摘要：文章概述傳感器研究現狀與發(fā)展，探討傳感器在機電一體化系統中的應用，并分析我國傳感器技術(shù)發(fā)展的若干問(wèn)題及發(fā)展方向。

　　關(guān)鍵詞：傳感器技術(shù)；機電一體化；應用

　　在機電一體化系統中，傳感器處系統之首，其作用相當于系統感受器官，能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受?chē)揽岘h(huán)境考驗，是機電一體化系統達到高水平的保證。如缺少這些傳感器對系統狀態(tài)和對信息精確而可靠的自動(dòng)檢測，系統的信息處理、控制決策等功能就無(wú)法談及和實(shí)現。

　　一、傳感器的研究現狀與發(fā)展

　　傳感器是能感受規定的被測量并按一定規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置，主要用于檢測機電一體化系統自身與操作對象、作業(yè)環(huán)境狀態(tài)，為有效控制機電一體化系統的運作提供必須的相關(guān)信息。隨著(zhù)人類(lèi)探知領(lǐng)域和空間的拓展，電子信息種類(lèi)日益繁多，信息傳遞速度日益加快，信息處理能力日益增強，相應的信息采集——傳感技術(shù)也將日益發(fā)展，傳感器也將無(wú)所不在。

　　從20世紀80年代起，逐步在世界范圍內掀起一股“傳感器熱”，各先進(jìn)工業(yè)國都極為重視傳感技術(shù)和傳感器研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。傳感技術(shù)已成為重要的現代科技領(lǐng)域，傳感器及其系統生產(chǎn)已成為重要的新興行業(yè)。

　　二、傳感器在機電一體化系統中的應用

　　傳感器是左右機電一體化系統（或產(chǎn)品）發(fā)展的重要技術(shù)之一，廣泛應用于各種自動(dòng)化產(chǎn)品之中：

　　1.機器人用傳感器。工業(yè)機器人之所以能夠準確操作，是因為它能夠通過(guò)各種傳感器來(lái)準確感知自身、操作對象及作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)，包括：其自身狀態(tài)信息的獲取通過(guò)內部傳感器（位置、位移、速度、加速度等）來(lái)完成，操作對象與外部環(huán)境的感知通過(guò)外部傳感器來(lái)實(shí)現，這個(gè)過(guò)程非常重要，足以為機器人控制提供反饋信息。

　　2.機械加工過(guò)程的傳感檢測技術(shù)。

　�。�1）切削過(guò)程和機床運行過(guò)程的傳感技術(shù)。切削過(guò)程傳感檢測的目的在于優(yōu)化切削過(guò)程的生產(chǎn)率、制造成本或（金屬）材料的切除率等。切削過(guò)程傳感檢測的目標有切削過(guò)程的切削力及其變化、切削過(guò)程顫震、刀具與工件的接觸和切削時(shí)切屑的狀態(tài)及切削過(guò)程辨識等，而最重要的傳感參數有切削力、切削過(guò)程振動(dòng)、切削過(guò)程聲發(fā)射、切削過(guò)程電機的功率等。對于機床的運行來(lái)講，主要的傳感檢測目標有驅動(dòng)系統、軸承與回轉系統、溫度的監測與控制及安全性等，其傳感參數有機床的故障停機時(shí)間、被加工件的表面粗糙度和加工精度、功率、機床狀態(tài)與冷卻潤滑液的流量等。

　�。�2）工件的過(guò)程傳感。與刀具和機床的過(guò)程監視技術(shù)相比，工件的過(guò)程監視是研究和應用最早、最多的。它們多數以工件加工質(zhì)量控制為目標。20世紀80年代以來(lái)，工件識別和工件安裝位姿監視要求也提到日程上來(lái)。粗略地講，工序識別是為辨識所執行的加工工序是否是工（零）件加工要求的工序；工件識別是辨識送入機床待加工的工件或者毛坯是否是要求加工的工件或毛坯，同時(shí)還要求辨識工件安裝的位姿是否是工藝規程要求的位姿。此外，還可以利用工件識別和工件安裝監視傳感待加工毛坯或工件的加工裕量和表面缺陷。完成這些識別與監視將采用或開(kāi)發(fā)許多傳感器，如基于TV或CCD的機器視覺(jué)傳感器、激光表面粗糙度傳感系統等。

　�。�3）刀具（砂輪的檢測傳感。切削與磨削過(guò)程是重要的材料切除過(guò)程。刀具與砂輪磨損到一定限度（按磨鈍標準判定）或出現破損（破損、崩刃、燒傷、塑變或卷刀的總稱(chēng)），使它們失去切（磨削能力或無(wú)法保證加工精度和加工表面完整性時(shí)，稱(chēng)為刀具/砂輪失效。工業(yè)統計證明，刀具失效是引起機床故障停機的首要因素，由其引起的停機時(shí)間占NC類(lèi)機床的總停機時(shí)間的1/5-1/3.此外，它還可能引發(fā)設備或人身安全事故，甚至是重大事故。

　　3.汽車(chē)自動(dòng)控制系統中的傳感技術(shù)。隨著(zhù)傳感器技術(shù)和其它新技術(shù)的應用，現代化汽車(chē)工業(yè)進(jìn)入了全新時(shí)期。汽車(chē)的機電一體化要求用自動(dòng)控制系統取代純機械式控制部件，這不僅體現在發(fā)動(dòng)機上，為更全面地改善汽車(chē)性能，增加人性化服務(wù)功能，降低油耗，減少排氣污染，提高行駛安全性、可靠性、操作方便和舒適性，先進(jìn)的檢測和控制技術(shù)已擴大到汽車(chē)全身。在其所有重點(diǎn)控制系統中，必不可少地使用曲軸位置傳感器、吸氣及冷卻水溫度傳感器、壓力傳感器、氣敏傳感器等各種傳感器。

　　三、我國傳感器技術(shù)發(fā)展的若干問(wèn)題及發(fā)展方向

　　傳感器技術(shù)是實(shí)現自動(dòng)控制、自動(dòng)調節的關(guān)鍵環(huán)節，也是機電一體化系統不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)之一，其水平高低在很大程度上影響和決定著(zhù)系統的功能；其水平越高，系統的自動(dòng)化程度就越高。在一套完整的機電一體化系統中，如果不能利用傳感檢測技術(shù)對被控對象的各項參數進(jìn)行及時(shí)準確地檢測出并轉換成易于傳送和處理的信號，我們所需要的用于系

　　統控制的信息就無(wú)法獲得，進(jìn)而使整個(gè)系統就無(wú)法正常有效的工作。

　　我國傳感器的研究主要集中在專(zhuān)業(yè)研究所和大學(xué)，始于20世紀80年代，與國外先進(jìn)技術(shù)相比，我們還有較大差距，主要表現在：

　�。�1）先進(jìn)的計算、模擬和設計方法；

　�。�2）先進(jìn)的微機械加工技術(shù)與設備；

　�。�3）先進(jìn)的封裝技術(shù)與設備；

　�。�4）可靠性技術(shù)研究等方面。因此，必須加強技術(shù)研究和引進(jìn)先進(jìn)設備，以提高整體水平。傳感器技術(shù)今后的發(fā)展方向可有幾方面：

　　1.加速開(kāi)發(fā)新型敏感材料：通過(guò)微電子、光電子、生物化學(xué)、信息處理等各種學(xué)科，各種新技術(shù)的互相滲透和綜合利用，可望研制出一批基于新型敏感材料的先進(jìn)傳感器。

　　2.向高精度發(fā)展：研制出靈敏度高、精確度高、響應速度快、互換性好的新型傳感器以確保生產(chǎn)自動(dòng)化的可靠性。

　　3.向微型化發(fā)展：通過(guò)發(fā)展新的材料及加工技術(shù)實(shí)現傳感器微型化將是近十年研究的熱點(diǎn)。

　　4.向微功耗及無(wú)源化發(fā)展：傳感器一般都是非電量向電量的轉化，工作時(shí)離不開(kāi)電源，開(kāi)發(fā)微功耗的傳感器及無(wú)源傳感器是必然的發(fā)展方向。

　　5.向智能化數字化發(fā)展：隨著(zhù)現代化的發(fā)展，傳感器的功能已突破傳統的功能，其輸出不再是一個(gè)單一的模擬信號（如0-10mV），而是經(jīng)過(guò)微電腦處理好后的數字信號，有點(diǎn)甚至帶有控制功能，即智能傳感器。

　　參考文獻：

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