（南车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东，266300）
【摘 要】近年来，我国机械工程产业发展迅速，且为推动社会各个生产、生活领域的发展做出了巨大贡献。作为机械工程及自动化的重要组成部分，机电一体化系统的应用不仅关系着自动控制与自动调节的精度，而且对于整个机械工程产业的发展也具有重要作用。为了使机电一体化系统更好地服务于机械工程建设，本文引入传感器技术，通过对机电一体化与传感器技术的概念进行分析，并结合传感器技术在机电一体化系统中的作用，进而对机电一体化系统中传感器技术的应用展开了深入研究。
【关键词】传感器技术；机电一体化；机器人传感器；机械加工
前言：
作为机电一体化系统中的核心，传感器可以精准且快速地获取系统所需信息，并可以承受严酷的工程环境所带来的考验，是提高机电一体化系统工作效率的良好保障。若缺少传感器对系统状态与信息可靠性的检测，则机电一体化系统将无法实现其自身的处理信息与决策控制等方面功能。本文以霍尔速度传感器作为研究对象，通过对其在机电一体化系统中的作用进行阐述，在结合机电一体化与传感器技术概念的基础上，对霍尔速度传感器在机电一体化系统中的应用做出了系统分析。
1．机电一体化与传感器技术简述
机电一体化又称为机械电子工程，是将电子电工技术、机械技术以及信息技术、微电子技术、传感器技术和接口技术等多项技术进行有机结合，进而将机械装置与电子装置以相关软件进行融合所构成的系统的总称。传感器则是指能够感受到所规定的被测量，并以一定的规律将被测量转换成可用输出信号的装置或器件[1]。机电一体化系统中，传感器技术主要被用来检测系统自身与作业环境和操作对象的状态，从而为提高机电一体化系统的控制精度和效率提供可靠的信息，并保证机电一体化系统得以高水平运作。
2．传感器技术在机电一体化系统中的作用
传感器在机电一体化系统中相当于感觉器官，其主要功能和任务为从待测对象中获取能够反映其状态和特征的信号。传感器和测量电路共同构成机电一体化系统的测量模块，而传感器输入参数大都为确定机械结构性能的物理参数，如力矩、强度、位移以及压力和速度等。输出参数多为被测对象的特征参数，如频率、电流、相位和电压等[2]。对测量模块的任务进行分析可知，其主要任务就是如实反映出被测参数的时间变化曲线，相关的技术指标主要包括了线性范围、分辨率以及精度和动态响应等。
3．霍尔速度传感器在机电一体化系统中的应用
近年来，汽车智能化、电子化和轻量化的发展使得机电一体化系统在汽车制造与生产中的地位显著提升，而汽车对传感器的要求也成为了众多行业之最。就现阶段而言，汽车传感器的特点为：（1）适应性强。由于汽车的运行环境多变，当面对较为恶劣的环境时，传感器则以其良好的密封性、耐潮湿和抗腐蚀能力使汽车能够在恶劣的环境下正常运行；（2）抗干扰能力强。传感器大都被安装在发动机舱中，且除了需要能够承受发动机高压、高温等条件外，还需要具备良好的抗震性，从而平衡发动机处于工作状态时的所产生的强烈震动。作为作为常见和应用最为广泛的汽车传感器，曲轴位置传感器、冷却水温度传感器以及气敏传感器与压力传感器是汽车机电一体化系统的核心组成。在上述各个传感器互相写作的前提下，向汽车发动机的电子控制单元提供当前反应发电机工作状态的信息，以便电子控制单元对发动机的状态进行实时且精确的控制，从整体上提高发动机的动力性能并降低油耗，为汽车的安全、经济运行提供良好的内部保障。
3.1霍尔速度传感器简介
霍尔速度传感器是一种以霍尔效应为科学的依据的传感器，具有输出信号稳定、抗电磁干扰能力强以及对磁场敏感度定稿和频率响应高等特点。霍尔速度传感器结构较为简单，有特定磁极对数的永久性磁铁以及旋转机构和霍尔元件与I/O插件组成。就现阶段而言，霍尔技术传感器在机电一体化中的技术参数主要包括了输出信号的高电压与低电压、占空比、上升与下降时间以及周期和周期脉冲数等。由我国深圳金正方圆科技有限公司生产的LG18A3霍尔速度传感器具有如下特点：适用用于温度、压力、流量、湿度、液位等传感器或变送器及各类电压、电流输入信号，可对上述一系列参数进行巡回显示以及上、下限报警。
两种结构的霍尔速度传感器的工作原理为：当传感器的旋转机构在外力的驱动作用下发生旋转时，将带动其永久性磁铁一起旋转，而此时，穿过霍尔元件的磁场间发生周期性的变化，进而引起元件的输出电压产生变化；在后续电路处理的作用下而形成稳定的脉冲电压信号，并显示出当前设备的运行速度[4]。
3.3霍尔速度传感器在汽车中车速传感器的应用
对LG18A3霍尔速度传感器在汽车车速传感器中的应用进行如下分析：当汽车变速箱运转时，同其相耦合的轴也随之共同旋转，此外，在变速箱旋转过程中，与传感器轴共为一体的轴也不断旋转，从而促使霍尔元件的磁场产生了相应变化。由于磁场发生了变化，进而使得霍尔速度传感器发出了矩形波的脉冲信号，以此信号作为仪表以及电子控制单元的车速里程信号。需要说明的是，每转的脉冲数与霍尔传感器中磁铁的磁对极数相同。对车速传感器整体进行分析可知，由于其内部已集成有稳压器，因此，霍尔速度传感器的工作电压大都集中在4.5～24V之间，在传感器内部开关电路的作用下，感应物体的速度同其自身的输出幅度并无明显关联，因此，利用在车速传感器中引入此霍尔速度传感器具有并不会产生信号丢失的现象。
对上述LG18A3霍尔速度传感器的A、B型结构在车速传感器中的应用分析如下。在试装车过程中发现，A结构传感器的应用效果并不明显，具体表现为其外壳本体的上下部分的粘结性较差，容易分离。通过对A结构的传感器进行拆解并分析可知，在其构造无法满足FIAT标准外，其内部电路的设计也略显不足。针对此种情况，对A结构的霍尔速度传感器进行改造，进而得到B结构的霍尔速度传感器，B结构的LG18A3霍尔速度传感器内部具体构造如图1所示。由于两种类型的传感器具有相同的螺帽，因此，对A结构的霍尔传感器只针对转轴进行改动，从而适应汽车自身自动变速箱的要求。
图1 LG18A3霍尔速度传感器（1-霍尔元件，2-磁体，3轴承，4-轴，5螺帽）
结论：本文对机电一体化与传感器的概念进行说明，通过阐述传感器技术在机电系统中应用的必要性及其在系统中的作用，进而从机器人、机械加工以及汽车行业三个方面出发，对传感器技术在机电一体化系统中的应用做出了详细分析。可见，未来加强对机电一体化系统中传感器技术的研究力度，对于提高机电一体化系统的工作效率，并使其更好地服务于机械工程建设具有重要的历史作用和现实意义。
参考文献：
[1]陈明录.浅议机电一体化系统中智能控制的应用[J].科技与企业，2013，04（13）：73.
论文作者:刘华
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年7月供稿
论文发表时间:2015/11/10
标签：传感器论文; 霍尔论文; 机电一体化论文; 系统论文; 速度论文; 技术论文; 信号论文; 《工程建设标准化》2015年7月供稿论文;