傳感器是可以對規(guī)定范圍內的信息進行感受、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。根據不同的規(guī)則, 傳感器可分為多種類型。根據能量轉換規(guī)則設計制造的傳感器有兩種———能量控制型傳感器和能量轉換型傳感器, 它們可以在脫離外加電源的情況下, 通過能量轉化產生的物理效應獲取信息;根據被測參量設計制造的傳感器有三種———物性參量、機械量參量、熱工參量;根據制作材料不同, 傳感器可分為包括晶體結構、物理性質在內的多種類型;根據工作原理, 還可分為生物傳感器、物理傳感器、化學傳感器。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, 只需結合使用要求合理選擇即可。
傳感器的研究現狀與發(fā)展。
隨著科學技術的不斷發(fā)展, 傳感器的研發(fā)也隨著人類探知領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、財務進行傳感器的研發(fā)生產工作, 并使其成為一個新興的獨立行業(yè), 在現代科技領域占據了重要地位。發(fā)展到現在, 傳感器的應用已無處不在, 相關的技術也日益完善。業(yè)內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)中的應用。
傳感檢測技術在機械加工中的應用。
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, 需要將相關檢測貫徹到加工的各個環(huán)節(jié)。在加工前, 需要對加工設備進行自動檢查, 保證設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, 并據此調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;加工完成后, 需要對工件的形狀、尺寸、位置公差等各項數據進行測量, 確保工件的質量達到設計制造要求。這些檢測項目需要在加工過程中完成, 并形成檢測數據, 為下一道工序的開展打下基礎。在精密產品的生產加工過程中, 為確保產品的合格率, 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, 傳感檢測技術的運用可以使切削的過程得到優(yōu)化, 通過傳感技術使切削的力度、角度、切削接觸面和切削狀態(tài)、電機功率等數據進行科學控制, 減少材料的切除率, 從而使生產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部位的振動、阻抗參數等數據, 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、設計制定切削數據等方面發(fā)揮了重要作用。
傳感器技術在汽車行業(yè)的應用。
在汽車的生產制造中, 傳感器的應用范圍非常廣泛。隨著汽車行業(yè)的不斷開發(fā), 汽車產品已開始朝向小型化、電子化、輕型化、智能化方在發(fā)展, 使得相關產品的制造對傳感器的需求也逐漸提升。在汽車生產過程中, 電子控制系統(tǒng)包括自動變速器、汽車制動防抱死系統(tǒng)、驅動防滑系統(tǒng)等的裝置, 都需要利用到傳感器技術才能完成。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)、車身控制和導航系統(tǒng)在內的車用控制系統(tǒng)都開始采用傳感器技術完成系統(tǒng)的功能發(fā)揮, 使汽車系統(tǒng)的應用實現了更高的可靠性、功能性。
汽車傳感器具有適應性強、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, 可以適應高溫、高壓的汽車發(fā)動機艙內部環(huán)境, 同時還能抵抗發(fā)動機工作時產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。由于汽車的生產量不斷擴大, 傳感器也應具備大批量生產的能力, 這就要求傳感器的生產能夠實現自動化, 并有效控制生產成本。
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)的傳感器在技術指標、測量精度及可靠性上明顯高于一般的工業(yè)用產品, 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, 傳感器除了應用于發(fā)動機系統(tǒng), 在汽車的安全管理系統(tǒng)中的應用也非常重要。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。根據相關數據的統(tǒng)計發(fā)現, 在檢測側邊撞擊的速度方面, 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。
傳感器在數控機床上的應用。
采用數字信號控制加工過程的數控機床, 利用傳感器可實現對機床刀具與工件之間相對運動的數字化控制, 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、感應同步器、紅外傳感等, 這些傳感器使數控機床可以實現對工件檢測位置、直線位移和角位移, 以及加工速度、壓力、溫度等各項數據的有效控制。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, 當夾緊力低于設定值導致工件松動時, 傳感器可以發(fā)出報警, 并停止加工過程, 待相關參數達到設定標準后繼續(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, 如這些數據不在設定值內, 傳感器就會對控制系統(tǒng)發(fā)出故障信號。傳感器在數控機床機電一體化系統(tǒng)中的應用, 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。隨著數控技術的發(fā)展, 傳感器的應用也會隨之提升。
