传感器与检测技术在机电一体化系统中的有效应用
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【摘 要】机电一体化是新时代科技的产物，已经广泛应用在各个领域，对于经济的发展具有重要意义。传感器和检测技术在机电一体化中占有重要的地位，本文介绍了传感器与检测技术的基本概念。通过对传感器与检测技术在机电一体化系统中的应用，介绍了其在机电一体化系统中的自动控制和自动调节作用，此外，还对机电一体化系统中的一些常见传感器功能、种类进行了简要的说明，指明了其未来的发展方向和应用研究领域。
【关键词】机电一体化系统；传感器；检测技术；自动控制
传感器作为机电系统中的一种重要器件和装置，能够完成对规定信息的检测，同时，将检测到信息转换成一种可用的信号进行输出。传感器主要是为控制系统提供正常运行所需要的信息，对系统自身的作业状态和控制对象与环境的状态进行检测。伴随着现代技术的不断发展，传感器发挥着越来越重要的作用，尤其是传感器与检测技术在机电一体化系统中的应用，为机械智能化提供了一种新的研究方向。
1.传感器和机电一体化的介绍及其联系
传感器技术在机电一体化系统中占有重要地位，是机电一体化系统的重要组成部分，传感器技术的高低水平，对于机电一体化系统的整体技术水平具有重要的影响，传感器技术越先进，机电一体化的水平就越高。
传感器在机电一体化系统中的作用好似人体的感觉器官，传感器发明的灵感就来源于人体的视觉、嗅觉等五个器官获取信息的作用，作为一种新型的技术，传感器能够将外界环境给予的刺激信号转换为可以读取的可用信号，然后将其传递给系统进行分析。传感器的定义包含三个方面，分别是能够进行检测任务的测量装置，将需要被测量的物理量、化学量和生物量作为输入量和输出物理量，其中输出的物理量可以是光，也可以是气，但是，最主要的是电量。
传感器的种类多种多样，因此在实际应用中具有多种分类，但是，由于目前的物理量能够通过不同的测量原理进行测量，导致无法对传感器进行统一的分类。因此，既可以根据工作原理进行分类，也可以根据输出信号的性质进行分类，还可以通过传感器的作用对其进行分类，这三种分类是比较常见的分类方法。在选择所需的传感器时，要综合考虑各种影响因素，只有选择合适的传感器，才能保证测量结果的正确性。
2.传感器与检测技术在机电一体化系统中的应用
传感器作为机电一体化系统的最重要技术之一，已经在各种自动化产品中得到了广泛的应用。
2.1传感器在温度测量中的应用
测量方法可以分为接触式和非接触式两个大类。当传感器与被测对象相互接触时，两者之间能够发生热传递，当传感器的感温器件与被测物体的温度达到一致时，传感器显示的温度即为被测物体的温度，这种测量方法即为接触式，该方法具有操作简便，结果精确度高的特点，经济实惠，但是缺点也非常明显，在温度达到一致的过程中，需要一定的等待时间，同时，传感器的热敏元件会吸收一部分所测物体的热量，若所测物体的温度过高，或者具有腐蚀性和毒，很容易造成元件的损坏，因此，应用有一定的限制；还有一种是根据物体的热辐射性质进行测量，物体辐射的电磁波能量大小与物体本身的温度具有特定的关系，因此，通过特殊的检测装置对这些电磁波信号进行接收和分析，然后将接收到的信号转换成温度的表现形式，就可以实现物体的非接触式测量。这种测量方法避免了接触式测量产生的测温滞后问题，而且拥有更大的测量范围，消除了应用限制，而且不会影响被测物体的温度场，但是，这种测量方法测量时较为繁琐，同时测得的结果不够准确。
2.2传感器在压力测定中的应用和在流量测量中的应用
压力测量在工业上是比较常见的一种数据测量，对于工业生产具有重要作用，因此，测量压力的传感器种类很多：利用水银或者水作为测量液的U型管和单管压力计，在低压或者负压时常用这种简便的传感器；还有一种是根据弹性形变原理的弹性式压力表，其中的压力测定传感器的测量基础是波纹管、弹簧管和膜片等具有硬性变形的材料，这种传感器在低压和微压时具有很好测量特性。
流量的测量具有很多方法，一种是速度式的流量传感器，它能够根据流过已知截面的流体速度进行测量，然后将这种速度转换成对应的温度信息，这类传感器有很多，像转子传感器、电磁波传感器和涡旋传感器等。另外一种是容积式流量传感器，它的测量原理是测量单位时间内已知容积的容室排出流体的次数，然后对瞬时流量和总的流量进行测量，这类传感器通常指刮板和旋转活塞式。还有一种是质量式的流量传感器，包含量热式、角动量式等5种传感器。
2.3机械加工过程的传感检测技术
首先，切削过程和机床运行过程中的传感技术应用。在进行切削时，传感器主要是用来提高切削的速度，减少制造成本，以及检测金属材料的切割。传感器通过对切削过程中的力、振动、声音发射和电机的功率等进行检测，来辨识切削过程中切削力和振动的变化情况。当机床运行时，传感器的主要作用是对驱动系统、轴承和回转系统、温度的监测和控制以及安全性进行检测，检测结果中包含了机床发生故障时停留的时间，加工工件的粗糙程度，同时还能够得到加工过程中的加工精度和准确度，以及液的使用量和机床的运行状况等。
其次，工件加工过程中的传感。传感器的早期应用是监视工件的加工过程，这也是传感器最广泛的应用，然而，早期的传感器由于技术的限制，只能起到对质量的监控作用，直到20世纪80年代，才开始应用到工件的识别和安装位置上。主要用来检测工件的加工过程是否达到了规定的工件加工标准程序，也就是被加工的工件是否满足生产要求以及工件的安装位置是否在规定的安装位置。目前，由于传感器技术的限制，还无法很好的完成这些工作，因此，我们还需要进行更加深入的研究，完善传感器的识别和检测功能。
最后是砂轮的检测和传感。材料的切割过程主要是切割和磨削。砂轮的磨损程度对于切削的质量和精度具有重要的影响，当磨损过大时，很难保证切削过程中的精度和质量，破坏元件表面的完整性，这就是砂轮失效现象。导致这种情况出现的主要因素是没有对机床出现的故障进行及时的处理，严重时甚至出现危险事故，威胁到员工的人身安全和企业的财产安全，而机床故障的检测就是由传感器完成的。
2.4传感器在工业机器人中的应用
工业机器人通过各种传感器对自身、操作对象和作业环境进行感知，进行准确的操作，其中，内部传感器能够获得自身的状态信息，外部传感器则可以实现对操作对象和外部环境的感知，这对于工业机器人的操作是一个非常重要的过程。
在机器人的各个关节上安装微动开关、电涡流、和光电开关等传感器，能够对机器人的零位和极限位置进行检测，零位能够帮助机器人进行重复定位，保证操作的精度和轨迹的精度，而极限位置的检测则可以对机器人起到保护作用，保证机器人的动作在安全范围内。
位移传感器通常也安装在机器人的每个关节上，然后将检测到的位移信息转换成位置控制信息，实现对机器人的位移控制。加速度和速度传感器对机器人的速度和加速度进行控制。而安装在机器人手腕和手抓部位的触觉传感器，则通过触觉得到操作对象的位置，然后根据得到的位置信息对手抓位置进行调整，使之更加准确的抓住操作对象。
3.总结
总之，无论是广阔的宇宙太空和海洋，还是基础科学，各种各样的传感器和检测技术在各个方面发挥着重要的作用。但是，虽然我国传感器技术的研发和传感检测技术的应用取得了一些成绩，然而，同国外的先进技术相比，仍然存在着巨大的差距，因此，我们要对研究方法和设备做出更多的提高，从而增强传感器和检测技术的整体运用。
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