傳感器技術(shù)在機電一體化系統(tǒng)中應用

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摘要：傳感器是機電一體化系統(tǒng)的核心裝置，具有提升系統(tǒng)運行速度、提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性、獲取更加豐富和準確信息的作用。傳感器技術(shù)屬于機電一體化系統(tǒng)基礎技術(shù)，在機械生產(chǎn)、設備應用等方面發(fā)揮著巨大作用。文章對傳感器技術(shù)進行概述，對我國機電一體化系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應用意義進行分析，研究傳感器技術(shù)在機電一體化系統(tǒng)中的應用措施，以期為傳感器技術(shù)的應用提供一定參考。

關(guān)鍵詞：傳感器技術(shù)；機電一體化系統(tǒng)；應用措施

我國傳感器技術(shù)發(fā)展時間較長，已經(jīng)擁有一個較為成熟的應用體系，尤其在機電一體化系統(tǒng)中，應用了大量傳感器，用于感知周圍情況，收集環(huán)境和設備信息，為系統(tǒng)精準運行提供依據(jù)。由此可見，若機電一體化系統(tǒng)中缺少傳感器和傳感器技術(shù)，就無法準確感知信息，維持系統(tǒng)運行，必須不斷提升傳感器技術(shù)應用效果和品質(zhì)，才能切實提升機電一體化系統(tǒng)運行效率和運行質(zhì)量。

1傳感器技術(shù)概述

1980年代左右，傳感器在世界各國開始流行，許多先進工業(yè)國家開始引進普及傳感器技術(shù)，并對其進行研發(fā)和應用。截至今日，傳感器及其系統(tǒng)生產(chǎn)與發(fā)展已經(jīng)成為熱門領(lǐng)域。傳感器是一種重要的測量裝置，能夠感知外界變化（物體或周圍環(huán)境受生物、化學、物理等影響產(chǎn)生的變化）并作出反應，將信息按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)化為能夠遠距離傳播的電信號，或者其他形式的信號[1]。傳感器技術(shù)是基于實際需求，對各類傳感器，如力學傳感器、位移傳感器、壓力傳感器、光電傳感器等進行綜合配置，以實時測量周圍環(huán)境和信息，并將信息傳輸至系統(tǒng)的技術(shù)。技術(shù)人員可按照實際工作環(huán)境，基于傳感器分類，如能量轉(zhuǎn)換原則分類、參量設計分類、工作原理分類等，對傳感器型號、配置、種類等進行設計和選擇，以滿足配置需求。

2我國機電一體化系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應用意義

傳感器技術(shù)，屬于機電一體化系統(tǒng)中核心技術(shù)，隨著我國機械自動化水平的進一步發(fā)展，傳感器技術(shù)的應用逐漸日?；?。傳統(tǒng)機電一體化系統(tǒng)在運行過程中，系統(tǒng)運行效率和管控水平較為薄弱，管理人員無法準確掌握系統(tǒng)運行情況，一般系統(tǒng)故障運行一段時間引發(fā)區(qū)域性故障問題后，才會發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障問題的存在，才能分析和定位故障，分析故障產(chǎn)生原因并進行有效維修。在機電一體化系統(tǒng)實際運行中，為確保系統(tǒng)運行的持續(xù)性和穩(wěn)定性，通常會定期進行檢測和養(yǎng)護，如對于各類儀表設備，詳細記錄設備運行情況和參數(shù)，記錄故障原因及維修方法，但其中關(guān)于系統(tǒng)參數(shù)信息的時效性較弱。將傳感器技術(shù)應用在機電一體化系統(tǒng)中，類似于給系統(tǒng)安裝了一個實時感知系統(tǒng)，對系統(tǒng)及各類儀表設備運行數(shù)據(jù)進行實時采集和測算，并及時檢測系統(tǒng)故障及發(fā)出預警，為系統(tǒng)管控工作開展和方案制定提供依據(jù)，繼而提高自動化設備運行效率，這是機電一體化系統(tǒng)發(fā)展不可忽視的關(guān)鍵因素[2-3]。

3傳感器技術(shù)在機電一體化系統(tǒng)中的應用

3.1數(shù)控機床領(lǐng)域

數(shù)控機床是機械生產(chǎn)加工的重要技術(shù)設備，在自動化發(fā)展過程中，數(shù)控機床領(lǐng)域發(fā)展受到高度關(guān)注，這也是目前機電一體化系統(tǒng)應用的重要發(fā)展方向。從數(shù)控機床生產(chǎn)原理看，數(shù)控機床在工作中會產(chǎn)生大量熱能，導致周圍環(huán)境發(fā)生變化，繼而影響加工制造精度和準確度。采用傳感器實時監(jiān)測周圍溫度，了解溫度變化區(qū)間，采用相關(guān)措施有效把控溫度變化，避免出現(xiàn)溫度大幅變化情況，以保障整體加工質(zhì)量[4]。從加工過程看，數(shù)控機床在加工過程中需要將零部件夾緊，倘若夾緊力控制不恰當，施加力度過大，將會導致零部件損壞；施加力度不足，會導致零部件位移，最終報廢，還會過度磨損數(shù)控機床，縮短機床使用壽命。在這一環(huán)節(jié)使用傳感器技術(shù)時刻分析零部件受力情況，并結(jié)合使用智能系統(tǒng)調(diào)控施加力度，充分保障機床加工穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)失誤。例如，可以根據(jù)零部件受力情況，時刻調(diào)整切削扭矩，以獲得高的切削效率和質(zhì)量。

3.2機械加工領(lǐng)域

在傳統(tǒng)機械加工領(lǐng)域中，切削、磨削、機床運行、刀具和砂輪運行等作業(yè)環(huán)節(jié)，均會受多種因素影響，導致實際機械加工質(zhì)量不佳、生產(chǎn)效率不高，影響企業(yè)經(jīng)濟效益。例如，在長時間、高頻率的切削工件作業(yè)中，刀具會持續(xù)產(chǎn)生大量熱量，必要時必須中斷作業(yè)或者定時添加冷卻液，才能確保刀具處于最佳運行狀態(tài)，提升工件切削精度和準確度。但在實際作業(yè)中，這一環(huán)節(jié)容易受多方因素干擾，難以準確把控刀具溫度，出現(xiàn)燒傷或者崩刃等損壞情況。根據(jù)現(xiàn)有刀具失效情況統(tǒng)計，刀具失效導致的機床停機時間占整體停機時間的20%，繼而引發(fā)各種機械加工質(zhì)量、人身和設備安全等問題。在這一作業(yè)環(huán)境中，應用溫度感應裝置實時監(jiān)測刀具加工溫度和環(huán)境溫度，檢測到溫度超過設計閾值后，立即向機電一體化系統(tǒng)發(fā)出報警信號，管理人員根據(jù)報警信號確定故障位置和類型，采取適當控制措施?？偟膩碚f，在機械加工領(lǐng)域傳感器技術(shù)主要應用在準備工作檢查和加工過程監(jiān)測兩方面。從準備工作檢查方面看，依據(jù)加工現(xiàn)場各類生產(chǎn)加工設備，如設備類型和材質(zhì)、刀具、夾具等擺放位置和固定程度，配置組合各種傳感器裝置，對作業(yè)環(huán)境和設備進行自動檢測，并將測量數(shù)據(jù)傳輸至機電一體化系統(tǒng)中，確定各種測量數(shù)值與設計加工作業(yè)參數(shù)保持一致后，下達控制指令，開展作業(yè)[5]。從加工過程監(jiān)測方面看，傳感器的主要監(jiān)測對象為切削工件的位移、轉(zhuǎn)速、偏移及設備的溫度、速率等物理參數(shù)，目的是替代人工檢查、監(jiān)督，及時發(fā)現(xiàn)故障問題并預警，由系統(tǒng)下達指令，并采取有效預防措施和處理方法，提升機械加工準確性和有效性。例如，安裝傳感器裝置對工件平滑度、加工溫度、刀具切削角度和速度、尺寸加工精度等進行實時測量，當測量數(shù)據(jù)不符合預期參數(shù)時，及時將測量數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)運行原則對加工精度不足的問題設備下發(fā)控制指令，立即中斷作業(yè)，檢查問題和分析產(chǎn)生的原因，最終基于問題成因調(diào)整設備運行模式和參數(shù)。這種將傳感器技術(shù)與遙控設備相互結(jié)合的措施，不僅能提高機械加工整體效率和質(zhì)量，還能提升機電一體化系統(tǒng)運行水平。

3.3工業(yè)機器人領(lǐng)域

工業(yè)機器人是我國工業(yè)領(lǐng)域自動化、信息化、智能化發(fā)展的關(guān)鍵，現(xiàn)如今，越來越多工業(yè)機器人開始替代從事傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)中一些繁瑣、重復性高、危險性高的作業(yè)，尤其是煤礦企業(yè)，有助于降低人員傷亡和財產(chǎn)損失，提升加工準確率和精確度。在工業(yè)機器人研發(fā)和使用領(lǐng)域，應用傳感器技術(shù)，就是給機器人添加了眼睛和觸覺，能夠使機器人更精準地控制作業(yè)步驟和工藝要點，根據(jù)作業(yè)環(huán)境對設備進行微調(diào)，并獲取實時反饋控制信息。相關(guān)技術(shù)人員在得到機器人傳輸過來的信息后，結(jié)合實際工作情況制定相應工作計劃[6]。

3.4安全監(jiān)管領(lǐng)域

在安全監(jiān)管領(lǐng)域應用傳感器技術(shù)對工業(yè)發(fā)展具有十分重要的意義。以煤炭企業(yè)安全監(jiān)管為例，主要應用在瓦斯爆炸預防和粉塵含量檢測兩個方面，具體來看：①瓦斯爆炸預防。瓦斯爆炸是目前煤炭企業(yè)面臨的最為普遍和嚴重的問題，瓦斯爆炸的成因主要為井下甲烷含量超標，如井下氧氣濃度超過12%、瓦斯?jié)舛冗_到5%~16%這一臨界點時，一旦出現(xiàn)熱-鏈式反應，很有可能發(fā)生爆炸。應用光纖傳感器能夠?qū)录淄楹繉嵤┍O(jiān)測，工作原理為光纖傳感器監(jiān)測甲烷氣體時，會利用其吸收光譜的作用，分析吸收峰值，依據(jù)峰值數(shù)據(jù)測算甲烷含量，并設定數(shù)值標準，若甲烷含量達到一定濃度，立即向系統(tǒng)發(fā)出警報，由管理人員上報處理。②粉塵含量檢測。在煤礦生產(chǎn)過程中，大量機械設備在使用過程中會產(chǎn)生大量煤塵，若空氣中的煤塵含量達到一定濃度，很可能引發(fā)安全事故。采用傳感器技術(shù)對煤塵含量進行精準檢測，采取相關(guān)措施進行預防和控制，確保煤塵含量在正常范圍內(nèi)。例如，可以設置光纖傳感器，使用光向后散色法，檢測作業(yè)環(huán)境，并將測算數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)設備，由技術(shù)人員確定處理措施，為煤炭開采順利進行提供幫助。

4結(jié)語

傳感器技術(shù)作為我國科技研發(fā)的重要內(nèi)容，未來將朝更高精度、更高敏感性、更寬溫度范圍和更可靠應用的方向發(fā)展，而隨著傳感器技術(shù)在機電一體化系統(tǒng)中的深入融合，將同時推動傳感器技術(shù)與機電一體化系統(tǒng)的優(yōu)化與創(chuàng)新，大幅提升我國工業(yè)化生產(chǎn)效率和品質(zhì)。目前，傳感器技術(shù)在數(shù)控機床、機械加工、工業(yè)機器人、安全監(jiān)管等領(lǐng)域均有大范圍普及和推廣，極大地促進了機電一體化系統(tǒng)在各個行業(yè)中的成長，從而推動我國工業(yè)現(xiàn)代化水平的提升。

參考文獻：

[1]安培成.淺析傳感器技術(shù)在機電一體化系統(tǒng)中的應用[J].內(nèi)燃機與配件，2018（1）:82-83.

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[4]曹聰，卜令欣.傳感器技術(shù)在機電一體化系統(tǒng)中的應用研究[J].中國設備工程，2019（7）:139-140.

[5]涂祖蕾，何滔.淺析傳感器技術(shù)在機電一體化系統(tǒng)中的應用[J].內(nèi)燃機與配件，2020（17）:188-189.

[6]趙亮.機電一體化系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的運用研究[J].中國管理信息化，2020，23（4）:183-184.

作者:肖天非 單位:貴州電子信息職業(yè)技術(shù)學院