王軫　張浩田　仝義鑫

摘 要：機(jī)械電子工程是20世紀(jì)70年代由日本提出的用于描述機(jī)械工程和電子工程一體化的一個技術(shù)術(shù)語。機(jī)械電子成為了一門新興的學(xué)科也僅僅始于20世紀(jì)80年代。近些年來，由于以信息處理為核心的人工智能技術(shù)的滲透，機(jī)械電子工程在傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)動力傳遞和機(jī)構(gòu)連接的基礎(chǔ)上，更強(qiáng)調(diào)了信息的連接和驅(qū)動作用，并逐步向智能方向發(fā)展，已經(jīng)逐漸成為機(jī)械工程的重要研究領(lǐng)域和技術(shù)革命的前沿方向。機(jī)械電子工程學(xué)科已經(jīng)發(fā)展成為一門集機(jī)械、電子、控制、信息、計算機(jī)為一體的工程技術(shù)學(xué)科。

關(guān)鍵詞：機(jī)械電子工程；傳感器和轉(zhuǎn)換器；測量系統(tǒng)

1 機(jī)械電子工程的概念

機(jī)械電子工程是20世紀(jì)70年代由日本提出的用于描述機(jī)械工程和電子工程一體化的一個技術(shù)術(shù)語。這個詞的英文名字是取機(jī)械學(xué)的前半部分和電子學(xué)的后半部分組合而成的。

在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，人們已經(jīng)意識到，未來的工業(yè)系統(tǒng)，尤其是先進(jìn)的機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計，制造和運行，將屬于那些懂得怎么樣去優(yōu)化機(jī)械和電子系統(tǒng)之間聯(lián)系的人，在這些系統(tǒng)中，信息將起著至關(guān)重要的作用；人工智能、專家系統(tǒng)、智能機(jī)器人將構(gòu)成未來機(jī)械電子系統(tǒng)的驅(qū)動、監(jiān)測、控制、和診斷的主導(dǎo)技術(shù)。

機(jī)械電子工程的本質(zhì)是：機(jī)械與電子技術(shù)的規(guī)劃應(yīng)用和有效的結(jié)合，以構(gòu)成一個最優(yōu)的產(chǎn)品或系統(tǒng)。在激烈競爭的環(huán)境中，只有將電子學(xué)和機(jī)械工程有效的結(jié)合在一起生產(chǎn)出來的產(chǎn)品才更具有競爭力。

2 機(jī)械電子工程的應(yīng)用

在制造業(yè)的廣大領(lǐng)域中，采用機(jī)械電子方法設(shè)計的優(yōu)點是：制造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)易于改變，且產(chǎn)品的質(zhì)量可以順利的上升檔次。日本人認(rèn)為產(chǎn)品革新的未來屬于那些能將電子系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合在一起的人，并已經(jīng)在這些方面取得了卓有成效。日本的公司充分考慮市場需求，將機(jī)械電子方法用于高速紡織機(jī)械、計量和監(jiān)測系統(tǒng)以及諸如集成電路自動檢測等具有特殊用途的機(jī)械的設(shè)計中，并開創(chuàng)了新的局面。機(jī)械電子工程在產(chǎn)品中的應(yīng)用從目前情況來看，有以下兩類產(chǎn)品：1將現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行機(jī)械電子改造以提高其性能；2用機(jī)械電子方法設(shè)計開發(fā)全新的產(chǎn)品。

3 機(jī)械電子工程的設(shè)計

在工程設(shè)計中，機(jī)械電子方法能將系統(tǒng)的大量材料和信息集中起來，使系統(tǒng)具有更高的性能、更強(qiáng)的靈活性。因此，要做到萬無一失，機(jī)械電子工程的設(shè)計必須包括初步設(shè)計和具體設(shè)計兩個階段。用機(jī)械電子方法進(jìn)行工程設(shè)計的核心是將電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)與機(jī)械系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合在一起。對現(xiàn)有產(chǎn)品或系統(tǒng)，也常用機(jī)械電子方法來改善其性能。工程設(shè)計的機(jī)械電子方法與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的配置有關(guān)，在這種方法中，可以實現(xiàn)各種技術(shù)的集成，并對其進(jìn)行評估。為達(dá)到這個目的，通常采用一種基于信息的自頂向下策略，就可以將系統(tǒng)分解成一些模塊。例如：環(huán)境模塊、裝配模塊、測量模塊、通訊模塊、處理器模塊、軟件模塊、執(zhí)行模塊、界面模塊等。從初級階段的概念來說，在每一階段都定義其下一級的模塊子集，最終，整個系統(tǒng)中的每個部件的設(shè)計，都可以從該部件與其他部件的相關(guān)處著手。

4 測量系統(tǒng)

測量系統(tǒng)的任務(wù)是獲取機(jī)械電子系統(tǒng)中需要的各種狀態(tài)信息，并根據(jù)這些信息來控制系統(tǒng)的運行。將傳感器配合某些特定功能的電路，可以構(gòu)成一個測量系統(tǒng)。在測量系統(tǒng)中，由于測量的范圍不同，并且測量系統(tǒng)的任一環(huán)節(jié)都可能存在內(nèi)部的噪音或者外界的干擾，使測量系統(tǒng)的性能受到影響，因此也需要一些指標(biāo)來表示測量系統(tǒng)的性能如：精度、穩(wěn)定性、輸入輸出特性等等。對于測量系統(tǒng)的設(shè)計來說，機(jī)械電子系統(tǒng)中的測量系統(tǒng)大多是自動測量系統(tǒng)，他爸檢測、數(shù)據(jù)處理、故障診斷和報警、校驗等技術(shù)結(jié)合在一起。往往是多個敏感器件、多路信號有機(jī)的構(gòu)成一個測量系統(tǒng)，而不是若干臺儀器儀表的簡單合并。簡單系統(tǒng)往往采用直接連接。通用總線系統(tǒng)主要用于計算機(jī)和各種常規(guī)外部設(shè)備及I/O部件，構(gòu)成通用計算機(jī)系統(tǒng)。測量系統(tǒng)的設(shè)計是為了保證能夠得到所需要的信息，因此測量系統(tǒng)是設(shè)計中的一個重要環(huán)節(jié)。

5 傳感器和轉(zhuǎn)換器

在很多測量系統(tǒng)中，傳感器和轉(zhuǎn)換器都是用來提供系統(tǒng)狀態(tài)信息的。傳感器是在測量系統(tǒng)中，對所測物理參數(shù)發(fā)生響應(yīng)的器件。轉(zhuǎn)換器是能吧信息和能量從系統(tǒng)某一部分傳送到系統(tǒng)另一部分的器件。在傳送過程中的同時，能量形式也可能發(fā)生變化。在使用時通常不作區(qū)分。其分類可按功能分為：位移、速度、加速度、幾何量、質(zhì)量、力、等等。根據(jù)性能分：可以用精度、穩(wěn)定性、線性度、靈敏度、量程等靜態(tài)性能和響應(yīng)特性的動態(tài)指標(biāo)來評估。根據(jù)輸出信號分：模擬量輸出、數(shù)字量輸出、頻率輸出、代碼輸出等等。在選用傳感器或轉(zhuǎn)換器時，用什么樣的輸出信號形式并不重要，因為用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器都可以獲得多需形式。重要的是測量元件的功能和系統(tǒng)的總體性能指標(biāo)必須滿足需求。

6 微處理器

控制和信息處理是機(jī)械電子系統(tǒng)兩種主要功能，期通常是由微處理器系統(tǒng)實現(xiàn)的。去其他控制和處理方式相比，微處理器有許多優(yōu)勢，其中最重要的是如下機(jī)電：1可存儲、可編程控制2數(shù)字處理3工作速度4設(shè)計的靈活性5集成化6費用低。對于嵌入式微機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計方法有：1基于模板的設(shè)計2基于模塊的設(shè)計3基于芯片的設(shè)計。

參考文獻(xiàn)

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