专利名称：机电一体化的数据采集单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生产过程自动控制的基础装置，具体地说，涉及一种机电一体化的由传感器，传送电缆和接口装置(与计算机联接的适配模块组成的数据采集单元)。
1976年由日本科技人员首先提出的“机电一体化”的科学概念，经过十几年的努力和开拓，已经被世界各国的科技界所认可并共同朝此方向钻研探索。中国最新颁布的火炬计划也明确提出“机电一体化”的科研新课题。现在，以计算机为代表的信息技术已经发展到相当的程度，如果能把目前常规的各种机械和工业装置链入以微计算机为基础的信息系统中去，实施机电一体化的前景就会很快来到，许多传统的概念和方法也会被摆脱和抛弃。现在，使用计算机辅助设计(CAD)技术设计工业产品，采用计算机辅助制造(CAM)技术来加工制造另部件乃至装配、检验整机等应用事例早已不是凤毛麟角，在某些技术部门已经比较普遍了。然而，目前还没有可以系统地，通用地沟通常规机械装置与计算机系统的接口设备，尤其是工业生产过程自动控制方面的监测装置和仪表，目前都通过专门的外围设备与计算机接通，这些复杂的外围设备售价高、维护技术也相当专业化，使一般的用户无力问津，因而不能作为机电一体化基础装备。
本发明的目的是充分利用当前已日趋成熟的半导体器件技术优势，提供一种适宜一般工业用户使用的通用的系列化数据采集单元，作为机电一体化的基础装置和沟通常规生产过程自动控制的机械装备与计算机系统相联系的输入“结”。
本发明是由传感器与其相对应的输入模块两部分组成，其中传感器中装有已封装于壳体中的一个敏感元器件，并通过电缆与标准化的插接件和相对应的输入模块连接，而外型制成集成电路模式的输入模块插在标准的工业控制界面“RTU”中，工业控制界面“RTU”与能够执行全部规定操作控制并存贮相应的全部软件的计算机相连接。
图1是本发明的原理框图。在传感器1的外壳中装有一个敏感元器件2和一个与该敏感物理量相适用的信号转换调整电路3，通过电缆5和标准接插件4与插在工业控制界面“RTU”中的输入模块6相连接。由此组成一个数据采集单元。其中敏感元器件2可以分为力敏、热敏、光敏、磁敏、微波敏和晶振六种基本类型。本发明的工作原理是装在机械设备或工业过程装置中需要监测部位的传感器敏感到其监测的某一个被控变量的状态发生的变化，通过信号转换调整电路产生一个反映这种状态变化的电信号(模拟的或数字的)，并通过电缆和接插件将该信号传输给输入模快，再由输入模块将该信号转换成工业控制计算机能够接收处理的输入信息，由计算机统一协调平衡，综合发出相应执行机构的各条指令来完成机电一体化的系统过程。
本发明在校验和标定时，应先将输入模块和传感器配套装在试验工厂内，作1000小时全测量范围的动态测试。整个测试过程由计算机按照规定的测试程序严格进行，并将测试数据全部存入专门建立的测试数据库，在测试结束后进行数据分析、处理及产品分挡，采用二次回归的方法将待标定的采集单元归纳出若干个特征参数，并以此特征参数作为该数据采集单元的物理量与模拟量的转换参数，按照二回归次方程，将电信号转换成工业控制计算机的输入信息。这样，正式使用时，只需将输入模块插入“RTU”，而把其特征参数及相应的处理软件全部输入计算机存储器，整个系统就可以正常工作了。现场标定时，可以将计量检验的标准数据采集单元与被测试的对象同时插在控制机内，同时运行。由计算机按照现场标定测试程序自动进行，并自动地将标定后的特征参数存入计算机的数据库而取代原先所存储的数据。
本发明的传感器里只有一个感应器件和其信号变换电路，利用当代高度发展的半导体器件技术的高技术优势而全部加工成集成化的组件，器件性能相当稳定，没有调整的另部件，不需要安装调校，输入模块也不需要经常标定，可以规定一个比较长的时间间隔作为标定周期。本发明将硬件全部实行器件化，使硬件高度筒化，设备开支大大减少，使得因外围设备提资巨大而不能推广的机电一体化具备了工程实施条件。所以，本发明是机电一体化的基础单元。本发明将常规控制仪表的处理功能全部改由计算机的软件执行，充分利用计算机的数据处理和实时控制的技术优势，而取代了常规的一次仪表和二次仪表系统。大大简化了现场的仪表调校和维护工作量，并利用固态组件本身的技术性能稳定可靠和寿命长等优点，有效地提高了过程控制的测试精度，为能很快输出信号恢复各个测控点的调定值，使设备达到最高效率的工作状态提供了技术装备的一个保证措施。
图2、图3是传感器的两个实例。其中图2的压电传感器中的敏感元件中压电晶体8，当晶体8中受到箭头所示的机械应力作用后，将产生弯曲、压缩成或拉伸，导改其两端的极板9之间的静电荷发生变化而输出相应变化的电压，该电压再经由晶体管放大器和射极跟随器组成的信号转换电路输出。
图3是把被测物理量-光照强度-转换为半导体材料电阻值变化的一种敏感器，敏感器件10是用专门的半导体材料制成，当照射在其上面的光线强弱发生变化时，该材料的电阻值也将发生变化。因该器件的两端并联在作为信号转换电路的平衡电桥的一个支路电阻R1上，这样就导改该支路的总阻也发生变化，破坏了电桥的平衡。在施加激励电压V1的状况下，就产生了输出的电压信号V2。而且，这个输出电压信号V2是与被测的物理量(光照强度)是成比例的。上述两个实施例都把敏感元件和信号转换电路集成化、器件化，使用方便，无须调整。
权利要求
1.一种机电一体化的数据采集单元，其特征是由传感器和与其相对应的输入模块两部分组成，其中传感器中装有已封装于壳体的一个敏感元器件，并通过电缆和标准化的插接件与相对应的输入模块连接，外型制成集成电路模式的输入模块插在标准的工业控制界面“RTU”中。
2.如权利要求1所述的数据采集单元，其特征是工业控制界面“RTU”与能够执行全部规定操作控制并存储相应的全部软件的计算机相连接。
3.如权利要求1所述的数据采集单元，其特征是传感器内包括有一个敏感元器件和一个与该敏感物理量相适用的信号转换调整电路。
4.如权利要求1或3所述的数据采集单元，其特征是传感器内所封装的敏感元器件可以分为力敏、光敏、磁敏、微波敏和晶振六种基本类型。
全文摘要
本发明是利用半导体器件技术制造的一种适宜广大工业用户使用的通用的系列化数据采集单元，由传感器与其相对压的输入模块两部分组成，并通过电缆和标准接插件联在一起。输入模块插在工业控制界面“RTU”中，籍此把敏感到的被控变量的状态变化，转换成工业控制计算机能够接收处理的输入信息。本发明将硬件全部实行器件化，使设备投资大大减少且性能稳定；控制功能由计算机软件执行，取代了常规的一次和二次仪表，是要电一体化的基础装备。
文档编号G06F3/00GK1050101SQ8910669
公开日1991年3月20日 申请日期1989年9月4日 优先权日1989年9月4日
发明者石行 申请人:北京市西城新开通用试验厂