传感器是可以对规定范围内的信息进行感受、接收的器件和装置, 它可以对机电一体化系统控制范围内操作环境、操作对象, 以及机电一体化系统本身进行检测, 使系统有效运行。根据不同的规则, 传感器可分为多种类型。根据能量转换规则设计制造的传感器有两种———能量控制型传感器和能量转换型传感器, 它们可以在脱离外加电源的情况下, 通过能量转化产生的物理效应获取信息;根据被测参量设计制造的传感器有三种———物性参量、机械量参量、热工参量;根据制作材料不同, 传感器可分为包括晶体结构、物理性质在内的多种类型;根据工作原理, 还可分为生物传感器、物理传感器、化学传感器。传感器在长期的发展过程中, 已形成了多个不同特性的种类, 适用于多种不同的环境, 用途也更为多样, 因此可满足不同机电一体化系统的要求, 只需结合使用要求合理选择即可。
传感器的研究现状与发展。
随着科学技术的不断发展, 传感器的研发也随着人类探知领域和空间的不断拓展而变得更为先进, 无论是种类、速度, 还是在信息处理能力方面, 都得到了很大程度的强化, 在机电一体化系统中的应用也越来越广。20世纪80年代是传感器发展进入黄金期的重要时刻, 各国都投入了大量的人力、财务进行传感器的研发生产工作, 并使其成为一个新兴的独立行业, 在现代科技领域占据了重要地位。发展到现在, 传感器的应用已无处不在, 相关的技术也日益完善。业内人士普遍看好传感器行业的发展, 并将其列入国家重点开发的行业项目。
传感器在机电一体化系统中的应用。
传感检测技术在机械加工中的应用。
机械加工对于各项工作的要求较高, 为使加工过程符合各项要求, 需要将相关检测贯彻到加工的各个环节。在加工前, 需要对加工设备进行自动检查, 保证设备在可以满足加工的各项操作条件, 如对坯件的夹持方位进行自动判断, 并据此调整坯件的实际夹持位置, 同时还要确定坯件上床后的装夹变形及夹紧力等各项参数;加工完成后, 需要对工件的形状、尺寸、位置公差等各项数据进行测量, 确保工件的质量达到设计制造要求。这些检测项目需要在加工过程中完成, 并形成检测数据, 为下一道工序的开展打下基础。在精密产品的生产加工过程中, 为确保产品的合格率, 需要对加工条件进行严格要求, 对加工过程中的速度、温度、压力、振动、切削扭矩等进行自动检测和调整, 使加工条件始终处于最佳状态。在机械加工中, 传感检测技术的运用可以使切削的过程得到优化, 通过传感技术使切削的力度、角度、切削接触面和切削状态、电机功率等数据进行科学控制, 减少材料的切除率, 从而使生产成本得到更好的控制。在机床加工中, 传感器可以保证加工过程的动态稳定性, 并通过控制床身有关部位的振动、阻抗参数等数据, 使机床加工的薄弱环节得以加强, 从而提升加工精度。目前, 我国在机械加工中采用的传感器主要为应变式和压电式三向切削力传感器, 在保证机械加工过程中对金属切削原理进行研究分析、设计制定切削数据等方面发挥了重要作用。
传感器技术在汽车行业的应用。
在汽车的生产制造中, 传感器的应用范围非常广泛。随着汽车行业的不断开发, 汽车产品已开始朝向小型化、电子化、轻型化、智能化方在发展, 使得相关产品的制造对传感器的需求也逐渐提升。在汽车生产过程中, 电子控制系统包括自动变速器、汽车制动防抱死系统、驱动防滑系统等的装置, 都需要利用到传感器技术才能完成。随着车用电子装置的不断增多, 汽车机电一体化系统已开始取代纯机械式控制系统, 在汽车全身得已全面采用, 包括发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制和导航系统在内的车用控制系统都开始采用传感器技术完成系统的功能发挥, 使汽车系统的应用实现了更高的可靠性、功能性。
汽车传感器具有适应性强、抗干扰能力强、稳定性和可靠性高、价格低廉等特点。它们可以在各种恶劣环境中如风雨交加、道路崎岖等环境中使用, 同时保证较好的密封性、耐潮湿和抗腐蚀性, 可以适应高温、高压的汽车发动机舱内部环境, 同时还能抵抗发动机工作时产生的强烈震动和电磁波。另外, 随着汽车运行速度的不断提升, 对于各个零部件的要求也越来越高, 车用机电一体化系统中的传感器也需要具有更高的稳定性和可靠性。由于汽车的生产量不断扩大, 传感器也应具备大批量生产的能力, 这就要求传感器的生产能够实现自动化, 并有效控制生产成本。
目前, 在汽车的重点控制系统中, 包括曲轴位置传感器、吸气及冷却水温度传感器、压力传感器、气敏传感器等传感器都是不可替代的。以发动机控制系统为例, 该系统中的传感器作为整个汽车传感器的核心, 包括了温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度、爆震等多种类型的传感器。这些传感器可以对汽车的整体运行状况信息进行收集, 并精确控制发动机的工作状况, 使其增加动力、减少油耗, 并实现故障检测。由于汽车发动机所处的工作环境较为恶劣, 需要应对高温、潮湿、振动、冲击、蒸汽、盐雾、腐蚀、油泥污染等情况, 因此用于汽车系统的传感器在技术指标、测量精度及可靠性上明显高于一般的工业用产品, 否则难以达到保证发动机正常工作的目的。
在汽车机电一体化系统中, 传感器除了应用于发动机系统, 在汽车的安全管理系统中的应用也非常重要。目前, 汽车安全管理系统主要采用的是控制汽车侧边气囊的加速度传感器和压力传感器两种传感器类型。根据相关数据的统计发现, 在检测侧边撞击的速度方面, 压力传感器比加速度传感器快3倍, 误差概率也更小, 在汽车安全管理系统中的普及率也更高。
传感器在数控机床上的应用。
采用数字信号控制加工过程的数控机床, 利用传感器可实现对机床刀具与工件之间相对运动的数字化控制, 从而使工件加工的尺寸、精度等各项指标满足零件加工要求。在数控机床上的常见的传感器有光电编码器、温度传感器、电流传感器、电压传感器、感应同步器、红外传感等, 这些传感器使数控机床可以实现对工件检测位置、直线位移和角位移, 以及加工速度、压力、温度等各项数据的有效控制。以压力传感器为例, 当机床进行工件加工时, 该传感器可检测机床施加于工件的夹紧力, 当夹紧力低于设定值导致工件松动时, 传感器可以发出报警, 并停止加工过程, 待相关参数达到设定标准后继续工作。不仅如此, 压力传感器还可以检测机床切削力的变化, 并对机床的润滑、液压、气压系统的油路或气路压力进行检测, 如这些数据不在设定值内, 传感器就会对控制系统发出故障信号。传感器在数控机床机电一体化系统中的应用, 有效解决了人工检测效率低下的问题, 使故障的检出的排除更为高效。随着数控技术的发展, 传感器的应用也会随之提升。
