孫利劍

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院連云港分院）

微電子傳感信號(hào)控制下的的機(jī)械設(shè)備自動(dòng)控制技術(shù)

孫利劍

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院連云港分院）

隨著社會(huì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)也在不斷的進(jìn)步，機(jī)械設(shè)備智能控制技術(shù)的信號(hào)傳感的延緩是一個(gè)需要不斷改進(jìn)的問(wèn)題?；谖㈦娮觽鞲行盘?hào)控制下的機(jī)械設(shè)備自動(dòng)控制技術(shù)有效的改善了信號(hào)傳感延緩這一問(wèn)題。這項(xiàng)技術(shù)是以傳感器來(lái)采集外界的傳感信號(hào)，運(yùn)用技術(shù)對(duì)傳感信號(hào)進(jìn)行識(shí)別或者轉(zhuǎn)化，并且運(yùn)用各種儀器來(lái)測(cè)試各類(lèi)信號(hào)的特征效果。本文針對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了分析。

微電子；傳感信號(hào)；機(jī)械智能控制；信號(hào)轉(zhuǎn)換

引言

機(jī)電一體化又被稱(chēng)為機(jī)械電子工程，是將傳感器技術(shù)、信息技術(shù)、接口技術(shù)、機(jī)械技術(shù)等多種技術(shù)融合在一起，并將其綜合運(yùn)用到實(shí)際生活中。機(jī)電一體化目前已經(jīng)向智能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化等方向發(fā)展。目前這種技術(shù)已經(jīng)融入到現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)中[1]。中國(guó)于20世紀(jì)80年代開(kāi)始對(duì)機(jī)電一體化進(jìn)行研究與應(yīng)用，在這幾十年來(lái)，中國(guó)機(jī)電一體化在中國(guó)的機(jī)械技術(shù)發(fā)展中已日趨成熟，機(jī)電一體化技術(shù)已運(yùn)用到中國(guó)某些機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中。但中國(guó)的機(jī)電一體化技術(shù)與日本這些發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定差距。

1 微電子傳感技術(shù)在設(shè)備中的應(yīng)用

1.1 微電子傳感技術(shù)在機(jī)械設(shè)備伺服系統(tǒng)的作用

伺服系統(tǒng)又被稱(chēng)為隨動(dòng)系統(tǒng)，被用來(lái)對(duì)某個(gè)行為過(guò)程進(jìn)行跟蹤或者復(fù)制。在目前社會(huì)中，精確度較高的機(jī)械儀器都已配備了伺服系統(tǒng)?，F(xiàn)代的伺服系統(tǒng)進(jìn)行了模擬到數(shù)字化的轉(zhuǎn)變，數(shù)字控制化已經(jīng)滲入到各個(gè)方面?？梢钥吹轿磥?lái)伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)與數(shù)字化關(guān)系密不可分。

全數(shù)字的伺服系統(tǒng)具有較高的動(dòng)、價(jià)態(tài)特性。顯著的改善了控制的可靠性，并且數(shù)字電路溫度漂移小，不存在參數(shù)的影響，使其穩(wěn)定性有了一定提高。伺服系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)設(shè)備與執(zhí)行裝置組成，高性能的伺服系統(tǒng)還有檢測(cè)裝置，為了輸出執(zhí)行中的實(shí)際情況。數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的功能是接受機(jī)械設(shè)備的指令，驅(qū)使有關(guān)配置執(zhí)行有關(guān)指令，這就提高了指令執(zhí)行的高效性。目前的永磁交流伺服電機(jī)的發(fā)展十分迅速，特別是在方波控制向正弦波控制轉(zhuǎn)換后，系統(tǒng)穩(wěn)定性更好。調(diào)速范圍寬。在伺服系統(tǒng)中采用微處理機(jī)控制，使信息的雙向傳遞的能力有了明顯的提高，可隨時(shí)改變控制參數(shù)。提高了信息存儲(chǔ)、診斷、監(jiān)控的能力，使得伺服系統(tǒng)日益趨向智能化。

1.2 微電子技術(shù)在機(jī)械設(shè)備中檢測(cè)裝置的作用

微電子技術(shù)在機(jī)械設(shè)備的位置檢測(cè)中主要作用于裝置與檢測(cè)部位間的位移，然后再反饋到數(shù)控裝置的比較器中，與輸入原來(lái)的指令的位移進(jìn)行比較，用比較后的差值進(jìn)行控制，使部件進(jìn)行一定的移動(dòng)。整個(gè)過(guò)程是一個(gè)半閉環(huán)系統(tǒng)的檢測(cè)[2]。這種半閉環(huán)系統(tǒng)精確度高，速度與其動(dòng)態(tài)特性?xún)?yōu)良，一般都被運(yùn)用到一些高精端的機(jī)械儀器中。

2 微電子控制技術(shù)在機(jī)械設(shè)備中的具體控制過(guò)程

微電子控制技術(shù)對(duì)機(jī)械設(shè)備的控制可以分為三個(gè)方面，即對(duì)機(jī)械設(shè)備的檢測(cè)，機(jī)械設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的指令的執(zhí)行，及對(duì)機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的控制。

2.1 微電子技術(shù)對(duì)機(jī)械設(shè)備的檢測(cè)

微電子技術(shù)對(duì)機(jī)械設(shè)備從外界獲取的信息進(jìn)行檢測(cè)、篩選和轉(zhuǎn)換，機(jī)械設(shè)備在其運(yùn)轉(zhuǎn)中得到的工作指令為機(jī)械設(shè)備的輸入信息。輸出信息是指?jìng)鞲衅鲗?duì)于對(duì)于其他元件的運(yùn)行所發(fā)出的信號(hào)。對(duì)于這些信號(hào)指令也可詳細(xì)分為數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)[3]。數(shù)字信號(hào)是指變量是離散的，因變量也是離散的信號(hào)，主要包括數(shù)碼信號(hào)和脈沖信號(hào)。模擬信號(hào)是指幅度連續(xù)，其信號(hào)波形在時(shí)間上也是連續(xù)的信號(hào)。模擬信號(hào)波形隨著時(shí)間的變化而變化，模擬信號(hào)是一個(gè)變化的過(guò)程。模擬信號(hào)的應(yīng)用有位移檢測(cè)信號(hào)、風(fēng)力檢測(cè)信號(hào)等。風(fēng)力模擬信號(hào)在裝置中接受外界指令后，經(jīng)過(guò)裝置一系列的信號(hào)，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再有有關(guān)部件執(zhí)行指令。

2.2 微電子技術(shù)對(duì)機(jī)械設(shè)備的控制

傳感器作為系統(tǒng)中一個(gè)重要組成，在系統(tǒng)檢測(cè)過(guò)程中將被測(cè)量值運(yùn)用一定的邏輯轉(zhuǎn)化成可被設(shè)備接受的信號(hào)。傳感器在其中被作為感受被測(cè)量值的一個(gè)組成器件，將原有的信號(hào)轉(zhuǎn)化為可被設(shè)備識(shí)別的信號(hào)，傳感器對(duì)于各種不同的的信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的信號(hào)轉(zhuǎn)換，使得外界可以識(shí)別。

2.3 執(zhí)行部分

機(jī)械設(shè)備在接受到控制信號(hào)后，相應(yīng)裝置執(zhí)行此命令。在機(jī)械裝備中執(zhí)行裝置有三大類(lèi)，即電動(dòng)執(zhí)行、氣動(dòng)執(zhí)行和液動(dòng)執(zhí)行。對(duì)于執(zhí)行裝置的類(lèi)型的識(shí)別是由傳感器完成的。

3 微電子機(jī)械系統(tǒng)在設(shè)備中的優(yōu)點(diǎn)

隨著信息技術(shù)與光通信技術(shù)的發(fā)展，微電子機(jī)械系統(tǒng)與光學(xué)技術(shù)相結(jié)合，使得其具備了體積小、成本低、可批量生產(chǎn)、可精確驅(qū)動(dòng)和控制等顯著優(yōu)點(diǎn)。

（1）以硅為主要材料，機(jī)械電器性能優(yōu)良：硅的強(qiáng)度、硬度和楊氏模量與鐵相似，密度類(lèi)似于鋁，熱傳導(dǎo)率接近鎢。

（2）微型化：微電子機(jī)械系統(tǒng)器件體積小、重量輕、耗能低、慣性小、諧振頻率高、響應(yīng)時(shí)間短。

（3）集成化：可以把不同功能、不同敏感方向或致動(dòng)方向的多個(gè)傳感器或執(zhí)行器集成于一體，或形成微傳感器陣列、微執(zhí)行器陣列，甚至把多種功能的期間集成在一起，形成復(fù)雜的微系統(tǒng)。微傳感器、微執(zhí)行器和微電子器件的集成可制造出可靠性、穩(wěn)定性很高的微電子機(jī)械系統(tǒng)。

（4）批量生產(chǎn)：用硅為加工工藝在一片硅片上可同時(shí)制造成百上千個(gè)微型機(jī)電裝置或完整的微電子機(jī)械系統(tǒng)。批量生產(chǎn)可大大降低生產(chǎn)成本。

（5）多學(xué)科交叉：微電子機(jī)械技術(shù)涉及電子、機(jī)械、材料、制造、信息與自動(dòng)控制、物理、化學(xué)和生物等多種學(xué)科，并集約了當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展的許多尖端成果。

4 微電子技術(shù)在機(jī)械設(shè)備中的困難和機(jī)遇

微電子技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于各個(gè)領(lǐng)域有著重大的影響，這已經(jīng)是一個(gè)共識(shí)。然而同時(shí)微電子技術(shù)在機(jī)械設(shè)備中也面臨著重大的問(wèn)題，當(dāng)然這也是一種機(jī)遇。

4.1 微電子技術(shù)在機(jī)械設(shè)備中所面臨的困難

在目前中國(guó)的微電子技術(shù)在機(jī)械設(shè)備的運(yùn)用中，微電子技術(shù)的程度還遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到預(yù)期效果，究其原因，有以下幾點(diǎn)：

（1）中國(guó)目前在微電子技術(shù)方面的高精尖人才還不太多，技術(shù)支持力度還比較薄弱。

（2）目前實(shí)現(xiàn)微電子技術(shù)在機(jī)械設(shè)備中的運(yùn)用是否合理是通過(guò)排除法的方法來(lái)鑒別，這是一種對(duì)資源的浪費(fèi)。

（3）微電子技術(shù)的設(shè)計(jì)與在產(chǎn)品中的實(shí)現(xiàn)需要同時(shí)完成，實(shí)現(xiàn)較為困難。

4.2 微電子技術(shù)在機(jī)械設(shè)備中的發(fā)展機(jī)遇

微電子技術(shù)是將多種學(xué)科綜合在一起的一種學(xué)科，各個(gè)學(xué)科中的人才濟(jì)濟(jì)，在未來(lái)生活中，有很大的發(fā)展空間，例如在太空研究方面，可能會(huì)給這些方面的研究帶來(lái)突破性的進(jìn)展。對(duì)于國(guó)家，要對(duì)微電子技術(shù)的發(fā)展重視起來(lái)。

5 總結(jié)

微電子技術(shù)在機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用在社會(huì)很多領(lǐng)域都有運(yùn)用，有著廣闊的發(fā)展前景。中國(guó)目前微電子技術(shù)控制機(jī)械設(shè)備的運(yùn)用還不夠成熟，正處于關(guān)鍵的研究探索時(shí)期，國(guó)家應(yīng)對(duì)此予以重視。論文主要對(duì)微電子技術(shù)的背景，在社會(huì)中的應(yīng)用，微電子技術(shù)詳細(xì)運(yùn)用在機(jī)械設(shè)備中的過(guò)程和微電子技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，及其在未來(lái)生活中所面臨的困難與機(jī)遇進(jìn)行論述。相信在未來(lái)生活中，微電子傳感信號(hào)控制下的的機(jī)械設(shè)備自動(dòng)控制技術(shù)會(huì)有更好的發(fā)展。

[1]徐章鎖.基于虛擬原型的機(jī)電一體化建模與仿真技術(shù)研究[D].西安電子科技大學(xué)，2013，8（11）：94～95.

[2]郭俊莉.微電子傳感信號(hào)控制下的機(jī)械設(shè)備自動(dòng)控制技術(shù)[J].中國(guó)科技信息，2014，5（7）：54～55.

[3]李進(jìn)生.基于微電子傳感信號(hào)的機(jī)械設(shè)備自動(dòng)控制[J].科技通報(bào)，2012，2（11）：850～851.

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1004-7344（2016）24-0269-02

2016-8-7