中如風雨交加、道路崎嶇等環境中使用, 同時保證較好的密封性、耐潮溼和抗腐蝕性, 可以適應高溫、高壓的汽車發動機艙內部環境, 同時還能抵抗發動機工作時產生的強烈震動和電磁波。另外, 隨着汽車執行速度的不斷提升, 對於各個零部件的要求也越來越高, 車用機電一體化系統中的傳感器也需要具有更高的穩定性和可靠性。由於汽車的生產量不斷擴大, 傳感器也應具備大批量生產的能力, 這就要求傳感器的生產能夠實現自動化, 並有效控制生產成本。
目前, 在汽車的重點控制系統中, 包括曲軸位置傳感器、吸氣及冷卻水溫度傳感器、壓力傳感器、氣敏傳感器等傳感器都是不可替代的。以發動機控制系統爲例, 該系統中的傳感器作爲整個汽車傳感器的核心, 包括了溫度、壓力、位置、轉速、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執行狀況資訊進行收集, 並精確控制發動機的工作狀況, 使其增加動力、減少油耗, 並實現故障檢測。由於汽車發動機所處的工作環境較爲惡劣, 需要應對高溫、潮溼、振動、衝擊、蒸汽、鹽霧、腐蝕、油泥污染等情況, 因此用於汽車系統的傳感器在技術指標、測量精度及可靠性上明顯高於一般的工業用產品, 否則難以達到保證發動機正常工作的目的。
在汽車機電一體化系統中, 傳感器除了應用於發動機系統, 在汽車的安全管理系統中的應用也非常重要。目前, 汽車安全管理系統主要採用的是控制汽車側邊氣囊的加速度傳感器和壓力傳感器兩種傳感器類型。根據相關數據的統計發現, 在檢測側邊撞擊的速度方面, 壓力傳感器比加速度傳感器快3倍, 誤差概率也更小, 在汽車安全管理系統中的普及率也更高。
3.3 傳感器在數控機牀上的應用。
採用數字信號控制加工過程的數控機牀, 利用傳感器可實現對機牀刀具與工件之間相對運動的數字化控制, 從而使工件加工的尺寸、精度等各項指標滿足零件加工要求。在數控機牀上的常見的傳感器有光電編碼器、溫度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、感應同步器、紅外傳感等, 這些傳感器使數控機牀可以實現對工件檢測位置、直線位移和角位移, 以及加工速度、壓力、溫度等各項數據的有效控制。以壓力傳感器爲例, 當機牀進行工件加工時, 該傳感器可檢測機牀施加於工件的夾緊力, 當夾緊力低於設定值導致工件鬆動時, 傳感器可以發出報警, 並停止加工過程, 待相關參數達到設定標準後繼續工作。不僅如此, 壓力傳感器還可以檢測機牀切削力的變化, 並對機牀的潤滑、液壓、氣壓系統的油路或氣路壓力進行檢測, 如這些數據不在設定值內, 傳感器就會對控制系統發出故障信號。傳感器在數控機牀機電一體化系統中的應用, 有效解決了人工檢測效率低下的問題, 使故障的檢出的排除更爲高效。隨着數控技術的發展, 傳感器的應用也會隨之提升。
4 結束語。
目前, 多學科、技術的發展和綜合利用, 使得傳感器技術得到了不斷提升, 如納米技術的引進使傳感器的分辨率得到了較大提高, 推動了傳感器性能的進一步提升, 使其適應性和應用範圍更爲廣泛, 除了目前在機械加工、汽車行業及數控機牀領域的應用, 還成功進入醫療、探險、人工智能、三航領域、紅外成像及超生波技術等領域, 實現更深度的技術利用。相信隨着相關技術的不斷開發, 未來傳感器的應用價值會得到更大的發揮。
參考文獻
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