隨著汽車智能化、電子化、小型化和輕型化，汽車對(duì)傳感器的需求已經(jīng)成為眾多行業(yè)中之最，下面是小編搜集整理的一篇機(jī)電工程師論文:探究機(jī)電一體化系統(tǒng)傳感器技術(shù)的論文范文，供大家閱讀參考。

 

　　【摘 要】隨著人類探知領(lǐng)域和空間的拓展，電子信息種類日益繁多，信息傳遞速度日益加快，信息處理能力日益增強(qiáng)，相應(yīng)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。

 

　　【關(guān)鍵詞】傳感器技術(shù);機(jī)電一體化;應(yīng)用

 

　　一、前言

 

　　傳感器相當(dāng)于人的感覺(jué)器官，是一種能把被測(cè)的非電量轉(zhuǎn)換為各種易于測(cè)量的電信號(hào)的部件。國(guó)際電工委員會(huì)的定義為：“傳感器是測(cè)量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測(cè)量的信號(hào)”。隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展，作為信息采集系統(tǒng)的前端單元，傳感器的作用越來(lái)越重要。傳感器已成為自動(dòng)化系統(tǒng)和機(jī)器人技術(shù)中的關(guān)鍵部件，作為系統(tǒng)中的一個(gè)結(jié)構(gòu)組成，其重要性變得越來(lái)越明顯。

 

　　二、傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用

 

　　(一)機(jī)械加工過(guò)程的傳感檢測(cè)技術(shù)

 

　　在機(jī)械加工過(guò)程中，需要檢測(cè)的地方很多。加工前，最好對(duì)坯件和所用的加工設(shè)備進(jìn)行各種自動(dòng)檢查，以保證加工過(guò)程能夠正常地開始，如自動(dòng)判斷和調(diào)整坯件的夾持方位，確定上床后裝夾的變形情況和夾緊力的大小;加工完畢后對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量，以便確定產(chǎn)品合格與否，如對(duì)工件的尺寸、粗糙度、形狀和位置公差(圓度、錐度、平面度、同軸度等)的測(cè)量。對(duì)諸如齒輪和螺紋等工件，還要檢測(cè)其齒距、螺距、節(jié)距半徑、導(dǎo)程等。這些檢測(cè)最好能自動(dòng)地進(jìn)行，并將檢測(cè)結(jié)果輸入下道工序，作為選用的條件;在加工過(guò)程中為了保證精密產(chǎn)品的合格率，對(duì)加工條件也有嚴(yán)格的要求，因而加工過(guò)程中對(duì)諸如切削速度、切削力、切削扭距、進(jìn)給速度、溫度、壓力和振動(dòng)等參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)調(diào)整，以期達(dá)到加工條件處于最佳狀態(tài)。又如切削過(guò)程的傳感檢測(cè)技術(shù)。切削過(guò)程傳感檢測(cè)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)程傳感器檢測(cè)的目標(biāo)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(shí)等，而最重要的傳感參數(shù)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(jī)的功率等。在研究機(jī)床加工(切削)情況下的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性、自激現(xiàn)象和加工精度等問(wèn)題時(shí)，需要用壓電式加速度計(jì)、力傳感器等儀器測(cè)量刀架、床身等有關(guān)部位的振動(dòng)、機(jī)械阻抗等參數(shù)，檢驗(yàn)機(jī)床的動(dòng)態(tài)特性，找出提高精度的薄弱環(huán)節(jié)。通過(guò)對(duì)切削力的測(cè)量，可以研究金屬的切削原理，為機(jī)床和夾具的設(shè)計(jì)和制定切削用量提供必要的切削力數(shù)據(jù)，也是評(píng)價(jià)刀架結(jié)構(gòu)和材料的重要依據(jù)。目前我國(guó)多采用應(yīng)變式和壓電式三向切削力傳感器進(jìn)行測(cè)量。

 

　　(二)傳感器技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用

 

　　近年來(lái)，隨著汽車智能化、電子化、小型化和輕型化，汽車對(duì)傳感器的需求已經(jīng)成為眾多行業(yè)中之最。現(xiàn)代汽車凡是采用電子控制的系統(tǒng)或裝置，都離不開傳感器，如自動(dòng)變速器、汽車制動(dòng)防抱死系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)等。尤其是近幾年，車用電子裝置越來(lái)越多，如安全報(bào)警裝置、通信裝置、娛樂(lè)裝置以及為提高舒適、減輕疲勞采用的輔助駕駛裝置等等。汽車的機(jī)電一體化要求用自動(dòng)控制系統(tǒng)取代純機(jī)械式控制部件，先進(jìn)的檢測(cè)和控制技術(shù)已擴(kuò)大到汽車全身。如發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的傳感器、底盤控制用傳感器、車身控制用傳感器和導(dǎo)航系統(tǒng)用傳感器。業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為，實(shí)現(xiàn)汽車系統(tǒng)最優(yōu)化的關(guān)鍵是能否使用高可靠度、高性能的傳感器。

 

　　汽車傳感器的特點(diǎn)：一是適應(yīng)性強(qiáng)、耐惡劣環(huán)境。因汽車可能工作在極度惡劣的氣候條件下，有時(shí)塵土彌漫，有時(shí)風(fēng)雨交加，所以傳感器應(yīng)具有很好的密封性，耐潮濕、抗腐蝕能力強(qiáng)。二是抗干擾能力強(qiáng)。傳感器都安裝在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)艙中，除了要能夠承受發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的高溫、高壓、燃燒廢氣腐蝕之外，還要求有良好的抗震性能，抵抗發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的強(qiáng)烈震動(dòng)，另外，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁波，因此要求傳感器具有抗干擾能力。三是穩(wěn)定性和可靠性高。汽車的各種零部件一般要求能運(yùn)行10×104km以上，并且勿須更換和調(diào)整仍能滿足規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)。因此，傳感器必須具有高穩(wěn)定性和高可靠性。四是價(jià)格低廉，適應(yīng)大批量生產(chǎn)。這要求傳感器的一致性好，不需要復(fù)雜調(diào)整，適合自動(dòng)化生產(chǎn)。

 

　　傳感器在汽車所有重點(diǎn)控制系統(tǒng)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。以發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的傳感器為例。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)用傳感器是整個(gè)汽車傳感器的核心，種類很多，包括溫度傳感器、壓力傳感器、位置和轉(zhuǎn)速傳感器、流量傳感器、氣體濃度傳感器和爆震傳感器等。通過(guò)這些傳感器的檢測(cè)，向發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元(ECU)提供發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況信息，供ECU對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況進(jìn)行精確控制，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、降低油耗、減少?gòu)U氣排放，并進(jìn)行故障檢測(cè)。由于發(fā)動(dòng)機(jī)工作在高溫、振動(dòng)、沖擊、潮濕以及蒸汽、鹽霧、腐蝕和油泥污染的惡劣環(huán)境中，因此發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)用傳感器耐惡劣環(huán)境的技術(shù)指標(biāo)要比一般工業(yè)用傳感器高，而最關(guān)鍵的是測(cè)量精度和可靠性。否則，由傳感器帶來(lái)的測(cè)量誤差將最終導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)難以正常工作或產(chǎn)生故障。

 

　　而汽車安全管理系統(tǒng)也是廣泛使用傳感器的領(lǐng)域。汽車側(cè)邊氣囊的控制有加速度傳感器和壓力傳感器兩種方案。權(quán)威數(shù)據(jù)表明，與加速度傳感器相比，壓力傳感器在檢測(cè)側(cè)邊撞擊的速度方面，比加速度傳感器快了將近3倍，而誤動(dòng)作的概率則更小。因此，壓力傳感器未來(lái)在汽車安全管理系統(tǒng)將得到更廣泛的應(yīng)用。

 

　　(三)傳感器在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用

 

　　數(shù)控機(jī)床是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，它是用數(shù)字信號(hào)控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過(guò)程。具體地說(shuō)，是將刀具移動(dòng)軌跡等加工信息用數(shù)字化的代碼記錄在程序介質(zhì)上，然后輸入數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)譯碼、運(yùn)算、發(fā)出指令，自動(dòng)控制機(jī)床上的刀具與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而加工出形狀、尺寸與精度符合要求的零件，這種機(jī)床即為數(shù)控機(jī)床。在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用的傳感器主要有光電編碼器、直線光柵、接近開關(guān)、溫度傳感器、霍爾傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、壓力傳感器、液位傳感器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、速度傳感器和紅外傳感器等，主要用來(lái)檢測(cè)位置、直線位移和角位移、速度、壓力、溫度等。嘲如在數(shù)控機(jī)床的實(shí)際操作當(dāng)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)傳動(dòng)軸傳動(dòng)過(guò)位的情況，如果這種情況不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決，機(jī)床就會(huì)出現(xiàn)故障從而影響實(shí)際工作。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除故障，必須對(duì)數(shù)控機(jī)床的軸動(dòng)過(guò)位情況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。可采用光的、超聲波的、機(jī)械的、紅外的傳感器等，對(duì)數(shù)控機(jī)床軸動(dòng)過(guò)位情況進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)軸動(dòng)過(guò)位的準(zhǔn)確檢測(cè)。又如在數(shù)控機(jī)床中，可用壓力傳感器對(duì)工件夾緊力進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)夾緊力小于設(shè)定值時(shí)，會(huì)導(dǎo)致工件松動(dòng)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，停止走刀。另外，還可用壓力傳感器檢測(cè)車刀切削力的變化。再者，它還在潤(rùn)滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)中被用來(lái)檢測(cè)油路或氣路中的壓力，當(dāng)油路或氣路中的壓力低于設(shè)定值時(shí)，其觸點(diǎn)會(huì)動(dòng)作，將故障信號(hào)送給數(shù)控系統(tǒng)。總之，傳感器應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床，解決了人工檢測(cè)中的耗時(shí)且不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障的難題，提高了工作效率，大大降低了數(shù)控機(jī)床的故障率，為故障的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除提供了保障。由此可見(jiàn)，傳感器的使用在數(shù)控系統(tǒng)中起著重要的作用，在很大程度上決定了數(shù)控系統(tǒng)的加工精度、加工質(zhì)量等性能指標(biāo)。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)中的傳感器也將扮演更重要的角色，得到進(jìn)一步的發(fā)展。

 

　　三、傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

 

　　傳感器技術(shù)所涉及的知識(shí)非常廣泛，滲透到各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，但它們的共性是利用物理定律和物質(zhì)的物理特性，將非電量轉(zhuǎn)換成電量。所以探索新理論，采用新技術(shù)和新工藝及新材料，以期達(dá)到高質(zhì)量的轉(zhuǎn)換功能是傳感器總的發(fā)展方向。

 

　　在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，無(wú)論是機(jī)械電子化產(chǎn)品(如數(shù)控機(jī)床)，還是機(jī)電相互融合的高級(jí)產(chǎn)品(如機(jī)器人)，都離不開檢測(cè)與傳感器這個(gè)重要環(huán)節(jié)。

 

　　四、結(jié)束語(yǔ)

 

　　隨著機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化程度越來(lái)越高，對(duì)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，就要研究能用于連續(xù)和瞬時(shí)檢測(cè)工件的傳感器，促使自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的研究向著研制生產(chǎn)線上加工過(guò)程中的“在線”檢測(cè)和控制、研究自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)智能化、研究故障檢測(cè)系統(tǒng)的方向發(fā)展。這就不斷地向傳感器技術(shù)提出新的要求，除了要求不斷地開發(fā)出新型傳感器外，還要求已經(jīng)使用的傳感器向提高性能和擴(kuò)大使用范圍、小型化和集成化、多功能化、智能化、微功耗及無(wú)源化、無(wú)接觸化方向發(fā)展。

 

　　參考文獻(xiàn)

 

　　[1]李小玲.傳感器與檢測(cè)技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2006，(1).

 

　　[2]張正偉.傳感器原理與應(yīng)用【M】.北京：中央廣播電視大學(xué)出版社.1997.