传感器在机电一体化系统中的应用

摘 要：机电一体化系统是指由机械技术、微电子技术以及信息技术等多学科紧密结合设计出来的产品或制造系统.它使传统的机械电路产品,在功能,性能以及制造水平上,都上升到一个新的起点,所带来的经济效益与社会效益是十分巨大的.传感检测部分作为机电一体化系统不可缺少的关键技术之一,在机电一体化系统中应用非常广泛.

关 键 词：传感器机电一体化系统发展趋势

中图分类号：TH-39文献标识码：A文章编号：1674-098X（2013）02（a）-0048-01

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.因此传感器是一种获得信息的手段,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.随着现代技术的不断发展,作为信息采集系统的前端单元,传感器的作用越来越重要.传感器已成为机电一体化系统中的关键部件,作为系统中的一个结构组成,其重要性变得越来越明显.

1传感器在机电一体化系统中的地位

一个典型的机电一体化系统一般由机械本体部分、传感检测部分、控制与信息处理部分、驱动部分、执行部分和接口等部分组成.传感检测部分作为机电一体化系统不可缺少的关键技术之一,在机电一体化系统中处于核心地位,其功能是对系统运行中所需的自身和外界环境参数及状态进行检测,将其变换成系统可识别的电信号,传递给信息处理单元.如果把机电一体化系统中的机械系统看做是人的手足,信息处理系统看做是人的大脑,则检测系统好比是人的“感觉器官”.传感检测技术是实现自动控制、自动调节的关键环节,也是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,系统的自动化程序就越高.

2传感器在机电一体化系统中的应用

传感器技术的发展关系到机电一体化系统（或产品）的发展.一个新型核能发电厂就需要数台计算机来快速地测量锅炉、汽轮机、发电机上许多重要部位的温度、压力、流量、转速、振动、位移、应力、燃烧状况等热工、机械参数,还必须测量发电机的电压、电流、功率、功率因数以及各种辅机的运行状态.然后进行综合处理,将被监测的重要参数进行模拟或数字显示,自动调整运行工况,对某些超限参数进行声光报警或采取相应的处理措施.在上述这个系统中,需要数百个不同的传感器将各种不同的机械、热工量转换成相应的电量,供计算机采样.

2.1传感器在数控机床中的应用

数控机床是典型的机电一体化产品,它是机、电、液、气和光等多学科的综合性组合.技术范围覆盖了机械制造、自动控制、伺服驱动、传感器及信息处理等领域.传感器在数控机床中占据重要的地位,它监视和测量着数控机床的每一步工作过程.数控机床很重要的一个指标就是进给运动的位置定位误差和重复定位误差,要提高位置控制精度就必须采用高精度的位置检测装置.数控机床中的角编码器多采用光电编码器,一般位置测量选用增量式,重要的测量选用绝对式.光电编码器作为数控机床的位置检测装置,它的分辨力决定了工作台实际位移值的精度,从而影响到数控机床位置控制的精度.同时,与伺服电动机同轴联接的光电编码器一方面用于测量丝杠的角位移；另一方面也可用于数字测速,产生速度反馈信号.另外,数控机床中,应用多种温度传感器监测一些轴温、压力油温、润滑油温、冷却空气温度、各个电动机绕组温度等.数控机床加工前,自动将毛坯送到主轴卡盘中并夹紧,夹紧力由压力传感器检测,当夹紧力小于设定值时,将导致工件松动,这时控制系统将发出报警信号,停止走刀.在润滑、液压、气动等系统中,均安装有压力传感器、液位传感器、流量传感器,对这些辅助系统随时进行监控,保证数控机床的正常运行.

2.2传感器在汽车中的应用

汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源,是汽车电子控制系统的关键部件,也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一.目前,一辆普通家用轿车上大约安装几十到近百只传感器,而豪华轿车上的传感器数量可多达二百余只.汽车传感器在汽车上主要用于发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统和导航系统中.发动机控制系统用传感器是整个汽车传感器的核心,种类很多,包括温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、流量传感器、气体浓度传感器和爆震传感器等.这些传感器向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息,供ECU对发动机工作状况进行精确控制,以提高发动机的动力性、降低油耗、减少废气排放和进行故障检测.由于发动机工作在高温、振动（加速度30g）、冲击（加速度50g）、潮湿以及蒸汽、盐雾、腐蚀和油泥污染的恶劣环境中,因此发动机控制系统用传感器耐恶劣环境的技术指标要比一般工业用传感器高1-2个数量级,其中最关键的是测量精度和可靠性.否则,由传感器带来的测量误差将最终导致发动机控制系统难以正常工作或产生故障.

2.3传感器在变量喷药系统中的应用

在农业方面,近年来发达国家（如美国、英国）都投入大量资金进行现代农业技术的开发,先后开发出精确变量播种机、精确变量施肥机以及精确变量喷药机等.它们都是与机器人极为相似的自动化系统,是高新技术在农业中的应用.视觉传感变量喷药系统,是以较少药剂而有效控制杂草、提高产量、降低成本的一种自动化药物喷撤机械.近年来,随着杂草识别的视觉感知技术与变量喷药控制等技术的成熟,这种视觉传感式变量喷药机械也趋于成熟.

3传感器技术的发展趋势

检测技术虽然已经得到广泛的应用,但是随着现代科学技术的发展,对它提出了愈来愈高的要求,因此得到了迅速的发展.当前除了不断提高性能、可靠性外,总的趋向是小型化、智能化、图像化、无接触化、多功能化.随着机电一体化技术的发展,传感器技术发展也日趋成熟,传感器技术作为机电一体化系统的核心技术,它的快速发展也必将促进机电一体化的发展.