傳感器是可以對規(guī)定范圍內(nèi)的信息進行感受、接收的器件和裝置, 它可以對機電一體化系統(tǒng)控制范圍內(nèi)操作環(huán)境、操作對象, 以及機電一體化系統(tǒng)本身進行檢測, 使系統(tǒng)有效運行。根據(jù)不同的規(guī)則, 傳感器可分為多種類型。根據(jù)能量轉(zhuǎn)換規(guī)則設(shè)計制造的傳感器有兩種———能量控制型傳感器和能量轉(zhuǎn)換型傳感器, 它們可以在脫離外加電源的情況下, 通過能量轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的物理效應(yīng)獲取信息;根據(jù)被測參量設(shè)計制造的傳感器有三種———物性參量、機械量參量、熱工參量;根據(jù)制作材料不同, 傳感器可分為包括晶體結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)在內(nèi)的多種類型;根據(jù)工作原理, 還可分為生物傳感器、物理傳感器、化學(xué)傳感器。傳感器在長期的發(fā)展過程中, 已形成了多個不同特性的種類, 適用于多種不同的環(huán)境, 用途也更為多樣, 因此可滿足不同機電一體化系統(tǒng)的要求, 只需結(jié)合使用要求合理選擇即可。
傳感器的研究現(xiàn)狀與發(fā)展。
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展, 傳感器的研發(fā)也隨著人類探知領(lǐng)域和空間的不斷拓展而變得更為先進, 無論是種類、速度, 還是在信息處理能力方面, 都得到了很大程度的強化, 在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來越廣。20世紀80年代是傳感器發(fā)展進入黃金期的重要時刻, 各國都投入了大量的人力、財務(wù)進行傳感器的研發(fā)生產(chǎn)工作, 并使其成為一個新興的獨立行業(yè), 在現(xiàn)代科技領(lǐng)域占據(jù)了重要地位。發(fā)展到現(xiàn)在, 傳感器的應(yīng)用已無處不在, 相關(guān)的技術(shù)也日益完善。業(yè)內(nèi)人士普遍看好傳感器行業(yè)的發(fā)展, 并將其列入國家重點開發(fā)的行業(yè)項目。
傳感器在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用。
傳感檢測技術(shù)在機械加工中的應(yīng)用。
機械加工對于各項工作的要求較高, 為使加工過程符合各項要求, 需要將相關(guān)檢測貫徹到加工的各個環(huán)節(jié)。在加工前, 需要對加工設(shè)備進行自動檢查, 保證設(shè)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, 并據(jù)此調(diào)整坯件的實際夾持位置, 同時還要確定坯件上床后的裝夾變形及夾緊力等各項參數(shù);加工完成后, 需要對工件的形狀、尺寸、位置公差等各項數(shù)據(jù)進行測量, 確保工件的質(zhì)量達到設(shè)計制造要求。這些檢測項目需要在加工過程中完成, 并形成檢測數(shù)據(jù), 為下一道工序的開展打下基礎(chǔ)。在精密產(chǎn)品的生產(chǎn)加工過程中, 為確保產(chǎn)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(diào)整, 使加工條件始終處于最佳狀態(tài)。在機械加工中, 傳感檢測技術(shù)的運用可以使切削的過程得到優(yōu)化, 通過傳感技術(shù)使切削的力度、角度、切削接觸面和切削狀態(tài)、電機功率等數(shù)據(jù)進行科學(xué)控制, 減少材料的切除率, 從而使生產(chǎn)成本得到更好的控制。在機床加工中, 傳感器可以保證加工過程的動態(tài)穩(wěn)定性, 并通過控制床身有關(guān)部位的振動、阻抗參數(shù)等數(shù)據(jù), 使機床加工的薄弱環(huán)節(jié)得以加強, 從而提升加工精度。目前, 我國在機械加工中采用的傳感器主要為應(yīng)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(shè)計制定切削數(shù)據(jù)等方面發(fā)揮了重要作用。
傳感器技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用。
在汽車的生產(chǎn)制造中, 傳感器的應(yīng)用范圍非常廣泛。隨著汽車行業(yè)的不斷開發(fā), 汽車產(chǎn)品已開始朝向小型化、電子化、輕型化、智能化方在發(fā)展, 使得相關(guān)產(chǎn)品的制造對傳感器的需求也逐漸提升。在汽車生產(chǎn)過程中, 電子控制系統(tǒng)包括自動變速器、汽車制動防抱死系統(tǒng)、驅(qū)動防滑系統(tǒng)等的裝置, 都需要利用到傳感器技術(shù)才能完成。隨著車用電子裝置的不斷增多, 汽車機電一體化系統(tǒng)已開始取代純機械式控制系統(tǒng), 在汽車全身得已全面采用, 包括發(fā)動機控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)、車身控制和導(dǎo)航系統(tǒng)在內(nèi)的車用控制系統(tǒng)都開始采用傳感器技術(shù)完成系統(tǒng)的功能發(fā)揮, 使汽車系統(tǒng)的應(yīng)用實現(xiàn)了更高的可靠性、功能性。
汽車傳感器具有適應(yīng)性強、抗干擾能力強、穩(wěn)定性和可靠性高、價格低廉等特點。它們可以在各種惡劣環(huán)境中如風(fēng)雨交加、道路崎嶇等環(huán)境中使用, 同時保證較好的密封性、耐潮濕和抗腐蝕性, 可以適應(yīng)高溫、高壓的汽車發(fā)動機艙內(nèi)部環(huán)境, 同時還能抵抗發(fā)動機工作時產(chǎn)生的強烈震動和電磁波。另外, 隨著汽車運行速度的不斷提升, 對于各個零部件的要求也越來越高, 車用機電一體化系統(tǒng)中的傳感器也需要具有更高的穩(wěn)定性和可靠性。由于汽車的生產(chǎn)量不斷擴大, 傳感器也應(yīng)具備大批量生產(chǎn)的能力, 這就要求傳感器的生產(chǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)自動化, 并有效控制生產(chǎn)成本。
目前, 在汽車的重點控制系統(tǒng)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(fā)動機控制系統(tǒng)為例, 該系統(tǒng)中的傳感器作為整個汽車傳感器的核心, 包括了溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)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運行狀況信息進行收集, 并精確控制發(fā)動機的工作狀況, 使其增加動力、減少油耗, 并實現(xiàn)故障檢測。由于汽車發(fā)動機所處的工作環(huán)境較為惡劣, 需要應(yīng)對高溫、潮濕、振動、沖擊、蒸汽、鹽霧、腐蝕、油泥污染等情況, 因此用于汽車系統(tǒng)的傳感器在技術(shù)指標、測量精度及可靠性上明顯高于一般的工業(yè)用產(chǎn)品, 否則難以達到保證發(fā)動機正常工作的目的。
在汽車機電一體化系統(tǒng)中, 傳感器除了應(yīng)用于發(fā)動機系統(tǒng), 在汽車的安全管理系統(tǒng)中的應(yīng)用也非常重要。目前, 汽車安全管理系統(tǒng)主要采用的是控制汽車側(cè)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(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn), 在檢測側(cè)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(tǒng)中的普及率也更高。
傳感器在數(shù)控機床上的應(yīng)用。
采用數(shù)字信號控制加工過程的數(shù)控機床, 利用傳感器可實現(xiàn)對機床刀具與工件之間相對運動的數(shù)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(shù)控機床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(yīng)同步器、紅外傳感等, 這些傳感器使數(shù)控機床可以實現(xiàn)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(shù)據(jù)的有效控制。以壓力傳感器為例, 當機床進行工件加工時, 該傳感器可檢測機床施加于工件的夾緊力, 當夾緊力低于設(shè)定值導(dǎo)致工件松動時, 傳感器可以發(fā)出報警, 并停止加工過程, 待相關(guān)參數(shù)達到設(shè)定標準后繼續(xù)工作。不僅如此, 壓力傳感器還可以檢測機床切削力的變化, 并對機床的潤滑、液壓、氣壓系統(tǒng)的油路或氣路壓力進行檢測, 如這些數(shù)據(jù)不在設(shè)定值內(nèi), 傳感器就會對控制系統(tǒng)發(fā)出故障信號。傳感器在數(shù)控機床機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)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為高效。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展, 傳感器的應(yīng)用也會隨之提升。
