專利名稱：機電一體化的數(shù)據(jù)采集單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)過程自動控制的基礎(chǔ)裝置，具體地說，涉及一種機電一體化的由傳感器，傳送電纜和接口裝置(與計算機聯(lián)接的適配模塊組成的數(shù)據(jù)采集單元)。
1976年由日本科技人員首先提出的“機電一體化”的科學概念，經(jīng)過十幾年的努力和開拓，已經(jīng)被世界各國的科技界所認可并共同朝此方向鉆研探索。中國最新頒布的火炬計劃也明確提出“機電一體化”的科研新課題?，F(xiàn)在，以計算機為代表的信息技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到相當?shù)某潭?，如果能把目前常?guī)的各種機械和工業(yè)裝置鏈入以微計算機為基礎(chǔ)的信息系統(tǒng)中去，實施機電一體化的前景就會很快來到，許多傳統(tǒng)的概念和方法也會被擺脫和拋棄。現(xiàn)在，使用計算機輔助設(shè)計(CAD)技術(shù)設(shè)計工業(yè)產(chǎn)品，采用計算機輔助制造(CAM)技術(shù)來加工制造另部件乃至裝配、檢驗整機等應(yīng)用事例早已不是鳳毛麟角，在某些技術(shù)部門已經(jīng)比較普遍了。然而，目前還沒有可以系統(tǒng)地，通用地溝通常規(guī)機械裝置與計算機系統(tǒng)的接口設(shè)備，尤其是工業(yè)生產(chǎn)過程自動控制方面的監(jiān)測裝置和儀表，目前都通過專門的外圍設(shè)備與計算機接通，這些復雜的外圍設(shè)備售價高、維護技術(shù)也相當專業(yè)化，使一般的用戶無力問津，因而不能作為機電一體化基礎(chǔ)裝備。
本發(fā)明的目的是充分利用當前已日趨成熟的半導體器件技術(shù)優(yōu)勢，提供一種適宜一般工業(yè)用戶使用的通用的系列化數(shù)據(jù)采集單元，作為機電一體化的基礎(chǔ)裝置和溝通常規(guī)生產(chǎn)過程自動控制的機械裝備與計算機系統(tǒng)相聯(lián)系的輸入“結(jié)”。
本發(fā)明是由傳感器與其相對應(yīng)的輸入模塊兩部分組成，其中傳感器中裝有已封裝于殼體中的一個敏感元器件，并通過電纜與標準化的插接件和相對應(yīng)的輸入模塊連接，而外型制成集成電路模式的輸入模塊插在標準的工業(yè)控制界面“RTU”中，工業(yè)控制界面“RTU”與能夠執(zhí)行全部規(guī)定操作控制并存貯相應(yīng)的全部軟件的計算機相連接。


圖1是本發(fā)明的原理框圖。在傳感器1的外殼中裝有一個敏感元器件2和一個與該敏感物理量相適用的信號轉(zhuǎn)換調(diào)整電路3，通過電纜5和標準接插件4與插在工業(yè)控制界面“RTU”中的輸入模塊6相連接。由此組成一個數(shù)據(jù)采集單元。其中敏感元器件2可以分為力敏、熱敏、光敏、磁敏、微波敏和晶振六種基本類型。本發(fā)明的工作原理是裝在機械設(shè)備或工業(yè)過程裝置中需要監(jiān)測部位的傳感器敏感到其監(jiān)測的某一個被控變量的狀態(tài)發(fā)生的變化，通過信號轉(zhuǎn)換調(diào)整電路產(chǎn)生一個反映這種狀態(tài)變化的電信號(模擬的或數(shù)字的)，并通過電纜和接插件將該信號傳輸給輸入?？?，再由輸入模塊將該信號轉(zhuǎn)換成工業(yè)控制計算機能夠接收處理的輸入信息，由計算機統(tǒng)一協(xié)調(diào)平衡，綜合發(fā)出相應(yīng)執(zhí)行機構(gòu)的各條指令來完成機電一體化的系統(tǒng)過程。
本發(fā)明在校驗和標定時，應(yīng)先將輸入模塊和傳感器配套裝在試驗工廠內(nèi)，作1000小時全測量范圍的動態(tài)測試。整個測試過程由計算機按照規(guī)定的測試程序嚴格進行，并將測試數(shù)據(jù)全部存入專門建立的測試數(shù)據(jù)庫，在測試結(jié)束后進行數(shù)據(jù)分析、處理及產(chǎn)品分擋，采用二次回歸的方法將待標定的采集單元歸納出若干個特征參數(shù)，并以此特征參數(shù)作為該數(shù)據(jù)采集單元的物理量與模擬量的轉(zhuǎn)換參數(shù)，按照二回歸次方程，將電信號轉(zhuǎn)換成工業(yè)控制計算機的輸入信息。這樣，正式使用時，只需將輸入模塊插入“RTU”，而把其特征參數(shù)及相應(yīng)的處理軟件全部輸入計算機存儲器，整個系統(tǒng)就可以正常工作了。現(xiàn)場標定時，可以將計量檢驗的標準數(shù)據(jù)采集單元與被測試的對象同時插在控制機內(nèi)，同時運行。由計算機按照現(xiàn)場標定測試程序自動進行，并自動地將標定后的特征參數(shù)存入計算機的數(shù)據(jù)庫而取代原先所存儲的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的傳感器里只有一個感應(yīng)器件和其信號變換電路，利用當代高度發(fā)展的半導體器件技術(shù)的高技術(shù)優(yōu)勢而全部加工成集成化的組件，器件性能相當穩(wěn)定，沒有調(diào)整的另部件，不需要安裝調(diào)校，輸入模塊也不需要經(jīng)常標定，可以規(guī)定一個比較長的時間間隔作為標定周期。本發(fā)明將硬件全部實行器件化，使硬件高度筒化，設(shè)備開支大大減少，使得因外圍設(shè)備提資巨大而不能推廣的機電一體化具備了工程實施條件。所以，本發(fā)明是機電一體化的基礎(chǔ)單元。本發(fā)明將常規(guī)控制儀表的處理功能全部改由計算機的軟件執(zhí)行，充分利用計算機的數(shù)據(jù)處理和實時控制的技術(shù)優(yōu)勢，而取代了常規(guī)的一次儀表和二次儀表系統(tǒng)。大大簡化了現(xiàn)場的儀表調(diào)校和維護工作量，并利用固態(tài)組件本身的技術(shù)性能穩(wěn)定可靠和壽命長等優(yōu)點，有效地提高了過程控制的測試精度，為能很快輸出信號恢復各個測控點的調(diào)定值，使設(shè)備達到最高效率的工作狀態(tài)提供了技術(shù)裝備的一個保證措施。
圖2、圖3是傳感器的兩個實例。其中圖2的壓電傳感器中的敏感元件中壓電晶體8，當晶體8中受到箭頭所示的機械應(yīng)力作用后，將產(chǎn)生彎曲、壓縮成或拉伸，導改其兩端的極板9之間的靜電荷發(fā)生變化而輸出相應(yīng)變化的電壓，該電壓再經(jīng)由晶體管放大器和射極跟隨器組成的信號轉(zhuǎn)換電路輸出。
圖3是把被測物理量-光照強度-轉(zhuǎn)換為半導體材料電阻值變化的一種敏感器，敏感器件10是用專門的半導體材料制成，當照射在其上面的光線強弱發(fā)生變化時，該材料的電阻值也將發(fā)生變化。因該器件的兩端并聯(lián)在作為信號轉(zhuǎn)換電路的平衡電橋的一個支路電阻R1上，這樣就導改該支路的總阻也發(fā)生變化，破壞了電橋的平衡。在施加激勵電壓V1的狀況下，就產(chǎn)生了輸出的電壓信號V2。而且，這個輸出電壓信號V2是與被測的物理量(光照強度)是成比例的。上述兩個實施例都把敏感元件和信號轉(zhuǎn)換電路集成化、器件化，使用方便，無須調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種機電一體化的數(shù)據(jù)采集單元，其特征是由傳感器和與其相對應(yīng)的輸入模塊兩部分組成，其中傳感器中裝有已封裝于殼體的一個敏感元器件，并通過電纜和標準化的插接件與相對應(yīng)的輸入模塊連接，外型制成集成電路模式的輸入模塊插在標準的工業(yè)控制界面“RTU”中。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)采集單元，其特征是工業(yè)控制界面“RTU”與能夠執(zhí)行全部規(guī)定操作控制并存儲相應(yīng)的全部軟件的計算機相連接。
3.如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)采集單元，其特征是傳感器內(nèi)包括有一個敏感元器件和一個與該敏感物理量相適用的信號轉(zhuǎn)換調(diào)整電路。
4.如權(quán)利要求1或3所述的數(shù)據(jù)采集單元，其特征是傳感器內(nèi)所封裝的敏感元器件可以分為力敏、光敏、磁敏、微波敏和晶振六種基本類型。
全文摘要
本發(fā)明是利用半導體器件技術(shù)制造的一種適宜廣大工業(yè)用戶使用的通用的系列化數(shù)據(jù)采集單元，由傳感器與其相對壓的輸入模塊兩部分組成，并通過電纜和標準接插件聯(lián)在一起。輸入模塊插在工業(yè)控制界面“RTU”中，籍此把敏感到的被控變量的狀態(tài)變化，轉(zhuǎn)換成工業(yè)控制計算機能夠接收處理的輸入信息。本發(fā)明將硬件全部實行器件化，使設(shè)備投資大大減少且性能穩(wěn)定；控制功能由計算機軟件執(zhí)行，取代了常規(guī)的一次和二次儀表，是要電一體化的基礎(chǔ)裝備。
文檔編號G06F3/00GK1050101SQ8910669
公開日1991年3月20日 申請日期1989年9月4日 優(yōu)先權(quán)日1989年9月4日
發(fā)明者石行 申請人:北京市西城新開通用試驗廠