传感器技术在机电技术中的应用探析

传感器技术在机电技术中的应用探析

林书句

广州城建职业学院510925

【摘要】随着科学技术的高速发展，各种信息技术和产品应用到我国的企业中，为企业更好的发展提供了有利的保障。传感器技术的研究和应用在信息采集系统中的重要性越来越大，在社会生产和人们的日常生活中具有不可替代的地位和作用。本文分析了传感器技术在环境中、汽车自控系统和机械加工等机电技术中的应用，并探讨其未来的发展方向。

【关键词】传感器技术；机电技术；应用

引言

随着现代科学技术的迅猛发展和生产过程的高度自动化以及人类生活质量的不断提高，以传感器-微机为核心的现代测试与控制系统正在越来越广泛的应用于各行各业。就当前技术发展现状来看，传感器网络有着巨大的应用前景，被认为是将对21世纪产生巨大影响力的技术之一。随着传感器技术、无线通信技术、计算技术的不断发展和完善，各种传感器网络将遍布我们生活环境，从而真正实现“无处不在的计算”。传感器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。随着科学技术的不断发展，传感器也不断发展，微型化、智能化、多功能、无线网络化是传感器发展的趋势。

1传感器的类别

1.1根据被测参量分类

根据传感器的被测参量可以分成三类，即物性参量、机械量参量、热工参量。

1.2根据能量转换分类

根据传感器能量转换的角度进行分类，可以分成能量控制型传感器和能量转换型传感器两种。能量控制型传感器需要如电容传感器、霍尔传感器等提供电源。能量转化型传感器则利用能量变化产生的物理效应产生信息，不需外加电源。

1.3根据传感器使用材料分类

传感器的应用材料受外界因素限制，会呈现出有对应性以及其独特性的反应。所选用材料中最能体现功能特性的，也是在外界环境中最有敏感性的材料，因此也是作为制作传感器敏感元件的最佳选择。根据传感器的应用材料，可以分为以下几类：

①依照晶体结构区分材料。非晶、单晶、材料、多晶等。

②依照物理性质区分材料。绝缘体、磁性材料、导体、半导体等。

③依照其他类别区分材料。混合物、金属聚合物、陶瓷等。

1.4根据传感器工作原理分类

从传感器的工作机理进行分类，可以将其分成生物传感器、物理传感器、化学传感器三种，逐一分析如下：

①生物传感器。利用信息科学与生命科学一起交织发展起来的学科知识，广泛地应用于食品工程、环境监测、临床医学、发酵工艺、军事医学等各个领域。

②物理传感器。又分为物性型传感器和结构型传感器，具有品种多样、发展迅速、应用广泛等特点。

③化学传感器。利用化学原理来识别检测信息，最具有广阔发展前景，多应用于医疗卫生、环境保护、家用电器、火灾报警等方面。

2传感器技术在机电技术中的应用

所谓传感器就是输出信号为编码或者传感器。传感器具有良好的电磁兼容性能，由于它的数据存储技术可行性较高，因此模块参数不会轻易丢失。传感器具有先进的A/D转换技术和智能滤波算法，及时是在满量程的情况下，依然能够保证输出码的稳定。传感器采用标准的通讯接口，可以直接与计算机连接，也可以与标准的工业控制总线连接，使用较为灵活。传感器具有自动采集、预处理、存储及记忆数据的功能，有唯一的标记，方便了作业运行中故障的诊断。

2.1传感器技术在汽车自控系统中的应用

传感技术在汽车工业中的使用已经有很长一段时间了，发展得已经比较成熟和充分。在汽车工业中，越来越多的纯机械操控部件被自动控制系统所代替，这样不仅很大程度上改进了发动机的使用性能，同时降低了车辆的耗油量，减少了对环境的污染，在汽车的安全驾驶方面也有一定的积极作用。

2.2传感器技术在环境中的应用

传感器技术在环境中的应用，具有相对便利的传感器网络，其部署简单、成本较低、不需要派人进行现场维护等。传感器监测技术的密集布置，能够帮助人们了解微观的环境因素，为研究人员提供最新的环境监测信息。传感器技术在环境中的应用已经有很多实例，包括生物群落的微观观测、天气预报等。在山区、水坝等容易发生洪灾的区域布置一些土壤湿度、水压等传感器，能够有效进行洪灾的预警，在即将发生火灾时，传感器会发布预警信息，观测者由此可以及时采取措施来最大限度的减小洪灾造成的损失。在建筑物内布置一些气体检测、声音、图像以及温度等的传感器，一旦发生异常现象，传感器就会自动启动应急措施，来确保建筑安全。此外，在农田中部署一些土壤肥料含量、空气温度、光照强度等传感器，能够帮助农田管理者更好的进行管理方式的调控，有利于农作物更好的生长。

2.3传感器技术在机械制造中的应用

这方面主要包括在切削过程和机床运行、工件的加工和刀具方面的传感技术。切削过程传感检测的目的是为了提高生产率和降低生产成本等。在机床运行方面，主要是为了检测驱动、轴承和回转等系统，以及对温度的检测和控制进行及时有效的干预。关于工件的过程传感，主要用于控制工件加工质量。进一步来说就是辨识当前所执行的加工工序是不是工件加工要求的工序以及辨识代加工的工件是不是要求要加工的工件。关于刀具的传感，切削和磨削过程是重要的材料加工过程，当刀具和砂轮破损过度后，不仅会失去它们原有的切磨效果，一不注意还会造成人身安全事故。因此，对刀具的传感是不容忽视的。

3传感器技术在机电技术中的发展趋势

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。传感器在科学技术领域、工农业生产以及日常生活中发挥着越来越重要的作用。更高的自动化要求是传感器技术发展的动力。科学水平的提高为传感器的发展提供了条件。传感器技术今后的发展方向主要有以下几个方面：

（1）采用新技术、新材料：传感器工作的基本原理是建立在人们不断探索与发展各种新的物理现象、化学效应和生物效应以及具有特殊物理、化学特性的功能材料的基础上。因此，发现与应用新的现象、反应、材料与研制新颖的特性与功能的材料是现代传感器的重要基础。

（2）微型化发展：目前的微机械加工技术已获得高速发展，有氧化、光刻、扩散、沉积等传统的微电子技术，还发展了平面电子工艺技术、各向异性腐蚀、固相键合工艺和机械分断技术等新型微加工技术，都为新的微型传感器的研制开发提供了良好的条件。

（3）集成化发展：集成传感器是新型传感器重要的发展方向之一。具有体积小、重量轻、可靠性高、响应速度快、稳定等特点，而且便于批量生产，成本较低。

（4）数字化、多功能化和智能化发展：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0-10mV），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。

结语

综上所述，传感器的好坏与否将直接影响到机电一体化控制系统运行和系统性能的稳定性和可靠性。因此，研究人员应当大量总结实践经验，不断开发出新的传感器，提高传感器的性能，扩大其使用范围，使传感器向着智能化、集成化以及多功能化等方面发展。

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