引言 21世纪是一个伟大的世纪,对于一个学习机械工程类的学生而言,要想在这个充满魔力的世纪里大放光彩,为祖国的繁荣发展贡献出自己的一份力量,在市场逐渐趋于饱和状态的同时能够独立创新,迎合时代的发展,这就对我们当代大学生就提出了一个空前的挑战和机遇。2,关于我国机械制造业的现状 目前,我国机械制造业远远落后于世界发达国家,特别在高技术含量,大型高效或精密、复杂的机电新产品开发方面,缺乏现代设计理论和知识的积累,实验研究和开发能力较弱,停留在引进与仿制国外同类产品阶段,大部分关键机电产品不能自主开发和独立设计,仍然需要依靠进口或引进技术。造成这种情况的重要原因之一就是缺乏掌握现代设计理论知识,具有实验研究和创新开发能力的人才工业设备在制造过程及整机性能测试中离不开各种机械量和几何量,有些工业设备在运行中还要经常对多种物量进行检测或监视,包括位移、速度、加速度、力、力矩、功率、压力、流量、温度、硬度、密度、湿度、比重、黏度、长度、角度、形状、位置、表面粗糙度、表面波形等,这些均属于物理量。实际生产、生活和科学实验中还会遇到化学量、生物量(包括医学),而所有这一切,从信号工程的角度来看,都需要通过传感器,将其转换成电信号(近代还可以转换成光信号),而后再进行信号的传输、处理、存储、显示、控制……,从信息的角度看,这些信号连同声音和象信息都是信息的源头,所以传感器和检测仪表、测量仪表是信息科学技术的三部分(信息获取、信息传输、信息处理)中的重要部分为有效控制机电一体化系统[1]的运作提供必须的相关信息。随着人类探知领域和空间的拓展,电子信息种类日益繁多,信息传递速度日益加快,信息处理能力日益增强,相应的信息采集——传感技术也将日益发展,传感器也将无所不在。逐步在世界范围内掀起一股“检测传感器热”,各先进工业国都极为重视传感技术和传感器研究、开发和生产,检测传感器及其系统生产已成为重要的新兴行业。 传感器技术包括敏感机理,敏感材料,工艺设备和计测技术四个方面约有30多种技术。随着微电子技术的发展,传感器技术发展很快,我国研发的力量尚需大量投入,特别要加强具存自主知识产权的传感器的创新开发。科研成果的转化及传感器生产产业化问题,在我国更是迫在眉睫的问题,在批量生产情况下,控制传感器产品性能(主要是稳定性、可靠性),使之合格率达到商业化产业要求,就需要有先进的制造工艺和自动化水平很高的工艺设备,因此应在开发专用工艺设备上下功夫,决传感器生产产业化的“瓶颈”问题。在传感器的应用上,特别是新型传感器的应用上,还得大力推广,改革开放创造了市场经济条件,各种工业设备应用了先进的传感器,这扩大了传感器市场,也使我国新型传感器生产产业化有了动力。在传感器生产产业化过程中,应该在引进国际技术和自主创新两方面都不放松。在引进国外先进技术中,可以提高自己的技术,同时也满足了国内市场的需求,形成了传感器生产产业规模。如横河公司最近发布的EJX多变量变送器,就是个可以考虑引进技术的例子, 它精度高(0.025%)、智能化程度高,采用现场总线技术,由于能把质量、流量、介质[2]压力及导管堵塞诊断、蒸气[3]体热诊断和孔板磨损情况等多种变量和信息经现场总线传输给中央控制室;对保证生产和提供设备维护信息、保证安全运行都很有利,这种新型变送器的发展,配合了自动化系统管控一体化的变革,只有信息源头能力强了,信息丰富了,才能使信息化更好促进生产力发展。另外,广阔的重化工工业市场使得新型传感器变送器在石油化工、冶金、电力等多个行业用量可以达到批量化产业要求。 3、检测传感技术在机电一体化中的发展前景智能化是机电一体化与传统机械自动化的主要区别之一,也是21世纪机电一体化的发展方向。近几年,处理器速度的提高和微机的高性能化、传感器系统的集成化与智能化为嵌入智能控制算法创造了条件,有力地推动着机电一体化产品向智能化方向发展。智能机电一体化产品可以模拟人类智能,具有某种程度的判断推理、逻辑思维和自主决策能力,从而取代制造工程中人的部分脑力劳动。 系统化。系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态,进行任意的剪裁和组合,同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现特征之二是通信功能大大加强,一般除RS232等常用通信方式外,实现远程及多系统通信联网需要的局部网络正逐渐被采用。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系,如何赋予机电一体化产品以人的智能、情感、人性显得越来越重要。机电一体化产品还可根据一些生物体优良的构 造研究某种新型机体,使其向着生物系统化方向发展。微型化。微型机电一体化系统高度融合了微机械技术、微电子技术和软件技术,是机电一体化的一个新的发展方向。国外称微电子机械系统的几何尺寸一般不超过1cm3,并正向微米、纳米级方向发展。由于微机电一体化系统具有体积小、耗能小、运动灵活等特点,可进入一般机械无法进入的空间并易于进行精细操作,故在生物医学、航空航天、信息技术、工农业乃至国防等领域,都有广阔的应用前景。目前,利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术,在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。 模块化。模块化也是机电一体化产品的一个发展趋势,是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、信息接口的机电一体化产品单元是一项复杂而重要的事,它需要制订一系列标准,以便各部件、单元的匹配和接口。机电一体化产品生产企业可利用标准单元迅速开发新产品,同时也可以不断扩大生产规模。 网络化。网络技术的飞速发展对机电一体化有重大影响,使其朝着网络化方向发展。机电一体化产品的种类很多,面向网络的方式也不同。由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾,而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。 绿色化。工业生活舒适的同时也使资源减少,生态环境受到严重污染,于是绿色产品应运而生。绿色化是时代的趋势,其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中, 对生态环境无危害或危害极小,资源利用率极高。机电一体化产品的绿色化主要是指使用时不污染生态环境,报废时能回收利用。绿色制造业是现代制造业的可持续发展模式。多传感器数据融合技术正在形成热点,它形成于20世纪80年代,它不同于一般信号处理,也不同于单个或多个传感器的监测和测量,而是对基于多个传感器测量结果基础上的更高层次的综合决策过程。有鉴于传感器技术的微型化、智能化程度提高,在信息获取基础上,多种功能进一步集成以致于融合,这是必然的趋势,多传感器数据融合技术也促进了传感器技术的发展。多传感器数据融合的定义概括:把分布在不同位置的多个同类或不同类传感器所提供的局部数据资源加以综合,采用计算机技术对其进行分,消除多传感器信息之间可能存在的冗余和矛盾,加以互补,降低其不确实性,获得被测对象的一致性释与描述,从而提高系统决策、规划、反应的快速性和正确性,使系统获得更充分的信息。其信息融合在不同信息层次上出现,包括数据层(像素层)融合、特征层融合、决策层(证据层)融合。由于它比单一传感器信息有如下优点,即容错性、互补性、实时性、经济性,所以逐步得到推广应用。应用领域除军事外,已适用于自动化技术、机器人、海洋监视、地震观测、建筑、空中交通管制、医学诊断、遥感技术等方面。