传感器在机电系统中的作用

张丽芳

【摘要】简要概述传感器现状与发展，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几点问题及发展方向。

【关键词】传感器;机电一体化;机床;汽车

一、引言

现代科学技术的发展引起了工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。

二、传感器的现状与发展

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，作为有效控制机电一体化系统的运作提供一些相关信息。随着人类探知领域和空间的拓展，电子信息种类日益繁多，信息传递速度越来越快，信息处理能力日益增强，相应的信息采集——传感技术突飞猛进的发展，传感器也将在我们身边无处不在。

三、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：

1.传感器在数控机床上的应用

传感器作为数控机床上的重要电器组件，广泛的应用各类传感器使得机床成就了其高度的自动化和高精。传感器是一种能够感应规定的被检测量，并且按照着一定的规律转换成可用输出信号的器件，输入信号（即被检测量）为非电量，而输出信号往往是我们更加易于处理的电量。

在一台数控机床上面可以用到大量的各类传感器：接近开关，压力传感器，温度传感器，液位传感器，速度传感器等类型的传感器，主要用来检测位臵，压力、温度和流动。

2.数控机床中常用的传感器

（1）位移检测及速度检测的光电编码器

光点编码器它可以将机械转角转换成为电脉冲，在机床上面X轴和Z轴的端部配有光电编码器，用于角位移的测量以及数字测速，角位移能够通过丝杠螺距间接的反映拖板或刀架的直线位移;光电编码器在经过一定的角位移的时候变会产生一个脉冲，配合定时器就可以检测出角速度，在速控机床中一般用于数控系统伺服单元的速度检测。

（2）位臵检测的接近开关

接近开关顾名思义就是当物体靠近的时候就会有信号输出的开关，它不需要和被检测物体进行直接的接触，伊玛的接近开关在机床上的主要应用在刀架的选刀控制，工作台的行程控制。如数控冲压设备就有这种装置，当人身体的某一部位靠近时，他就马上把刀头抬起，以免伤人。

（3）压力的检测

压力传感器是一种将压力转换为电信号的传感器，并且伊玛的智能型压力传感器具有多组可编程的输出信号，可以对输出信号类型进行全方位编程。在机床上机器适应于对工件夹紧力进行监测，当夹紧力低于设定的值的时候会导致工件松动，系统发出报警，停止走刀;另外还可以检测车刀切削力的变化，再者，它在润滑系统，液压系统，气压系统中用来检测油路或者气路中的压力，当油路或者气路的压力小于设定值的时候，其触电会动作然后把信号送到控制系统进行控制。

3.机械加工过程的传感检测技术

（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。

（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。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。完成这些识别与监视将采用或开发许多传感器，如基于TV或CCD的机器视觉传感器、激光表面粗糙度传感系统等。

（3）刀具（砂轮的检测传感）或出现破损，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，很多刀具失效事例还可能引发设备或人身安全事故，甚至是重大事故。

4.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。如EPS电动随速助力转向、ASR电子稳定程序、ABS防抱死制动系统等。为提高行驶中的安全性、可靠性和舒适性，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。

四、我国传感器技术发展存在的问题及发展方向

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。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，与国外先进技术相比，我们还有较大差距，主要表現在：

（1）先进的计算、模拟和设计方法;

（2）先进的封装技术与设备;

（3）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以下几方面：

1.加速开发新型敏感材料：通过各种新技术的综合利用，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、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。

4.向智能化发展：处理器速度的提高和微机的高性能化、传感器系统的集成化，有力地推动着机电一体化产品向智能化方向发展。

参考文献

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