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摘要:传感器技术是实现测试和自动控制的重要环节。它的主要特征是能准确地传递和检测出某一形态的信息,并将它转换成另一形态的信息。随着科学技术的迅猛发展,其越来越广泛的应用于科学技术的各个领域。文章将传感器技术的研究现状与发展以及传感器在机电一体化系统中的应用等问题进行探讨,并分析了我国传感器技术发展的若干问题和未来发展的方向。
关键词:传感器技术;机电一体化;应用
中图分类号:TH-39 文献标识码:A文章编号:1006-8937(2010)2010-0047-01
传感器是一种检测装置,是实现自动检测和自动控制的首要环节。它能感受到被测量的信息,将检测感受到的信息,并按照一定的规律转换成可用输出信号,来满足信息的传输、处理、存储、显示、记录以及控制等的要求。在机电一体化的系统中,传感器处系统之首,是机电一体化系统达到高水平的有效保证。随着人类探知领域的不断深入,各种信息的传递速度将越来越快, 处理信息的能力也将越来越强,因此,就要求相对应的信息采集传感技术也要跟上发展的步伐,这也就决定了传感器将越来越被广泛运用、无处不在。
1传感器的研究现状与发展
随着现代科技的发展,传感器和检测仪表是工业设备中不可缺少的一部分,工业设备作为自动化系统的控制对象或其中的一部分,必须能与自动化系统的检测、控制和执行相兼容或能提供接口,从而使之集成为一个有机的整体,使该工业设备的用途扩大,是传统设备更新换代的必要条件。因此,从20世纪80年代开始,在世界各国掀起一股传感器热潮,各发达工业国家都十分重视传感技术的相关研究工作。传感技术已成为现代重要的科技领域之一,传感器及其系统的生产也成为了重要的新兴产业。传感器产品的品种较多,采用的科学原理也比较多,技术较密集,具有边缘性、多样性、综合性以及技艺性的特点,需要多种高新技术和多学科的相互配合。所以要推动传感器产业的进一步发展,也是有难度的。近些年来,由于传感器越来越多的应用于各行各业,加之汽车家电行业和信息产业等方面的飞速发展,对传感器需求量大增,以此推动了传感器制造业的快速发展,并形成独立的产业,也促进传感器由传统型向新型传感器的转型和发展。新型的传感器具有智能化、数字化、微型化、系统化和网络化的特点,而且功能更加广泛,它的研制和发展必将促进传统产业的发展和改造,在此基础上还可促进建立新型工业,这必将成为当代经济的新的增长点。当前,mems的发展,推动了传感器向智能化、微型化和多功能化的进一步发展。 除mems外,未来新型传感器的进一步发展还有待于新型的敏感材料、纳米技术和敏感元件,例如新一代超导传感器、焦平面陈列红外探测器、光纤传感器、生物传感器、新型量子传感器、纳米传感器、微型陀螺、网络化传感器、智能传感器、模糊传感器、以及多功能传感器等。
2传感器在机电一体化系统中的应用
传感器广泛应用于机电一体化系统和机电一体化产品之中,是推动其快速发展的重要技术之一。没有这些传感器对系统状态和信息精确可靠的自动检测,系统的信息处理以及控制决策等功能就无法实现。
2.1机器人用传感技术
机器人传感技术是一类专门用于机器人的新型传感器,发展于20世纪70年代,这种传感器与普通传感器的工作原理基本大致相同,但其对智能化处理以及传感信息种类的要求相对较高。 为了能检测作业对象和环境或机器人与它们的关系,在机器人上安装了触觉传感器、视觉传感器、力觉传感器、接近觉传感器、超声波传感器和听觉传感器等,这样就为机器人控制提供了准确及时的反馈信息,也大大改善了机器人的工作状况,使机器人能够更充分更完美的完成复杂的工作任务。
2.2汽车自动控制系统中的传感技术
现代化汽车工业随着传感器技术等新技术的不断应用,已经进入了全新发展时期。用自动控制系统代替纯机械式控制部件,这是汽车的机电一体化要求, 先进的检测和控制技术不仅体现在发动机上,也体现在全面的彻底的改善汽车的性能上,增加了人性化服务的功能, 减少排气污染、降低油耗、操作方便和舒适,同时也提高了行驶过程中安全性和可靠性。使用曲轴位置传感器、吸气及冷却水温度传感器、气敏传感器、压力传感器等,这些是在其所有重点控制系统中必不可少的。
2.3机械加工过程中的传感检测技术
①切削过程与机床运行过程中的传感技术。切削过程的传感检测是为了优化切削过程的生产率和制造成本或材料的切除率等。切削力探测、颤震探测传感、切削过程探测传感、刀具与工件的碰撞传感、切削过程识别的传感等是切削过程传感检测的目标所在。其中最重要的传感参数有、切削过程振动、切削力、切削过程声发射、切削过程电机的功率等。另外对于机床的运行来说,轴承与回转系统、驱动系统、温度的全性等是其传感检测目标,其传感参数有被加工件的表面粗糙度和加工精度、机床的故障停机时间、功率、机床状态和冷却润滑液的流量等。
②工件的过程传感。研究和应用最早和最多的是工件的过程监视,这是与刀具和机床的过程监视技术相比较而言的。其目标是是工件加工的质量控制。从20世纪80年代开始, 工件的过程传感加入了工件的识别与工件安装位姿的监视的相关要求。大致而言, 所谓的工件识别是辨识送入机床等待加工的毛坯或工件是否是要求加工的毛坯或工件,而工序识别是为辨识所执行的加工工序是否为零件加工要求的工序等,并且同时还要求辨识工件安装的位姿是否为工艺规程所要求的位姿。为了完成这些识别和监视就必须使用或者开发许多种传感器,例如激光表面粗糙度传感系统、基于CCD的机器视觉或TV传感器等。
③刀具(砂轮)的检测传感。在切削过程中,刀具的失效与砂轮的过程工况,对切磨削过程的正常进行有着重要影响。刀具与砂轮磨损到一定限度或出现破损,将使它们失去了切磨削的能力或无法保证其加工精度与加工表面的完整性时等,这被称为刀具或砂轮失效。工业统计证明,刀具失效可能引发设备或人身安全事故,甚至引起重大事故。从80年代开始,刀具与砂轮的过程监视与控制技术和装置的研究与开发受到世界各国的普遍关注。
3我国传感器技术发展的问题与发展方向
传感器技术水平的高低在一定程度上影响和决定了系统的功能,作为实现自动控制和自动调节的重要环节和机电一体化系统必不可少的一部分,如不能利用传感检测技术对被控对象的各项参数进行准确及时的检测并转换成容易传送处理的信号,那么所需的用于系统控制的信息就不能获得,也影响了整个系统的正常有效的工作。我国传感器的研究开始于20世纪的80年代,研究地点主要是在专业的研究所和大学里, 当前我国在这一方面的研究和国外先进技术相比还有比较大的差距,体现在许多方面,首先是先进的微机械加工技术与设备;其次是先进的模拟、计算与设计方法;然后是先进的封装技术和设备;最后是可靠性的技术研究等。
所以,当前我国应进一步加强相关的技术研究工作,并及时引进国外先进的设备,以此提高整体的技术水平。基于此传感器技术未来的发展主要展现于以下几个方面。
①加速研发新型的敏感材料。致力于研制出精确度和灵敏度高、响应速度快以及互换性好的新型传感器,使其向高精度方向发展,以确保生产自动化的安全可靠性。
②研制出一批基于新型敏感材料的新型传感器。这主要是通过光电子、微电子、生物化学和信息处理等各种学科和各种新技术的相互渗透与综合来成就完成的。
③研发微型化传感器。未来一段时间研究的热点问题将是针对传感器微型化来进行,这主要要通过发展新材料和加工技术来实现。
④向智能化数字化迈进,随着科技的快速发展,传感器的功能也日新月异,其输出的将是经过微电脑处理好后的数字信号,而不是一个单一的模拟信号,这将是带有控制功能的智能传感器。
总之,传感器技术作为实现测试和自动控制的重要环节。在科技迅猛发展的今天,已被广泛地应用于社会和科学技术的各个领域。我国应加紧对传感器技术的研究和发展,为工业发展服务。
参考文献:
[1] 汪国平.浅谈传感器技术在机电一体化中的应用[J].硅谷,2009,(15).
关键词:传感器技术;机电一体化;应用
中图分类号:TH-39 文献标识码:A文章编号:1006-8937(2010)2010-0047-01
传感器是一种检测装置,是实现自动检测和自动控制的首要环节。它能感受到被测量的信息,将检测感受到的信息,并按照一定的规律转换成可用输出信号,来满足信息的传输、处理、存储、显示、记录以及控制等的要求。在机电一体化的系统中,传感器处系统之首,是机电一体化系统达到高水平的有效保证。随着人类探知领域的不断深入,各种信息的传递速度将越来越快, 处理信息的能力也将越来越强,因此,就要求相对应的信息采集传感技术也要跟上发展的步伐,这也就决定了传感器将越来越被广泛运用、无处不在。
1传感器的研究现状与发展
随着现代科技的发展,传感器和检测仪表是工业设备中不可缺少的一部分,工业设备作为自动化系统的控制对象或其中的一部分,必须能与自动化系统的检测、控制和执行相兼容或能提供接口,从而使之集成为一个有机的整体,使该工业设备的用途扩大,是传统设备更新换代的必要条件。因此,从20世纪80年代开始,在世界各国掀起一股传感器热潮,各发达工业国家都十分重视传感技术的相关研究工作。传感技术已成为现代重要的科技领域之一,传感器及其系统的生产也成为了重要的新兴产业。传感器产品的品种较多,采用的科学原理也比较多,技术较密集,具有边缘性、多样性、综合性以及技艺性的特点,需要多种高新技术和多学科的相互配合。所以要推动传感器产业的进一步发展,也是有难度的。近些年来,由于传感器越来越多的应用于各行各业,加之汽车家电行业和信息产业等方面的飞速发展,对传感器需求量大增,以此推动了传感器制造业的快速发展,并形成独立的产业,也促进传感器由传统型向新型传感器的转型和发展。新型的传感器具有智能化、数字化、微型化、系统化和网络化的特点,而且功能更加广泛,它的研制和发展必将促进传统产业的发展和改造,在此基础上还可促进建立新型工业,这必将成为当代经济的新的增长点。当前,mems的发展,推动了传感器向智能化、微型化和多功能化的进一步发展。 除mems外,未来新型传感器的进一步发展还有待于新型的敏感材料、纳米技术和敏感元件,例如新一代超导传感器、焦平面陈列红外探测器、光纤传感器、生物传感器、新型量子传感器、纳米传感器、微型陀螺、网络化传感器、智能传感器、模糊传感器、以及多功能传感器等。
2传感器在机电一体化系统中的应用
传感器广泛应用于机电一体化系统和机电一体化产品之中,是推动其快速发展的重要技术之一。没有这些传感器对系统状态和信息精确可靠的自动检测,系统的信息处理以及控制决策等功能就无法实现。
2.1机器人用传感技术
机器人传感技术是一类专门用于机器人的新型传感器,发展于20世纪70年代,这种传感器与普通传感器的工作原理基本大致相同,但其对智能化处理以及传感信息种类的要求相对较高。 为了能检测作业对象和环境或机器人与它们的关系,在机器人上安装了触觉传感器、视觉传感器、力觉传感器、接近觉传感器、超声波传感器和听觉传感器等,这样就为机器人控制提供了准确及时的反馈信息,也大大改善了机器人的工作状况,使机器人能够更充分更完美的完成复杂的工作任务。
2.2汽车自动控制系统中的传感技术
现代化汽车工业随着传感器技术等新技术的不断应用,已经进入了全新发展时期。用自动控制系统代替纯机械式控制部件,这是汽车的机电一体化要求, 先进的检测和控制技术不仅体现在发动机上,也体现在全面的彻底的改善汽车的性能上,增加了人性化服务的功能, 减少排气污染、降低油耗、操作方便和舒适,同时也提高了行驶过程中安全性和可靠性。使用曲轴位置传感器、吸气及冷却水温度传感器、气敏传感器、压力传感器等,这些是在其所有重点控制系统中必不可少的。
2.3机械加工过程中的传感检测技术
①切削过程与机床运行过程中的传感技术。切削过程的传感检测是为了优化切削过程的生产率和制造成本或材料的切除率等。切削力探测、颤震探测传感、切削过程探测传感、刀具与工件的碰撞传感、切削过程识别的传感等是切削过程传感检测的目标所在。其中最重要的传感参数有、切削过程振动、切削力、切削过程声发射、切削过程电机的功率等。另外对于机床的运行来说,轴承与回转系统、驱动系统、温度的全性等是其传感检测目标,其传感参数有被加工件的表面粗糙度和加工精度、机床的故障停机时间、功率、机床状态和冷却润滑液的流量等。
②工件的过程传感。研究和应用最早和最多的是工件的过程监视,这是与刀具和机床的过程监视技术相比较而言的。其目标是是工件加工的质量控制。从20世纪80年代开始, 工件的过程传感加入了工件的识别与工件安装位姿的监视的相关要求。大致而言, 所谓的工件识别是辨识送入机床等待加工的毛坯或工件是否是要求加工的毛坯或工件,而工序识别是为辨识所执行的加工工序是否为零件加工要求的工序等,并且同时还要求辨识工件安装的位姿是否为工艺规程所要求的位姿。为了完成这些识别和监视就必须使用或者开发许多种传感器,例如激光表面粗糙度传感系统、基于CCD的机器视觉或TV传感器等。
③刀具(砂轮)的检测传感。在切削过程中,刀具的失效与砂轮的过程工况,对切磨削过程的正常进行有着重要影响。刀具与砂轮磨损到一定限度或出现破损,将使它们失去了切磨削的能力或无法保证其加工精度与加工表面的完整性时等,这被称为刀具或砂轮失效。工业统计证明,刀具失效可能引发设备或人身安全事故,甚至引起重大事故。从80年代开始,刀具与砂轮的过程监视与控制技术和装置的研究与开发受到世界各国的普遍关注。
3我国传感器技术发展的问题与发展方向
传感器技术水平的高低在一定程度上影响和决定了系统的功能,作为实现自动控制和自动调节的重要环节和机电一体化系统必不可少的一部分,如不能利用传感检测技术对被控对象的各项参数进行准确及时的检测并转换成容易传送处理的信号,那么所需的用于系统控制的信息就不能获得,也影响了整个系统的正常有效的工作。我国传感器的研究开始于20世纪的80年代,研究地点主要是在专业的研究所和大学里, 当前我国在这一方面的研究和国外先进技术相比还有比较大的差距,体现在许多方面,首先是先进的微机械加工技术与设备;其次是先进的模拟、计算与设计方法;然后是先进的封装技术和设备;最后是可靠性的技术研究等。
所以,当前我国应进一步加强相关的技术研究工作,并及时引进国外先进的设备,以此提高整体的技术水平。基于此传感器技术未来的发展主要展现于以下几个方面。
①加速研发新型的敏感材料。致力于研制出精确度和灵敏度高、响应速度快以及互换性好的新型传感器,使其向高精度方向发展,以确保生产自动化的安全可靠性。
②研制出一批基于新型敏感材料的新型传感器。这主要是通过光电子、微电子、生物化学和信息处理等各种学科和各种新技术的相互渗透与综合来成就完成的。
③研发微型化传感器。未来一段时间研究的热点问题将是针对传感器微型化来进行,这主要要通过发展新材料和加工技术来实现。
④向智能化数字化迈进,随着科技的快速发展,传感器的功能也日新月异,其输出的将是经过微电脑处理好后的数字信号,而不是一个单一的模拟信号,这将是带有控制功能的智能传感器。
总之,传感器技术作为实现测试和自动控制的重要环节。在科技迅猛发展的今天,已被广泛地应用于社会和科学技术的各个领域。我国应加紧对传感器技术的研究和发展,为工业发展服务。
参考文献:
[1] 汪国平.浅谈传感器技术在机电一体化中的应用[J].硅谷,2009,(15).