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摘要：传感器技术是现代科学技术高速发展背景下的一种具有代表性的现代信息科技产品，目前已经在各行各业中得到了广泛的应用，为现代行业创新提供了可靠的技术支持。在机电一体化技术中，传感器是其主要技术，相当于机电一体化系统的感受器官，能够实现对信息的快速和精确的获取，同时还能够经受住严酷的考验，是机电一体化高水平的关键所在。基于此，本文对传感器技术在机电一体化中的相关应用进行了分析和探究，以期为机电技术中传感器技术的下一步优化发展提供一定的参考。
关键词：传感器；机电一体化；工业机器人；应用
传感器技术在机电技术中的应用对机电技术发展水平的提升和优化起到十分重要的作用。传感器技术是一项科技含量高、技术综合性能强的技术，在机电技术中的应用能够给快速、准确的获取相关信息，从而保机电技术的运行和发展。传感器技术在机电技术中的应用扩大了机电技术的应用范围，在便利人们生产和生活方面发挥了重要的作用。
1 传感器技术相关内容分析
1.1传感器概念
传感器（Transducer）是一种能按一定规律将各种被检测量或信息转换成便于处理的物理量的装置或器件。传感器是“能感受被测量，并按一定关系转换成相应输出量的装置”。传感器是将把各种非电量信息转换为电信号，传感器又称为一次仪表。传感器相当于人的五官部分，被称为电五官。传感器一般由敏感元件、转换元件和基本转换电路三部分组成。
敏感元件是一种能够将被测量转换成易于测量的物理量的预变换装置，其输入、输出间具有确定的数学关系（理想的关系—线性）。如称重传感器中的弹性元件，将力转换为弹性变形输出。转换元件将敏感元件输出的非电物理量转换成电信号（如电阻、电感、电容等）形式。基本转换电路将电信号量转换成便于测量的电量，如电压、电流、频率等。
1.2传感器技术分析
传感器技术与计算机技术以及通信技术构成了信息产业的三大支柱，在机电一体化中如果缺乏传感器技术就会导致机电一体化技术无法实现对系统状态和信息进行可靠和精确的自动检测，更无法实现对系统信息的处理和控制决策等功能。在机电一体化产品中，无论是机械电子化产品（如数控机床），还是机电相互融合的高级产品（如工业机器人），都离不开检测与传感器这个重要的环节。如果没有传感器对原始的各种参数进行精确而可靠的自动检测，那么信号转换、信息处理、正确显示、控制器的最佳控制等，都是无法进行和实现的。
例如在机电一体化中，监测技术的基础内件就是传感器，所以说，传感技术对于机电一体化系统的运行起到至关重要的作用。监测技术的主要功能就是对操作的对象进行监测，并且对系统运行的环境以及系统本身的状况进行监测，为确保系统的正常运行，监测技术能够为系统提供一些关键的信息。传感技术的发展关系到机电一体化系统的整体发展，随着科学技术的发展，各种电子产品逐渐产生，电子信息呈现爆炸式的状态，信息传播的速度也不断提升，传统的信息传播方式的传播速度已经赶不上时代发展的脚步，需要对传感技术和检测技术不断更新，才能够满足时代对信息传播发展的要求。
2 传感器技术在机电一体化中的应用
2.1 传感器在自动化机床的广泛应用
目前，工厂的产品加工已经慢慢朝着自动化的方向发展，那怎样做到对加工机床的准确控制呢?传感器的引进使准确的加工机床控制成为了可能。传感器通过计算机，来针对大量加工机床的加工工作进行控制。例如：传感器的检测控制在CNC机床加工中的运用，针对车削、铣削、磨削、钻削和刨削等金属切削加工工艺及电加工、激光加工等特种加工工艺的需求，开发有各种门类的数控加工机床。实现了自动化加工，提升了工作效率，减少了人力资源，提高了工作质量。
2.1.1 传感器在位置反馈系统中的应用
在机床x轴、y轴和z轴的闭环控制系统中，按传感器安装位置的不同有半闭环控制和全闭环控制，按反馈信号的检测和比较方式不同有脉冲比较伺服系统、相位比较伺服系统和幅值比较伺服系统。图1所示为半闭环脉冲比较伺服系统框图。它采用安装在传动丝杠一端的光电编码器产生位置反馈信号PF，与指令脉冲F比较，以取得位移的偏差信号e进行位置伺服控制。
图2 由测速发电机检测电动机转速进行速度反馈的伺服系统框图
2.2 传感器在汽车机电一体化中的应用
随着微电子技术和传感器技术的应用，汽车的机电一体化使汽车焕然一新。自动驾驶技术是主动式安全电子学（ASE）合乎逻辑的发展方向。在ASE中，通过传感器和算法来预测事故，并在车辆的物理和动力限制内主动避免事故。自主式车辆需要部署多个传感器和电子子系统，用来实现启动、驾驶、操纵、导航、刹车和停车等。汽车机电一体化的中心内容是以微机为中心的自动控制系统取代原有纯机械式控制部件，从而改善汽车的性能，增加汽车的功能，汽车降低油耗，减少排气污染，提高汽车行驶的安全性、可靠性、操作性和舒适性。如曲轴转动位置传感器一般安装在曲轴端部飞轮上或分电器内，由磁电型、磁阻型、霍尔效应型、威耿德磁线型或光电型信号发生器测定曲轴转动位置及转速。
2.3 传感器在工业机器人中的应用
在机器人的每个关节上各安装一种接触式或非接触式传感器及与其对应的死挡块。在接近极限位置时，传感器先产生限位停止信号，如果限位停止信号发出之后还未停止，由死挡块强制停止。当无法确定机器人某关节的零位时，可采用位移传感器的输出信号确定。机器人中使用速度传感器是为实现机器人各关节的速度闭环控制。在用直流、交流伺服电动机作为工业机器人驱动元件时，一般采用测速发电机作为速度的检测器。它与电动机同轴，电动机转速不同时，输出的电压值也不同，将其电压值输入到速度控制闭环反馈回路中，以提高电动机的动态性能。也可以用位移传感器代替速度传感器，此时必须对位移进行时间微分。如利用光电码盘代替速度传感器时，在单位时间内的脉冲数即为速度。利用频率电压转换器将光电码盘的脉冲频率转换成电压值，输入给伺服电动机的伺服系统中的速度反馈回路。
3 传感器的发展方向
作为机电技术的一个关键核心组成部分，传感器技术在水平会对机电技术系统的发展水平产生直接的影响。在未来，随着相关技术的不断发展，传感器技术在机电技术发展方向主要包括以下几个方面。
3.1 新型传感器的开发
鉴于传感器的工作机理是基于各种效应和定律，由此启发人们进一步发现新现象、采用新原理、开发新材料、采用新工艺，并以此研制出具有新原理的新型物性型传感器，这是发展高性能、多功能、低成本和小型化传感器的重要途径。
3.2 传感器的集成化和多功能化
集成化和多功能化的传感器，或是同一功能的多个敏感元件排列成线性、面型的阵列型传感器；或是多种不同功能的敏感元件集成一体，成为可同时进行多种参数测量的传感器；或是传感器与放大、运算、温度补偿等电路集成一体具有多种功能。
3.3 传感器的智能化
“电五官”与“电脑”的相结合，就是传感器的智能化。智能化传感器不仅具有信号检测、转换功能，同时还具有记忆、存储、解析、统计处理及自诊断、自校准、自适应等功能。如进一步将传感器与计算机的这些功能集成于同一芯片上，就成为智能传感器。
3.4 传感器的网络化
主要表现为两个方面：①为了解决现场总线的多样性问题，IEEE 1451.2工作组建立了智能传感器接口模块（STIM）标准。②以IEEE 802.15.4（Zigbee）为基础的无线传感器网络技术得以迅速发展。信息的其它短距离无线传输方式：数传模块，蓝牙。
4 结语
传感器技术在机电一体化的系统中，主要负责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。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。
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论文作者:莫金芳
论文发表刊物:《防护工程》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/11
标签：传感器论文; 技术论文; 机电一体化论文; 机电论文; 系统论文; 闭环论文; 速度论文; 《防护工程》2018年第30期论文;