机电一体化中传感器与检测技术的实际应用分析

陶荣宝

摘要：本文对传感器和检测技术在机电一体化系统中的应用进行了分析，希望能为机电一体化的进一步发展提供有益的参考。

关键词：机电一体化;传感器与检测技术;实际应用

1机电一体化和传感器之间的相关分析

1.1传感器的概述

传感器也有着其发展的过程，最初传感器只是承担着如眼耳鼻等人体感知器官数据收集的功能，而发展到了现代之后，传感器的功能又增加了如人体大脑一样的分析判断和管控的能力，除了可以将从外界获取的信息和变化进行处理，转化为能够读取的信息数据，还可以实际运行情况进行实时的监控。同时实际运用的时候，依然需要根据检测的对象，来分析选择适合的传感器，如果是检测机电一体化设备的受压情况和内部温度，则选选用内部信息传感器，如果是针对外部的环境、湿度和温度进行监测，那就可以用外部传感器。所以，传感器的应用也需要与机电一体化系统的具体操作情况和感受相结合[1]。

1.2两者之间的关系

机电一体化中的机电设备中重要的组成部分之一就是传感器，它的主要功能对于存在于设备运行中的特征参数如速度、压力、温度、加速度、位移等进行的收集、测量，并对系统的运行起到有效控制的作用。

1.3作用和意义

传感器与检测技术的发展极为迅猛，发展出了缺陷无损、材料厚度检测技术、空间定位跟踪检测技术、故障检测技术、机械结构件失效分析评估技术、高精度位移跟踪控制技术、润滑及预知性设备管理技术以及视觉传感技术等，不同的技术都基于不同的传感器，同时再与信息化网络技术和无线通信技术相结合，机电一体化系统的发展也不断得到推进和提升，随着技术的不断成熟和提高，其发展也将更微型化、高度集成化、高效化和与多学科技术的高度整合化。

2传感器与检测技术在建筑机电一体化体系中的应用

2.1传感器在楼宇自控系统的应用

2.1.1基于路由的无线传感器网络数据融合

无线传感器网络以数据为中心的特点，要求中间节点在将数据从源节点转发到汇聚节点（简称节点）的过程中，根据数据的内容融合来自多个数据源的数据，以减少信息冗余，减少传输的数据量，达到节能的目的。因此，有必要将路由技术与数据融合相结合。通过在数据转发过程中适当地进行数据融合，可以减少数据融合过程中的网络拥塞，并且可以辅助路由协议延长网络寿命。

路由协议负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点，包括两方面的功能：寻找源节点和目的节点间的优化路径;将数据分组沿着优化路径正确转发。

在无线传感器网络中，路由协议需要有效地利用能量，并且传感器节点的数量往往很多，节点只能获取局部拓扑结构，这需要路由协议根据局部网络信息选择合适的路径。此外，无线传感器节点收集的原始数据量非常大，同一区域的节点收集的信息具有很大的冗余性。因此，在无线传感器网络的信息融合中，在保证任务目标实现的同时，有必要通过局部计算和融合来减少无线通信中的信息量，节约能源，延长网络生命周期[1]。

2.1.2无线传感器对建筑物监测应用

任何建筑物都有一定的使用期限，随着使用时间的增加，建筑物的安全性会逐渐恶化。定期监测可以提供建筑物健康水平的信息，并及时发出危险警报，从而减少一些不必要的人员和财产损失。传统的建筑监控系统大多是有线的，即传感器节点布置在建筑的一些重要位置，通过光缆与监控中心相连，这种有线监控系统有很多缺点。无线传感器网络监控系统的建设可以有效解决这一问题，其技术要点应主要考虑：

1）节能问题。对于一些大型建筑，传感器节点需要分布在各个角落，其中大部分远离监控中心。然而，对于无线监控系统来说，由于无线传输距离有限，传感器节点仅依赖电池供电，如何长距离传输数据以及如何节能以尽可能延长系统的维护周期是无线监控系统建设中需要考虑的关键问题。

2）无线传感器的选择。传统的建筑健康监测传感器价格高、布局难、能耗大，不适合无线监测。随着微机电系统技术的出现和发展，传感器的成本和能耗大大降低。

3）数据的产生速率。在建筑健康监测的准实时系统中，需要考虑测量建筑响应时传感器节点中数据的产生率，它给出了接近实时性能的系统吞吐量需求。

2.2安全傳感器检测系统

2.2.1火情检测

火情检测器的及时反应以及可靠性十分重要。楼宇中的传感器系统可以提供有关人员存在以及他们的健康状况信息，从而救援措施可以更为有效。

主要思路是通过在它们上附加气体传感器来提高火情检测器的性能。总的来讲，当火灾发生时，能量和物质的发生了转化。材料转变的特点由其产生的物质表现出来，一方面是灰尘，另一方面是散发的气体和烟粒。因为在火灾的初始阶段，气体比烟粒扩散快得多，气体传感器阵列的应用有助于提高监测速度和可靠性[2]。

此外为了能减小检测空间的范围，且提取出表现火灾情况特征的合适信息，需要一个特征提取单元。随后，提取出的特征必须被分类，从而估计出测量的数据属于哪一类，并知道是否应发送报警到火灾服务中心。调查显示，在火情检测中，神经网络适于进行模式识别。

2.2.2气体检测

在确定建筑物中的位置（如厨房或汽车间）中，由明火产生的有毒气体（如一氧化碳）就需要更高的二氧化碳浓度。需要检测的是这些有毒气体，并在危急情况下应采取通风措施。

在易燃气体的检测中，一般使用PELLISTORS。这些是基于对气体样品燃烧过程中释放的热量测量，而这反映了现存易燃气体的浓度。所释放的热量通过对PELLISTORS内的电阻增长的测量测得。

在对有毒气体的检测中，基于不同原理的气体传感器，例如，金属氧化物、电化学电池以及红外传感器，在商业上可用且可应用于智能建筑中。其他传感器，如石英微平衡（QMB）和表面声波（SAW）传感器已开发出来，并正走向市场。

3结语

总之，机电一体化已然成为未来机械行业的必然发展趋势，在机电一体化的发展进程中，加强对传感器和传感检测技术的研究是非常有必要的，这是因为传感器是决定机电一体化系统自动化水平的关键，只有传感器保持较高的灵敏度和较强的信息采集能力，才能使机电一体化系统等其他功能模块正常发挥作用，从而提高机电一体化系统的运行效率和质量。

参考文献：

[1]吕忠毅.机电一体化系统中传感器技术的运用[J].农机使用与维修，2018（2）：37-37.

[2]王利军.机电一体化系统中传感器与传感检测技术探讨[J].机械管理开发，2017，32（8）：141-142.

（作者单位：马鞍山市特种设备监督检验中心）