微電子傳感信號控制下的的機械設(shè)備自動控制技術(shù)

孫利劍

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院連云港分院）

微電子傳感信號控制下的的機械設(shè)備自動控制技術(shù)

孫利劍

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院連云港分院）

隨著社會的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)也在不斷的進步，機械設(shè)備智能控制技術(shù)的信號傳感的延緩是一個需要不斷改進的問題。基于微電子傳感信號控制下的機械設(shè)備自動控制技術(shù)有效的改善了信號傳感延緩這一問題。這項技術(shù)是以傳感器來采集外界的傳感信號，運用技術(shù)對傳感信號進行識別或者轉(zhuǎn)化，并且運用各種儀器來測試各類信號的特征效果。本文針對這項技術(shù)進行了分析。

微電子；傳感信號；機械智能控制；信號轉(zhuǎn)換

引言

機電一體化又被稱為機械電子工程，是將傳感器技術(shù)、信息技術(shù)、接口技術(shù)、機械技術(shù)等多種技術(shù)融合在一起，并將其綜合運用到實際生活中。機電一體化目前已經(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)代機械設(shè)備的運轉(zhuǎn)中[1]。中國于20世紀(jì)80年代開始對機電一體化進行研究與應(yīng)用，在這幾十年來，中國機電一體化在中國的機械技術(shù)發(fā)展中已日趨成熟，機電一體化技術(shù)已運用到中國某些機械設(shè)備運轉(zhuǎn)中。但中國的機電一體化技術(shù)與日本這些發(fā)達(dá)國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)在機械設(shè)備伺服系統(tǒng)的作用

伺服系統(tǒng)又被稱為隨動系統(tǒng)，被用來對某個行為過程進行跟蹤或者復(fù)制。在目前社會中，精確度較高的機械儀器都已配備了伺服系統(tǒng)?，F(xiàn)代的伺服系統(tǒng)進行了模擬到數(shù)字化的轉(zhuǎn)變，數(shù)字控制化已經(jīng)滲入到各個方面?？梢钥吹轿磥硭欧到y(tǒng)的發(fā)展趨勢與數(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、價態(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)動設(shè)備與執(zhí)行裝置組成，高性能的伺服系統(tǒng)還有檢測裝置，為了輸出執(zhí)行中的實際情況。數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的功能是接受機械設(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)中采用微處理機控制，使信息的雙向傳遞的能力有了明顯的提高，可隨時改變控制參數(shù)。提高了信息存儲、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)在機械設(shè)備中檢測裝置的作用

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

2 微電子控制技術(shù)在機械設(shè)備中的具體控制過程

微電子控制技術(shù)對機械設(shè)備的控制可以分為三個方面，即對機械設(shè)備的檢測，機械設(shè)備在運轉(zhuǎn)過程中的指令的執(zhí)行，及對機械設(shè)備運轉(zhuǎn)的控制。

2.1 微電子技術(shù)對機械設(shè)備的檢測

微電子技術(shù)對機械設(shè)備從外界獲取的信息進行檢測、篩選和轉(zhuǎn)換，機械設(shè)備在其運轉(zhuǎn)中得到的工作指令為機械設(shè)備的輸入信息。輸出信息是指傳感器對于對于其他元件的運行所發(fā)出的信號。對于這些信號指令也可詳細(xì)分為數(shù)字信號和模擬信號[3]。數(shù)字信號是指變量是離散的，因變量也是離散的信號，主要包括數(shù)碼信號和脈沖信號。模擬信號是指幅度連續(xù)，其信號波形在時間上也是連續(xù)的信號。模擬信號波形隨著時間的變化而變化，模擬信號是一個變化的過程。模擬信號的應(yīng)用有位移檢測信號、風(fēng)力檢測信號等。風(fēng)力模擬信號在裝置中接受外界指令后，經(jīng)過裝置一系列的信號，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再有有關(guān)部件執(zhí)行指令。

2.2 微電子技術(shù)對機械設(shè)備的控制

傳感器作為系統(tǒng)中一個重要組成，在系統(tǒng)檢測過程中將被測量值運用一定的邏輯轉(zhuǎn)化成可被設(shè)備接受的信號。傳感器在其中被作為感受被測量值的一個組成器件，將原有的信號轉(zhuǎn)化為可被設(shè)備識別的信號，傳感器對于各種不同的的信號進行相應(yīng)的信號轉(zhuǎn)換，使得外界可以識別。

2.3 執(zhí)行部分

機械設(shè)備在接受到控制信號后，相應(yīng)裝置執(zhí)行此命令。在機械裝備中執(zhí)行裝置有三大類，即電動執(zhí)行、氣動執(zhí)行和液動執(zhí)行。對于執(zhí)行裝置的類型的識別是由傳感器完成的。

3 微電子機械系統(tǒng)在設(shè)備中的優(yōu)點

隨著信息技術(shù)與光通信技術(shù)的發(fā)展，微電子機械系統(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)動和控制等顯著優(yōu)點。

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

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

（3）集成化：可以把不同功能、不同敏感方向或致動方向的多個傳感器或執(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制造成百上千個微型機電裝置或完整的微電子機械系統(tǒng)。批量生產(chǎn)可大大降低生產(chǎn)成本。

（5）多學(xué)科交叉：微電子機械技術(shù)涉及電子、機械、材料、制造、信息與自動控制、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)在機械設(shè)備中的困難和機遇

微電子技術(shù)的應(yīng)用對于各個領(lǐng)域有著重大的影響，這已經(jīng)是一個共識。然而同時微電子技術(shù)在機械設(shè)備中也面臨著重大的問題，當(dāng)然這也是一種機遇。

4.1 微電子技術(shù)在機械設(shè)備中所面臨的困難

在目前中國的微電子技術(shù)在機械設(shè)備的運用中，微電子技術(shù)的程度還遠(yuǎn)沒有達(dá)到預(yù)期效果，究其原因，有以下幾點：

（1）中國目前在微電子技術(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）目前實現(xiàn)微電子技術(shù)在機械設(shè)備中的運用是否合理是通過排除法的方法來鑒別，這是一種對資源的浪費。

（3）微電子技術(shù)的設(shè)計與在產(chǎn)品中的實現(xiàn)需要同時完成，實現(xiàn)較為困難。

4.2 微電子技術(shù)在機械設(shè)備中的發(fā)展機遇

微電子技術(shù)是將多種學(xué)科綜合在一起的一種學(xué)科，各個學(xué)科中的人才濟濟，在未來生活中，有很大的發(fā)展空間，例如在太空研究方面，可能會給這些方面的研究帶來突破性的進展。對于國家，要對微電子技術(shù)的發(fā)展重視起來。

5 總結(jié)

微電子技術(shù)在機械設(shè)備中的應(yīng)用在社會很多領(lǐng)域都有運用，有著廣闊的發(fā)展前景。中國目前微電子技術(shù)控制機械設(shè)備的運用還不夠成熟，正處于關(guān)鍵的研究探索時期，國家應(yīng)對此予以重視。論文主要對微電子技術(shù)的背景，在社會中的應(yīng)用，微電子技術(shù)詳細(xì)運用在機械設(shè)備中的過程和微電子技術(shù)的優(yōu)點，及其在未來生活中所面臨的困難與機遇進行論述。相信在未來生活中，微電子傳感信號控制下的的機械設(shè)備自動控制技術(shù)會有更好的發(fā)展。

[1]徐章鎖.基于虛擬原型的機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.微電子傳感信號控制下的機械設(shè)備自動控制技術(shù)[J].中國科技信息，2014，5（7）：54～55.

[3]李進生.基于微電子傳感信號的機械設(shè)備自動控制[J].科技通報，2012，2（11）：850～851.

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1004-7344（2016）24-0269-02

2016-8-7