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传感器技术在机电自动控制中的应用

作者:李云峰 来源:电子技术与软件工程 论文栏目:计算机论文     更新时间:2019-05-14   浏览

本学术论文《传感器技术在机电自动控制中的应用》,转载自学术期刊《电子技术与软件工程》2014年12期 发表过的职称 论文,原文作者:李云峰,由中国学术论文网编辑整理录入,仅供您在传感器技术,机电自动控制,应用等方面参考学习。

李云峰

摘 要

随着我国经济的快速飞跃、科技的迅猛发展,传感器技术的发展也日益加快。本文首先简单介绍了传感器技术的发展过程,然后阐述了传感器技术在机电自动控制中的应用,比如自动化的机械加工过程、工业机器人中的应用,最后介绍了我国传感器技术发展的一些问题和发展的方向,便于在不同的情况下采用合理的传感检测方法。

【关键词】传感器技术 机电自动控制 应用

【关键词】传感器技术 机电自动控制 应用

1 引言

传感器技术随着当今世界科技的日新月异,成为一项受人关注的快速发展起来的前沿技术,也可以说是现代科技水平发展的标志性产物之一,它跟通信以及计算机技术一起被称为信息产业中的三大支柱。假如说计算机像人类的大脑,传感器就好像是人类的五官,当电路、计算机相关的技术更新速度加快时,人们才慢慢意识到信息的获取设备——传感器没有与信息技术同步发展起来。从这之后传感器技术就开始受到各方的关注,从80年之后,慢慢的在全球范围内刮起了一阵传感器技术的“飓风”。

传感器简单来说就是一种能把非电量转变为电量的元器件,是一种可以把来自周围的各种信号转变成电信号功能块。在机电自动控制系统中,传感器的功能主要是用来检测自动控制系统本身以及检查对象的状态,为实现自动控制提供可靠的数据和信息,传感器就好比控制系统中的感官系统,可以迅速精准采集到数据和信息,自动控制系统能否达到高水平就要靠传感器做后盾。本文主要从传感器技术实现自动化机械加工以及汽车自动控制系统中的传感技术和机器人自动控制中的传感器技术这三个方面浅谈传感器技术的应用。

2 传感器技术在机电自动控制系统中的应用

2.1 自动化机械加工过程

2.1.1切削过程和机床运行过程的传感技术

在切削过程中需要进行传感检测,主要是为了尽可能的优化切削过程,提高生产率、同时降低成本等。另外还需要对整个机床运行的过程进行传感检测,涉及到的传感参数包括机床发生故障时停机所需要的时间、被切削的物件的表面光滑程度以及需要达到的切削精度等。

2.1.2加工部件的过程传感技术

最早使用并且使用次数较多的是加工部件的过程的监察,它跟前面说的切削以及整个机床的过程监视有所不同,主要的目标是控制工件的加工质量。简单地讲,工序识别主要是为了保证所进行的加工工序与工(零)件加工要求相符合,工序识别不仅需要识别出送入机床加工的工件或者毛坯是否与要求加工的工件与毛坯相符,还需要保证工件安装的位置达到工艺规程的要求。

2.1.3刀具

主要是对砂轮进行传感检测。切削与磨削过程在材料切除过程占有重要地位,如果刀具与砂轮被磨损到一定限度(根据磨钝标准进行判定)或出现破损的现象(它包括刀具出现破损、崩刃、烧伤、塑变或卷刀等现象),使它们失去切的功能(即无法保证磨削能力以及加工精度和工件表面完整性,这种情况称为刀具/砂轮失效),根据工业的相关统计,在机床发生故障而导致的停机很大部分的原因是由于刀具的失效,而刀具失效导致的停机所消耗的时间是NC 类机床的总停机时间的三分之一。此外,它还可能导致设备不正常或人身发生安全事故。

2.2 汽车自动控制系统中的传感技术

随着传感器技术完善以及其它新技术的不断出现与应用,现代化汽车工业也因此进入了全新的阶段。汽车的机电一体化是为了淘汰传统的纯机械式控制部件,而采用自动的控制系统,特别能够体现在汽车的发动机上,这种自动控制系统中传感技术可以全方位的改善汽车的性能,与过去相比增加了人性化服务功能,在一定程度上也可以降低油耗,从而有利于保护环境,另外该技术也提高了行驶安全可靠性,加强了操作的便捷性以及驾驶的舒适性,整个汽车车身都采用了了先进的检测与控制技术。为了可以更好的使用到汽车自动控制系统中的传感技术,会经常使用曲轴位置传感器、吸气及冷却水温度传感器、压力传感器、气敏传感器等各种传感器。

2.3 机器人自动控制中的传感器技术

随着科技的迅速发展,机器人慢慢融入我们的生活和工作,并在生活和工作中渐渐成为人类的得力助手。上个世纪七十年代,机器人传感技术才正式步入发展的正轨,人类设计这种传感器的最初目的就是运用于机器人中,成为机器人技术的新型传感器。从整体上说,该传感器的工作原理类似于普通传感器,从某些细节上说它又有着自身的独特性,比如它在处理传感信息种类和智能化时要求比普通的传感器更高。而根据检测不同的对象,机器人传感器又可以分为内部传感器和外部传感器。

内部传感器主要是为了检测机器人自身的性能和状态,大部分是检测位置与角度的传感器。而外部传感器就是检测机器人当前缩在的环境以及周围状况,这类传感器主要包括物体识别传感器,物体探伤传感器,接近觉传感器,距离传感器,力觉传感器,听绝传感器等。

其视觉传感器分为图像获取、图像处理以及图像理解三部分。经过近几年的发展,图像的理解技术还相对于发达国家来说还是处在比较落后的位置。力觉传感器根据安装部位主要分为关节力传感器,腕力传感器和指力传感器。触觉主要是为了补充视觉,来感知目标物体的表面性能和物理特性。而接近觉传感器运用到机器人中的主要功能是如果有物体接近机器人,机器人能够通过接近觉传感器来获取目标物接近的程度,从而做出是否躲避的判断,可以使机器人有效的躲避对其有害的物体。听觉传感器大致分为特定人的语音识别系统以及非特定人的语音识别系统。特定人的语音识别的工作过程是:首先用一定数量的特征矩阵存储指定人的声音,从而形成一个标准模版库,然后当有语音传入时再与库中模板进行匹配;非特定人的语音系统只是简单的分为语言识别系统,单词识别系统以及数字音识别系统。

3 我国传感器技术发展的若干问题及发展方向

目前我国从事传感器技术研究的地方主要集中于一些重点高校和研究所,由于起步不算太早,因此现在的水平跟国外传感器技术相比,先进性还有不小的差距,主要体现于:(1)科学有效的计算、仿真以及良好的设计方案;(2)卓越领先的自动机械加工技术与机器;(3)领先的密封包装技术和装备;(4)权威性技术研究等。一定要增加对先进技术的研究以及对先进设备的引进,从而可以提升整个行业的水平。

传感器技术今后的发展趋势:(1)继续研发新型材料,大大提高材料的敏感性:由电子学、生命生物学、数字信号处理等各种学科进行交叉,使得各项新技术达到结合以及合理有效改进,就有希望诞生出更多采用新型敏感性更强的材料制造出的传感器。(2)精度越做越高:传感器的精确度是一项关键性的指标,细分起来就要注重传感器灵敏度、响应速度、互换性等是否优良,这些指标都达到之后,才能保证所研制的传感器应用于自动控制系统中的有效性。(3)紧凑微小化:使用更好的加工工艺和技术,合理运用新的材料, 来达到传感器紧凑微小化会成为近几年全球研究热门领域。传感器技术主要关注机电自动控制系统中的信息是否能精确传达,以及系统中的相关数据和信息的传输和变换是否流畅,从而让系统各个部件迅速结合为一个整体,组成相对完善的体系。

从另外的层面上说,机电自动化控制系统的设计,其实就是针对所需的功能要求进行选择各个部分的相关传感器技术的应用设计。传感器的优劣除了对机电自动控制系统性能的好坏起决定性作用,还会直接决定系统运行稳定可靠程度,总而言之,传感器技术是实现机电自动控制的重要一环。

4 结论

传感器技术是实现机电自动控制以及调节的重要一环,也可以说是整个控制体系中一项必不可少的核心技术,传感器技术的水平怎么样会直接改变整个系统的功能;如果传感器技术越好,整个系统实现机电自动控制就越自如。在比较完善的机电自动控制体系中,若采用的传感检测方案不是很好,最直接体现方式就是不能反映出被控对象的各项参数结果,从而就无法给出客观有效的检测结果,转换出容易传输和便于处理的信号就更无从谈起了,因此需要的关于自动控制的数据就无从获取,那么控制系统也没有办法正常工作。所以,在最初挑选各种传感设备的时候,应该尽可能优先挑可靠性强,适用性强,易于操作,易护理,性价比良好,经久实用的装置。

参考文献

[1]孙术杰.传感器技术在机电一体化中的应用[J].科技致富向导, 2012.

[2]李金莲,黄利银.浅谈传感器技术在自动控制系统中的应用[J].机电技术, 2007.

[3]毕振明.传感器技术在机电一体化中的应用探讨[J].中国新技术新产品, 2011.

作者单位

吉林机电工程学校 吉林省吉林市 132100

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