浅析传感器技术在机电一体化系统中的应用越雅杰

浅析传感器技术在机电一体化系统中的应用越雅杰

越雅杰

(神华准能集团选煤厂内蒙古鄂尔多斯市010300)

摘要：传感器技术性水平直接决定着整个电机的自动化程度和信息系统整体反应水平。电机的自动化水平越高，对传感器的依赖性就越大，对传感器的要求就越高。传感器的精确度与敏锐度都是检验传感器水平的重要方面，在传感器中的地位也是关键性的。本文主要针对传感器在机电一体化系统中的各种应用来探讨未来传感器的发展趋势，为传感器的升级与改造提供有效的借鉴。

关键词：传感器技术；机电一体化；应用

一、传感器概述

1.1传感器的基本知识

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，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。

1.2传感器的分类及特性

传感器一般由敏感元件，转换元件及基本转换电路三部分组成。

①传感器按其测量对象可分为检测机电一体化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。②传感器按控工作机理可分制电动机可以分为物理型和结构型。③传感器按能量源分类可分为无源型和有源型。④按输出信号的性质可将传感器分为开关型，模拟型和数字型。

1.3常用传感器的类型及特点

电阻式传感器：这类传感器结构简单，尺寸小，性能稳定。受环境影响小。不需放大。滑线变阻器式传感器精度可达0.1%。

①电容式传感器：温度稳定性好，结构简单，动态响应好，可进行非接触测量，然而，输入阻抗高，负载能力差。电容式传感器精度可达0.01%。②电感式传感器：无活动触点、可靠度高、寿命长；分辨率高；灵敏度高；线性度高、重复性好；测量范围宽（测量范围大时分辨率低）；无输入时有零位输出电压，引起测量误差；对激励电源的频率和幅值稳定性要求较高；不适用于高频动态测量。③压电式传感器：高阻抗、低能量；但是无静态输出，要求有很高的电输出阻抗。需用低电容的低噪声电缆。④霍尔传感器：在静止状态下，具有感受磁场的独特能力，并且具有结构简单、体积小、噪声小、频率范围宽（从直流到微波）、动态范围大（输出电势变化范围可达1000：1）、寿命长等特点。

二、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。

三、传感器在机电一体化系统中的应用

3.1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。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）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，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，还要求辨识工件安装的位姿是否是工艺规程要求的位姿。

（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1/5-1/3.此外，它还可能引发设备或人身安全事故，甚至是重大事故。

3.2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。

3.3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。

四、信息处理技术

20世纪90年代末，随着微型技术的快速发展，微控制器的性能不断提高，促使微控制器技术获得广泛应用，并且以微控制器技术为基础的分布式自动控制系统，在当时是计算机控制系统的发展趋势。微控制器技术系统具有很多优点，如：控制功能更明确，组成更简单，可靠性更高；运行速度快；开发、维护、扩充方便等。AFS-1000控制系统，经过10余年的运行，已接近衰落期，但电厂出于资金原因和其他因素的限制，并不能马上更换AFS-1000控制系统。因此，需开发此系统信息处理。

AFS-1000信息处理系统的开发：

（1）硬件的组成：利用RS232接口，建立控制系统与信息处理系统的数据通道。其由通信部分的AFS-1000控制系统通过RS232接口，把历史数据送到打印机。信息的处理部分：带有PENTIUMⅢ中央处理器、20GB硬盘的PC机1部；EPSONLQ-1900打印机1部。

（2）软件部分：系统软件：Windows98操作系统、VisualFoxPro6.0数据库语言系统和ASMforWin汇编语言软件等。①信息处理软件：信息处理软件具有自动纠错、自动翻译英文信息、智能打印、历史信息数据库管理4大功能。②信息接收软件：其是汇编语言编写的程序。运行SETLOG.COM时，接收程序常存在于内存中。当系统产生了中断，程序会根据中断的类型，查找中断向量表，确定要执行哪一模块。③自动翻译英文信息模块：自动纠错模块会产生TEMPO.TXT文件，将它输入到数据库AFS.DBF中。自动翻译英文信息根据AFS.DBF记录，会在字典库查找与之对应的中文信息，最后把中英文信息写入AFA.DBF中。

（3）智能打印模块：当出现“汽轮机跳闸”、“锅炉燃料跳闸”等重要事件时，系统会把此事件发生前8个报警及后续报警及时打印出来。这时模块就可以提取重要的信息。

远程控制技术是指管理人员在异地通过计算机网络异地拨号或双方都接入Internet等手段，联通需被控制的计算机，并将被控计算机的桌面环境显示到自己的计算机上，通过本地计算机对远方计算机进行配置、软件安装程序、修改等工作。随着高科技的飞速发展，机电控制技术也面临着全新的改革。Internet网络在当今社会不仅仅是传播信息的重要渠道，也为应用技术提供了可靠的平台，实现了远程控制的作用。这也是机电控制系统向基于Internet的远程控制发展的趋势。随着远程控制的发展，控制方式技术有3种典型的远程控制方式：保持型、完成型以及人机交互型。

五、我国传感器技术发展的若干问题及发展方向

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。

5.1我国传感器与国外先进技术相比差距主要表现

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。

5.2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。

结束语

传感器技术在研究机电一体化的系统中，主要负责着整个系统的中的信息和能量的传递和转换如何更流畅的工作，使得各个机电一体化系统各个组成部分完美融洽的组合在一起，从而形成一个完整高效的管理系统。机电一体化的发展带动了整个传感器行业的飞速发展，它与机电一体化有着不可分割的联系，随着机电一体化系统在工厂运作发展中变得越发的重要，传感器研究也不断被提上日程，将其放到机电一体化系统发展的相同地位。从某个角度来说，机电一体系统的设计就是为了满足后期传感器在各个部分中的应用而设计。所以，传感器的优劣与否直接与整个机电一体化系统的运作、控制、性能有着巨大的影响，同时还对机电一体化系统运行过程种所采集的信息可靠性和采集信息的稳定性带来变化。所以说，不仅是机电一体化系统对于工厂发展有着巨大的贡献，传感器在整个系统中也有着至关重要的作用。

参考文献:

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