韓超

Probe into the Application of Sensor Technology in Modern Industrial

Automatic Control System

Han Chao

[ Abstract ]

Sensor technology belongs to the top fine technology， and its birth means that my country's mechatronics technology has entered a newstage of development. Since sensor technology is an important part of the automatic control system， ir can make people's production more convenient andefficient， so its application in modern industrial automatic control systems must be paid attention to. However， there are still some problems in practicalapplications， which affect the production cost， so people have conducted more in-depth research and discussion. This article first briefly introduces sensortechnology， its problems， and future development directions， and then discusses in detail the application strategy of sensor technology in modem industrialautomatic control systems.

[ Keywords ]

sensor rechnology; automatic control system; application method1

1.傳感器技術概述

傳感器技術簡單來說就是可以直接在工業(yè)工程中進行測量的、根據(jù)一定規(guī)律將測量出來的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換的器件。雖然傳感器為生產(chǎn)帶來變革，但隨著時代發(fā)展，人們對傳感器的需求并不僅僅滿足于親自操作，而是對其數(shù)據(jù)有更高要求，所以人們開發(fā)出了更多新的應用方法，將其安裝于一些新的裝置中。在現(xiàn)代工業(yè)自動控制系統(tǒng)中，傳感器技術的有效應用能夠快速準確地進行信息獲取與處理，可以使系統(tǒng)的運行質(zhì)量提高。由此可見，在現(xiàn)代工業(yè)中，傳感器技術已成為一種不可缺少的技術，對促進現(xiàn)代工業(yè)進步有著重要作用。

2.傳感器技術在現(xiàn)代工業(yè)自動控制系統(tǒng)中的問題

2.1精細度不夠

雖然傳感器技術是頂級的精細技術，但是隨著科技的不斷發(fā)展，人們對傳感器技術有了更高要求，比如對數(shù)據(jù)精細度的要求更為苛刻。因為越精細的數(shù)據(jù)計算出來的結(jié)果誤差值就越小，能夠使工件質(zhì)量有所保障，進而使自動控制系統(tǒng)的生產(chǎn)效率提高。然而就目前的工業(yè)自動控制系統(tǒng)而言，其傳感器技術的精細度仍不夠，有待進一步提升。

2.2虛擬度有待提高

傳感器技術的虛擬度直接影響工作人員的安全以及實際生產(chǎn)率。在現(xiàn)階段工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常會出現(xiàn)各種安全事故，而通過調(diào)查，80%的事故原因都是傳感器的虛擬度不高。

3傳感器技術在現(xiàn)代工業(yè)自動控制系統(tǒng)中的應用策略

3.1應用于機械加工

3 .1.1應用于機械制造中

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，最重要的環(huán)節(jié)就是機械制造。這一環(huán)節(jié)對人力投入需求較人。而將傳感器技術應用于自動控制系統(tǒng)中，不僅可以解放勞動力，還可以提高生產(chǎn)效率，實現(xiàn)高效生產(chǎn)。簡而言之，工業(yè)生產(chǎn)中借助傳感器技術可以監(jiān)督、控制自動控制系統(tǒng)，直接反饋運行狀態(tài)，使技術人員掌握其運行狀態(tài)，有助于機械制造精細化的實現(xiàn)。此外，在進行有具體尺寸要求的工業(yè)生產(chǎn)時，也可以運用傳感器技術。工作人員只要將所需要生產(chǎn)的尺寸數(shù)據(jù)輸入，傳感器就會立馬將數(shù)據(jù)發(fā)送給系統(tǒng)控制中心，隨后系統(tǒng)控制中心會對數(shù)據(jù)進行分析，然后再進行生產(chǎn)，如此既可以提升生產(chǎn)效率與質(zhì)量，又提升了企業(yè)的生產(chǎn)效益。

3.1.2應用于切割過程中

切割顫振是進行機械切割時的較為常見的一種情況，不過其會影響工件表面的平滑度，降低工件質(zhì)量。而將傳感器技術應用于切割過程中可以有效地避免這種情況的發(fā)生，為工件質(zhì)量提供保障。在切割過程中應用傳感器技術可以采用兩種方法，一種是直接法，另一種是間接法。直接法是傳感器對切削力的變化進行檢測，測定機床的振動頻率，從而為切割提供有效的數(shù)據(jù)。一般通過直接法將傳感器技術應用于切割過程中的方式有測量動態(tài)儀、熱電動勢。測量動態(tài)儀出現(xiàn)的時間較早，一般被運用于車床加工、銑床加工中，其應用使得切割更加靈敏，保障了工件的質(zhì)量，深受工人們的信賴。不過在長時間使用過程中發(fā)現(xiàn)，機床的振動頻率高達幾千赫茲，所以測量動態(tài)儀的響應頻率需要在800～2 000 Hz之間才能夠滿足切割需求。熱電動勢這種方法的應用是需要一定條件的，即要在絕緣零部件中使用，而且還要形成閉合電路，所以其多運用于機床、刀具中。這種方法的操作并不是太難，所需要的成本也不高，而且其響應頻率為100 Hz左右，靈敏度并不高，所以也會經(jīng)常被運用于實驗室中，用來完成工件及刀具的電偶原理檢測。簡單來說，進行顫振切割時，工件會和相應的工具進行接觸，其接觸范圍、壓力會隨著顫振切割的發(fā)生變化，產(chǎn)生熱電動勢。間接方法指的是結(jié)合顫振效應檢測，一般用法有兩種：聲學法和光學法。聲學法是根據(jù)聲音進行檢測，其欠缺靈敏度，所以可靠性較差。且處于不同的切割環(huán)境，獲得的頻率響應會不同，一般來說在700 Hz。光學法一般被運用于實驗室中，因為不管是實用性還是可靠性，其都是較差的，且靈敏度也不高。

3.2應用于工業(yè)自動系統(tǒng)

3.2.1位移傳感

現(xiàn)代工業(yè)自動控制系統(tǒng)中應用較多的是機器人，而位移傳感就是把傳感器技術應用于機器人的關節(jié)，對機器人的關節(jié)自動量進行反饋、檢測。為了使檢測的數(shù)據(jù)更加準確，工業(yè)機器人的關節(jié)部位還安裝了一些檢測工具，比如微動開關、開關光電、電渦流等。通過其可以實現(xiàn)零位檢測，從而根據(jù)反饋回來的重復定位給機器人的安全提供保護。一般來講，位移傳感檢測的方法存在超聲波型、電感型、磁致伸縮型、光柵型、激光型等特性。超聲波型簡單來講就是反應速度較低，可以在一定的范圍內(nèi)使用。電感型相較而言運用的最為廣泛，因為其分辨率為幾十微米，可以使用的數(shù)量較人，成本也不是太貴。磁致伸縮型的成本較高，相對應的，其分辨率要比其他檢測方法的分辨率高，為兒微米，不過反應速度不高。光柵型的分辨率也較高，為兒微米，不過其反應速度是最差的，量程也只有10 cm，且成本較高。激光型的成本也較高，其分辨率為幾百到幾千微米，反應速度較快。

3.2.2加速度、速度傳感

機器人的環(huán)節(jié)中還應用了加速度傳感器、速度傳感器，因為需要測量機器人的加速度、速度，并且根據(jù)數(shù)據(jù)對其進行更好的控制。一般進行控制的方法有，結(jié)合位移傳感進行速度測量和根據(jù)測速發(fā)電機進行速度測量。結(jié)合位移傳感進行速度測量時可以選擇、檢測時間位移量單位，然后將轉(zhuǎn)換器利用起來，把FN轉(zhuǎn)換為電壓模擬。不過在運用這種方法進行速度檢測的時候要知道其是有一定的局限性的，而且速度不能太高，還存在不穩(wěn)定的情況。如果機器人的速度特別快的話，測量出來的結(jié)果的準確率不高。根據(jù)測速發(fā)電機進行速度測量是有一定的原理的，而且測量的方法不難，測量的結(jié)果也較為精準，所以經(jīng)常被運用于速度測量中。

3.3應用于機電設備安全狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)

3.3.1傳感器模塊

傳感器模塊是傳感器技術應用于礦山機電設備安全狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)中的一種元件。這種元件是具有廣譜性的氣敏元件，其可以應用于多種易燃易爆氣體的檢測中，還會給予相應的預警。其可以實現(xiàn)通信同步、接受通信協(xié)議的指令與信息，可以提供特定要求下的數(shù)字傳輸。即在溫度為-50-160℃之間、濕度為0-100℃之間。

3.3.2基站接收機節(jié)點

基站接收機節(jié)點一般被設置在礦井的主巷道里，其可以將固定的數(shù)據(jù)進行接收、上傳，然后通過通信電纜將數(shù)據(jù)傳送至信息采集數(shù)據(jù)庫中。

3.3.3信息采集數(shù)據(jù)收集庫服務器

其的土要運用是進行數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理，將數(shù)據(jù)按照一定的順序進行儲存。在完成這一工作后，其需要關注相關的數(shù)據(jù)變化，然后向監(jiān)控臺提供數(shù)據(jù)。而這一工作離不開傳感器技術的應用。

3.3.4監(jiān)控臺

監(jiān)控臺指的是監(jiān)控人員的操作臺，其主要是通過圖形這種方式對礦井中的接收機節(jié)點進行監(jiān)控，對數(shù)據(jù)進行采集，從而起到預警作用，對瓦斯超限等環(huán)境進行預警、報警。3.4應用于點式溫度

點式溫度傳感技術的運用使得現(xiàn)代工業(yè)的溫度變化檢測變得簡便，而且運行維護的成本不高，所以受到大量的現(xiàn)代工廠的歡迎。點式溫度傳感簡單來說就是在需要進行電纜溫度檢測到部位安裝檢測點，通過一定的傳輸設備把檢測點和顯示溫度的設備進行連接，人們只需要觀察溫度顯示設備就可以快速知道當前的電纜溫度，就可以知道這些點的溫度發(fā)生了怎樣的變化。

3.5應用于熱效應溫度

將傳感技術應用于熱效應溫度中可間接的進行溫度測量，其主要是依據(jù)紅外技術運行。通過在不同的溫度下將紅外技術利用起來對電纜進行測量，然后根據(jù)被測量的部位的紅外特征進溫度數(shù)據(jù)的搜集，最后根據(jù)這些數(shù)據(jù)進行處理、顯示。相較于其他的方法而言，熱效應溫度傳感技術可方便快捷地獲取到電纜纖芯溫度。

4傳感器技術的未來發(fā)展方向

4.1研發(fā)新型材料

隨著新型材料研發(fā)工作的不斷深入，傳感器的種類、類型變得多樣化，且其制作材料也從陶瓷、半導體轉(zhuǎn)變?yōu)榱烁呖萍?，如超導、光導材料的應用、研發(fā)新型納米材料等。也就是說，將傳感器技術應用于新型材料的研發(fā)工作中既可以幫助研發(fā)者不斷研制高新材料，也可以推動傳感器技術的自身發(fā)展，一舉兩得。

4.2微功耗、無源化方向

目前，傳感器工作仍舊依賴于電源，而節(jié)能降耗是社會熱門話題，且電源的使用會減少系統(tǒng)壽命，所以傳感器技術的未來發(fā)展必將以微功耗、無源化為方向。

4.3智能化和數(shù)字化方向

傳感器技術隨著科技的進步不斷發(fā)展，一些傳統(tǒng)功能終將被新型功能所替代，輸出的信號也將從單一化的模擬信號變?yōu)槎鄻踊臄?shù)字信號。換言之，傳感器技術會從單一的模擬信號器轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字傳感器，通過微電腦處理數(shù)字信號。鑒于智能傳感器具有理想化的發(fā)展空間，所以其將成為傳感器技術的未來發(fā)展方向。

4.4集成化技術

將集成化技術應用于傳感器中，可以有效降低功能耗用、降低制造成本，可以減小檢測誤差，提高反應速度，可以實現(xiàn)遠程操控，可以降低操作難度，所以集成化技術是傳感器技術的未來發(fā)展方向之一。

5結(jié)束語

綜上所述，隨著科技的不斷發(fā)展，人們對傳感器技術的要求也越來越高，所以需要不斷的進行革新。只有這樣，才能推動現(xiàn)代科技的發(fā)展，才能為人類的生活提供一定的便利，才能實現(xiàn)精準檢測。簡單來說，傳感器的技術水平與自動控制系統(tǒng)是有著一定的聯(lián)系的。上文簡單地闡述了傳感器技術在現(xiàn)代工業(yè)自動控制系統(tǒng)中的問題，如精細度不夠、虛擬度有待提高，還針對性地講述了一些應用方法，比如，可以將傳感器技術應用于機械加工中，使工件的質(zhì)量更高，使生產(chǎn)效率得到有效地提高;可以將傳感器技術應用于工業(yè)自動化系統(tǒng)中，對機器人進行更好的控制，對其的速度進行精準地測量;可以將傳感器技術應用于礦山機電設備安全狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)中，對易燃易爆炸的氣體進行檢測、預警，給工人的安全提供一定的保障;可以將傳感器技術應用于點式溫度中，測量電纜的溫度變化;可以將傳感器技術應用于熱效應溫度中，獲取電纜纖芯溫度。

參考文獻[1]劉家啟，王濤，王玥.傳感器技術在工業(yè)自動控制系統(tǒng)中的應用[J]

自動化應用，2018 （5）：150-151