电子学与自动化

在二十世纪的今天，我们对“自动化”这个名词已经很熟悉了。自动测量、调整和控制技术已经深入到各个科学技术领域，使得在各种生产中加快了生产速度，提高了质量，减轻了劳动强度，大大地提高了劳动生产率。特别是，有些生产过程的条件很坏，劳动强度很大。例如炼钢和轧钢工人整天待在上千度的红热钢材和炼钢炉旁，化工厂的工人经常呼吸有毒的气体。如果使这些生产过程自动化，就能使人们摆脱繁重的劳动，保证工人的安全和健康。在发射导弹、人造卫星、宇宙飞船以及在掌握原子能等尖端技术时，由于过程极为迅速，具有放射性和其他危险，人不能直接参加工作。这时就必须采用各种遥测遥控设备来使这些过程自动进行。否则，这些尖端技术就只能停留在纸面上，不能付诸实现。此外，在日常生活中也有不少应用自动技术的例子，如自动调节光度的台灯等等，这里就不一一列举了。

虽然可以用一些机械式或气压液压式的机构实行自动化，但是效果都不很好。作出来的设备很笨重，而且惯性太大，反应不灵敏。只有在无线电电子学获得飞跃发展之后，自动化技术才能发挥最大的效能。电子器件几乎没有惯性，反应非常灵敏；无线电电子设备很容易和其他自动化线路连接，并且能进行遥测遥控。因此，人们利用电子学的成就，创造出了各式各样的自动化设备。它们可以控制轧钢机自动轧出钢材；进行无人炼钢；自动调整和管理庞大的发电站；机床有了它们以后，能自动制出各种形状的零件；利用遥测及遥控设备，还成功地发射了人造卫星、宇宙飞船，并自动拍摄了月球背面的照片……。这些自动化设备的许多环节都是离不开无线电电子学装置的。下面简单介绍一些自动技术中应用无线电电子学技术的例子。

生产中常有一些需要计数的地方，如手表厂制造的极小零件的计数，把药片分成一定数量装瓶等。这种工作非常麻烦，人作起来很慢，又易出错。采用电子计数装置就可以迅速而准确地完成这个任务。一般采用触发器式电子计数器计数，用各种传感器将被计算的数目变为电脉冲，把这些脉冲信号加到计数器中进行计数。现在，一些手表厂采用酒石酸钾钠的压电传感器和电子计数器装置来数小齿轮的数目，当每个小齿轮落到压电晶体上时，传感器就产生一个电压脉冲。脉冲送入电子计数器即可在仪表上指示出齿轮的数目。

图1是一种利用光电传感器的药片自动装瓶机。它能自动数出药片的数目，并将它们分成一定数量装入瓶内。制成的药片飞快地从存储器中单行喷出（每分钟可达15000片），经过输送管装到瓶中。每个药片遮断光源一次，因此在光电管上引起一个电压脉冲。计数器根据这些脉冲计数。当药片数目刚好装够一瓶时，预先调整好的电子计数器就发出信号，使电磁铁转动活门，于是药片就从另一根输送管装到第二瓶中。采用这种装置，使计数速度和准确度有了很大提高。

利用电子学装置，可以在人不能达到的地方或快速的生产过程中，自动测量、调整和控制一些参数（温度、压力、液体表面高度、厚度等）。例如，用超声波或X光厚度计可以在轧钢过程中测量钢板厚度，而不与红热的钢板接触。具有电子管振荡器的自动温度控制仪可以使温度保持恒定，这种装置的简图见图2。电子管振荡器的屏栅线圈L\(_{p}\)和Lc装在调节支架上，并由于反馈作用产生振荡。此时屏极电流很低，继电器衔铁放开，炉子继续加热。当炉温升高到指定温度时，固定在温度计指针上的小铝片便进入L\(_{p}\)Lc的间隙中，降低其耦合度，振荡器不再振荡，屏流上升，继电器动作，切断加热器电源，停止加热。这类自动控制器广泛用在工农业中控制加热炉的温度。

由于大功率整流器、闸流管、引燃管等电子离子器件不断趋于完善，有可能对生产中的一些大型电机的参数直接实行电子控制（电动机转速、转向、功率、电流等）。例如，利用电子管移相电路控制闸流管的导电时间，改变其平均电流值，就可以控制由闸流管供电的电动机电枢电流，使电动机的转速改变。采用这种方法比用其他方法既经济又便利，而且易于接入其他自动控制电路，构成更复杂的自动化系统。

一个工人在一台不寻常的机床上工作着，他熟练地操纵手柄，制造出了合格的零件。然后，这台机床就能自己制造同样的零件，与工人第一次制出的零件丝毫不差！这就是能够“记忆”的机床——磁带录音程序控制机床。

在这种机床上装有一台记忆操作信号及以后重新发出控制命令的磁带录音机（图3a）。工人操纵机床时，刀具的运动带动了整步电机，从整步电机中发出了相应的电压信号，经过放大后被记录在磁带上。当工人作完零件时，磁带上就记录下相应于各动作（进刀、切削、退刀）的信号。自动加工时，开动录音机，磁头把磁带上的信号重现，放大以后的电信号使整步电机转动，控制机床按规定顺序作出相应的动作。

近年来，采用穿孔带程序控制的自动机床也有很大发展。我们按照零件的形状和尺寸在纸带上打出不同组合的孔，然后把纸带送入“阅读”装置。阅读装置中有读数转鼓或光电管读数器（如图3b），当纸带上每小孔通过转鼓的触头或光电管时，就产生一个电压脉冲，把这些脉冲送入电子计算机中，就可根据不同的脉冲数目和组合，控制机床动作（每一个脉冲可使机床的刀具移动一个很小距离）。这样就能用穿孔带控制机床，不同的零件只要更换穿孔带就可以了。

如何保证规定动作准确地完成呢？也是用电子装置（如光栅和光电管联合装置）来测量刀具的位置，然后发出反馈信号到电子计算机中，计算机把反馈信号与标准信号进行比较。如果刀具位置不正确，计算机就发出调整命令，移动刀具，直到达到规定位置为止。它们的精确度可达千分之几毫米。

在铁路运输方面，应用电子控制机可以自动驾驶火车。控制机实际上是一台能记忆和进行逻辑运算的电子计算机，它可以把线路情况，机车发动机和制动器的性能，列车重量，行车时刻表和速度限制等火车行驶时所需的情报“记住”。当火车行驶时，控制机根据线路上不断出现的实际情况与它的“记忆”相比较，从而能选择出最合理的行驶方案，决定行车速度或把车停下。

在管理十字路口的交通方面，已开始使用雷达和电子计算机。这种装在路口上的雷达装置不断地发出定向锥形电磁波。当有汽车进入雷达扫描区时，反射回来的雷达信号就产生频率的变化，检波设备将标准信号与反射信号加以比较，得出差频信号，就用这个信号开动信号灯，放过打算通过的车辆。苏联更制成了采用电子计算机控制的信号灯。在这种自动控制系统中，计算机能从接收到的信号中判断出有多少车辆接近十字路口。当车辆到达一定数目时，它就自动转换红绿灯。若有救护车等需要立刻通行的车辆时，这种车辆的司机可以发出一种特殊的脉冲信号，电子计算机收到这一信号后，就马上变换红绿灯，使这种车辆优先通行。

以上只是在自动技术中应用无线电电子学的几个例子。在很多科学部门中广泛地应用着类似的装置。现代的大型水电站和变电所已经采用遥测遥控装置使电站管理远动化，把数个距离很远的大电力系统联合在一起；在宇宙飞行中，电子自动设备更是发挥了不可缺少的作用。

随着科学技术和工农业生产的发展，以自动化的要求越来越高。因此，对无线电电子学也提出了更加迫切的任务。首先，要为自动化系统制造新型传感器，使它们能在更繁重的条件下可靠地工作。在这方面，已经制出了新型半导体和利用霍尔效应的传感器等。其次是进一步应用计算技术控制科学研究和生产过程，以及综合利用电视、电子计算机，遥测遥控等电子学装置，对生产过程进行无人监视及自动调整，并使各个自动化的生产环节配合起来，达到全车间甚至整个工厂的自动化。无线电电子学进一步和自动学，控制论，运筹学，数理逻辑等学科相结合，能创造出更加新奇的自动化装置。例如，已经制成了利用人体生物电流所产生的脉冲来控制的机械手，自动电子诊断机，可以回答人提出的问题的“电子脑”等等。它们将会把自动化推向新的发展阶段，甚至使一部分非创造性的简单脑力劳动用自动化设备代替。

我们可以看出，虽然无线电电子学不是自动化技术的全部，但如果没有它的帮助，自动化技术也决不会有今天这样辉煌的成就。我们要在这方面进行更深刻的努力，创造新型的自动化系统，使我国的科学技术和生产更迅速地向前发展。（安培）