傳感器是可以對(duì)規(guī)定范圍內(nèi)的信息進(jìn)行感受、接收的器件和裝置, 它可以對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)控制范圍內(nèi)操作環(huán)境、操作對(duì)象, 以及機(jī)電一體化系統(tǒng)本身進(jìn)行檢測(cè), 使系統(tǒng)有效運(yùn)行。根據(jù)不同的規(guī)則, 傳感器可分為多種類型。根據(jù)能量轉(zhuǎn)換規(guī)則設(shè)計(jì)制造的傳感器有兩種———能量控制型傳感器和能量轉(zhuǎn)換型傳感器, 它們可以在脫離外加電源的情況下, 通過能量轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的物理效應(yīng)獲取信息;根據(jù)被測(cè)參量設(shè)計(jì)制造的傳感器有三種———物性參量、機(jī)械量參量、熱工參量;根據(jù)制作材料不同, 傳感器可分為包括晶體結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)在內(nèi)的多種類型;根據(jù)工作原理, 還可分為生物傳感器、物理傳感器、化學(xué)傳感器。傳感器在長(zhǎng)期的發(fā)展過程中, 已形成了多個(gè)不同特性的種類, 適用于多種不同的環(huán)境, 用途也更為多樣, 因此可滿足不同機(jī)電一體化系統(tǒng)的要求, 只需結(jié)合使用要求合理選擇即可。
傳感器的研究現(xiàn)狀與發(fā)展。
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展, 傳感器的研發(fā)也隨著人類探知領(lǐng)域和空間的不斷拓展而變得更為先進(jìn), 無論是種類、速度, 還是在信息處理能力方面, 都得到了很大程度的強(qiáng)化, 在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來越廣。20世紀(jì)80年代是傳感器發(fā)展進(jìn)入黃金期的重要時(shí)刻, 各國(guó)都投入了大量的人力、財(cái)務(wù)進(jìn)行傳感器的研發(fā)生產(chǎn)工作, 并使其成為一個(gè)新興的獨(dú)立行業(yè), 在現(xiàn)代科技領(lǐng)域占據(jù)了重要地位。發(fā)展到現(xiàn)在, 傳感器的應(yīng)用已無處不在, 相關(guān)的技術(shù)也日益完善。業(yè)內(nèi)人士普遍看好傳感器行業(yè)的發(fā)展, 并將其列入國(guó)家重點(diǎn)開發(fā)的行業(yè)項(xiàng)目。
傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用。
傳感檢測(cè)技術(shù)在機(jī)械加工中的應(yīng)用。
機(jī)械加工對(duì)于各項(xiàng)工作的要求較高, 為使加工過程符合各項(xiàng)要求, 需要將相關(guān)檢測(cè)貫徹到加工的各個(gè)環(huán)節(jié)。在加工前, 需要對(duì)加工設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)檢查, 保證設(shè)備在可以滿足加工的各項(xiàng)操作條件, 如對(duì)坯件的夾持方位進(jìn)行自動(dòng)判斷, 并據(jù)此調(diào)整坯件的實(shí)際夾持位置, 同時(shí)還要確定坯件上床后的裝夾變形及夾緊力等各項(xiàng)參數(shù);加工完成后, 需要對(duì)工件的形狀、尺寸、位置公差等各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量, 確保工件的質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)制造要求。這些檢測(cè)項(xiàng)目需要在加工過程中完成, 并形成檢測(cè)數(shù)據(jù), 為下一道工序的開展打下基礎(chǔ)。在精密產(chǎn)品的生產(chǎn)加工過程中, 為確保產(chǎn)品的合格率, 需要對(duì)加工條件進(jìn)行嚴(yán)格要求, 對(duì)加工過程中的速度、溫度、壓力、振動(dòng)、切削扭矩等進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和調(diào)整, 使加工條件始終處于最佳狀態(tài)。在機(jī)械加工中, 傳感檢測(cè)技術(shù)的運(yùn)用可以使切削的過程得到優(yōu)化, 通過傳感技術(shù)使切削的力度、角度、切削接觸面和切削狀態(tài)、電機(jī)功率等數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)控制, 減少材料的切除率, 從而使生產(chǎn)成本得到更好的控制。在機(jī)床加工中, 傳感器可以保證加工過程的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性, 并通過控制床身有關(guān)部位的振動(dòng)、阻抗參數(shù)等數(shù)據(jù), 使機(jī)床加工的薄弱環(huán)節(jié)得以加強(qiáng), 從而提升加工精度。目前, 我國(guó)在機(jī)械加工中采用的傳感器主要為應(yīng)變式和壓電式三向切削力傳感器, 在保證機(jī)械加工過程中對(duì)金屬切削原理進(jìn)行研究分析、設(shè)計(jì)制定切削數(shù)據(jù)等方面發(fā)揮了重要作用。
傳感器技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用。
在汽車的生產(chǎn)制造中, 傳感器的應(yīng)用范圍非常廣泛。隨著汽車行業(yè)的不斷開發(fā), 汽車產(chǎn)品已開始朝向小型化、電子化、輕型化、智能化方在發(fā)展, 使得相關(guān)產(chǎn)品的制造對(duì)傳感器的需求也逐漸提升。在汽車生產(chǎn)過程中, 電子控制系統(tǒng)包括自動(dòng)變速器、汽車制動(dòng)防抱死系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)等的裝置, 都需要利用到傳感器技術(shù)才能完成。隨著車用電子裝置的不斷增多, 汽車機(jī)電一體化系統(tǒng)已開始取代純機(jī)械式控制系統(tǒng), 在汽車全身得已全面采用, 包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)、車身控制和導(dǎo)航系統(tǒng)在內(nèi)的車用控制系統(tǒng)都開始采用傳感器技術(shù)完成系統(tǒng)的功能發(fā)揮, 使汽車系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了更高的可靠性、功能性。
汽車傳感器具有適應(yīng)性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性和可靠性高、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。它們可以在各種惡劣環(huán)境中如風(fēng)雨交加、道路崎嶇等環(huán)境中使用, 同時(shí)保證較好的密封性、耐潮濕和抗腐蝕性, 可以適應(yīng)高溫、高壓的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)部環(huán)境, 同時(shí)還能抵抗發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)烈震動(dòng)和電磁波。另外, 隨著汽車運(yùn)行速度的不斷提升, 對(duì)于各個(gè)零部件的要求也越來越高, 車用機(jī)電一體化系統(tǒng)中的傳感器也需要具有更高的穩(wěn)定性和可靠性。由于汽車的生產(chǎn)量不斷擴(kuò)大, 傳感器也應(yīng)具備大批量生產(chǎn)的能力, 這就要求傳感器的生產(chǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化, 并有效控制生產(chǎn)成本。
目前, 在汽車的重點(diǎn)控制系統(tǒng)中, 包括曲軸位置傳感器、吸氣及冷卻水溫度傳感器、壓力傳感器、氣敏傳感器等傳感器都是不可替代的。以發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)為例, 該系統(tǒng)中的傳感器作為整個(gè)汽車傳感器的核心, 包括了溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、流量、氣體濃度、爆震等多種類型的傳感器。這些傳感器可以對(duì)汽車的整體運(yùn)行狀況信息進(jìn)行收集, 并精確控制發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況, 使其增加動(dòng)力、減少油耗, 并實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)。由于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)所處的工作環(huán)境較為惡劣, 需要應(yīng)對(duì)高溫、潮濕、振動(dòng)、沖擊、蒸汽、鹽霧、腐蝕、油泥污染等情況, 因此用于汽車系統(tǒng)的傳感器在技術(shù)指標(biāo)、測(cè)量精度及可靠性上明顯高于一般的工業(yè)用產(chǎn)品, 否則難以達(dá)到保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的目的。
在汽車機(jī)電一體化系統(tǒng)中, 傳感器除了應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng), 在汽車的安全管理系統(tǒng)中的應(yīng)用也非常重要。目前, 汽車安全管理系統(tǒng)主要采用的是控制汽車側(cè)邊氣囊的加速度傳感器和壓力傳感器兩種傳感器類型。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn), 在檢測(cè)側(cè)邊撞擊的速度方面, 壓力傳感器比加速度傳感器快3倍, 誤差概率也更小, 在汽車安全管理系統(tǒng)中的普及率也更高。
傳感器在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用。
采用數(shù)字信號(hào)控制加工過程的數(shù)控機(jī)床, 利用傳感器可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床刀具與工件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的數(shù)字化控制, 從而使工件加工的尺寸、精度等各項(xiàng)指標(biāo)滿足零件加工要求。在數(shù)控機(jī)床上的常見的傳感器有光電編碼器、溫度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、感應(yīng)同步器、紅外傳感等, 這些傳感器使數(shù)控機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工件檢測(cè)位置、直線位移和角位移, 以及加工速度、壓力、溫度等各項(xiàng)數(shù)據(jù)的有效控制。以壓力傳感器為例, 當(dāng)機(jī)床進(jìn)行工件加工時(shí), 該傳感器可檢測(cè)機(jī)床施加于工件的夾緊力, 當(dāng)夾緊力低于設(shè)定值導(dǎo)致工件松動(dòng)時(shí), 傳感器可以發(fā)出報(bào)警, 并停止加工過程, 待相關(guān)參數(shù)達(dá)到設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)后繼續(xù)工作。不僅如此, 壓力傳感器還可以檢測(cè)機(jī)床切削力的變化, 并對(duì)機(jī)床的潤(rùn)滑、液壓、氣壓系統(tǒng)的油路或氣路壓力進(jìn)行檢測(cè), 如這些數(shù)據(jù)不在設(shè)定值內(nèi), 傳感器就會(huì)對(duì)控制系統(tǒng)發(fā)出故障信號(hào)。傳感器在數(shù)控機(jī)床機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用, 有效解決了人工檢測(cè)效率低下的問題, 使故障的檢出的排除更為高效。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展, 傳感器的應(yīng)用也會(huì)隨之提升。
