微电子传感技术对机械自动控制的应用

分类：微电子论文发表 时间：2020-10-28 09:30 关注：(1)

　　基于机械设备中，智能控制的信号延迟问题影响机械设备的自动化水平，阐述微电子传感器的应用可以有效控制信号延迟，分析采用微电子传感信号的机械设备自动控制系统。

　　关键词：微电子，传感信号，机械设备，自动控制

　　目前，我国机械设备的自动化控制技术在不断发展，但仍存在一定的问题，导致机械设备无法进行精准高效的自动控制。将微电子传感信号应用在机械设备的自动控制中可以增强信号的精准度，保证信号的稳定性[1-7]。因此研究微电子传感信号在机械设备自动控制中的应用具有重要意义。

　　1微电子机械系统的特点

　　（1）微型化。与传统的机械设备相比，微电子传感信号设备的体积非常小，不会占用过大的空间，也比较轻，消耗的能源也相对较少。同时，设备的性能也没有随着体积的减小而减弱，不会出现谐振频率不稳定等情况。（2）集成度高。之前每一个传感器的分工不同，所以每一个传感器都需要独立存在，但是在机械设备中应用微电子传感信号之后可以将所有的传感器都规划成一个传感器系统。比如说可以将不同制动功能的传感器规划成一个系统。且这些传感器的工作并没有受到系统合并的影响。此外，形成一个系统之后传感器的稳定性有明显的提升。（3）材料优。将微电子传感信号应用在机械设备中时都会使用硅这种材料。相比其他材料，硅具有密度大、硬度高等优势。同时，作为一种传导材料，硅的传导性能也比较好。（4）综合性强。微电子技术是一种综合性较强的技术，集中了很多高精尖技术，应用范围也非常广泛，在军事、医疗以及航天等领域中都占据着重要位置。

　　2微电子传感技术在机械设备中的应用

　　根据研究发现，微电子传感技术在机械设备中发挥着重要作用，可以将其应用在机械设备的伺服系统以及检测装置中。（1）在伺服系统中的应用。大多数数字设备中都含有伺服系统，伺服系统具有全数字、高性能的特点，未来电子设备将会向全数字化的伺服方向发展。在微电子技术不断发展的过程中，微处理器的运行速度在不断加快，运行功能也越来越完善。伺服系统可以有效控制设备的速度、位置以及电流等各个方面，且具有状态自动检测、故障提示以及信息处理等功能。部分设备主回路中的电子器件已经应用了智能化功率模块，使伺服系统成为轻巧且无噪音的系统。（2）在检测装置中的应用。在机械设备中应用微电子传感信号可以自动检测设备的位移情况和速度，即一旦机械设备出现移动，微电子传感信号就会立即发出反馈信号。整个检测过程主要是由位移传感器、电流传感器以及速度传感器等传感器共同完成的。其中位置传感器可以检测到位移状况，将具体情况转变为电信号，然后信号处理器会对电信号进行综合处理，放大弱信号，使弱信号成为强信号，从而增强设备稳定性，而这一过程应用了光栅技术。相对来说，光栅传感器具有稳定性高、精确度高等特点，所以可广泛应用在精密度高的数字设备中。

　　3微电子传感信号在机械设备的自动控制过程

　　机械设备主要是由机械设备和电气这两大部分共同构成的，可以分为检测、执行、机械以及控制等各个方面。（1）检测部分。检测部分的主要作用就是获取外界信息，转换信息格式。检测部分的信号传播顺序主要可分为传入信号和输出信号这两部分，信号传播形式可分为数字量以及模拟量信号这两种。在机械设备的检测部分中应用微电子传感信号时，传入信号就是在设备工作过程中获得的状态信号，输出信号即驱动设备原件正常运行的内部信号。数字量信号指的是在限定幅值范围内出现的离散信号，需要通过高低逻辑电频或者是上升沿和下降沿进行控制，主要由脉冲信号、数码信号等信号构成。模拟信号会随着测量情况的变化而变化，在变化时温度、速度等信号都属于模拟信号。模拟量信号在经过模拟数字转换系统的处理之后会转变为数字量信号，之后会传递给控制器，控制设备会根据相关数据进行科学处理。（2）控制部分。微电子传感器在机械设备的控制部分中发挥着前置转换的作用，在完成检测之后转换成有规律的装置信号。在这一过程中需要使用到传感器的敏感元件，因为敏感元件可以对规则信号进行处理，使规则信号转变为可以传输的信号和可以被测量到的信号，这时传感器就可以迅速转换速度、温度、压力以及位移等信号。每一个传感器的功能都不同，所以这些传感器需要对相应的感应信号进行转换，使信号可以被识别。（3）执行部分。在机械设备中，执行部分的主要作用是进行运动和产生动力，从而使系统运动起来，需要通过控制信号来完成。执行装置被详细划分为了电动、气动以及液动执行这三种类型。电动执行主要是将电能转换为运动机械能；气动执行是将气体的压力处理成运动机械能；液动执行是将液体压力转变为运动机械能，而微电子传感器可以自动识别整个转换过程。

　　4机械小信号的转换

　　采集电信号是微电子传感信号自动控制机械设备的关键环节之一。和传统的信号相比，小电波信号比较注重分析局部的频率变化，所以小电波信号的延展性和准确性较高。同时，小电波信号可以有效展现出信号中的细节，所以在机械信号转换中发挥着极大的优势。从小电波信号的原理来看，在微电子转换和表达机械信号时，转换信号的强度需要达到一定要求，这样才能够提高机械设备自动控制的精准性。因此，需要对机械信号进行逐层分解，将其分为高频信号和低频信号这两种类型，这样分解之后就可以直接达到降低甚至是消除噪音的目的。同时，和传统的信号相比，小电波信号在分解时，函数这一存在并不是唯一的，这样就可以对小电波信号进行详细筛选，从中找出研究价值高的信号，并增强机械信号。在挑选小电波信号时需要坚持自相似的原则，要和判别函数相一致，支集长度也要符合要求。

　　5挑战与机遇

　　（1）挑战。将微电子传感信号应用在机械设备的自动控制中可以提高自动控制的水平，但是这一应用也遇到了很多挑战。首先，从实际情况来看，若想真正在机械设备中应用微电子设备需要进行大量的实验，并通过排除法进行应用，这会消耗大量的人力、物力以及财力，无论是对于厂家还是使用者来说都不太便利。从厂家的角度考虑，大量的实验存在较大的浪费，而从使用者的角度来说会增加使用成本，所以应用范围有限。其次，目前我国的微电子设备在系统的包装方面仍然存在多种问题，比如外观较差、集成度不高等，影响到了微电子设备的应用。再次，即便是一个非常小的器件也具有十分复杂的设计过程，而微电子设备的设计更为繁杂，同时也无法分离设计和功能，所以只能同时完成设计以及功能，这样不仅会耗费大量精力，也无法完全实现所有的性能。此外，我国研究微电子技术和器件等领域的专业人才较少，无法满足社会需求。（2）机遇。随着各个学科和各个领域的不断发展，微电子技术会越来越成熟，同时机械设备对于经济发展来说也十分重要，所以未来微电子传感信号会更广泛地应用在机械设备的自动控制中。

　　6结语

　　微电子技术虽然是一种新兴技术，但其具有微型化、集成度高、材料优、综合性强等优势，所以应用范围较为广泛，覆盖了医疗、国防、工厂生产等多个领域，在促进社会经济的发展中发挥着重要作用。因此，可以将微电子传感信号应用在机械设备自动控制的检测部分、控制部分以及执行部分中，从而提高机械设备自动控制的精准度和效率。

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　　作者：于莹莹