1、1、 簡述測控儀器設計中一般的設計要求包括哪些方面？主要的設計程序包括哪些？設計要求：精度要求檢測效率要求可靠性要求經濟性要求使用條件要求造型要求設計程序：確定設計任務設計任務分析調查研究總體方案設計技術設計制造樣機樣機鑒定或驗收樣機設計定型后進行小批量生產2、 簡述測控儀器的設計原則，并稍作說明 阿貝原則該原則指出，為使量儀能給出正確測量結果，必須將儀器的讀數可先吃安放在被測尺寸線的延長線上。就是說，被測零件的尺寸線和儀器中作為讀數用的基準線應順序排成一條直線 最小變形原則該原則指出，應盡量避免在儀器工作過程中，因受力變化或因溫度變化而引起的儀器結構變形或儀器狀態和參數的變化，并使之對儀器精

2、度的影響量小 測量鏈最短原則測量鏈最短原則則是指構成儀器測量鏈環節的構件數目應最少 坐標系基準統一原則這條原則是指，在設計零件時，應該使零件的設計基面、工藝基面和測量基面一致起來， 符合這個原則才能使工藝上或測量上能夠較經濟的獲得規定的精度要求而避免附加的誤差 精度匹配原則在對儀器進行精度分析的基礎上，根據儀器中各部分各環節對儀器精度影響的不同，分別對各部分個環節提出不同的精度要求和恰當的精度分配，這就是精度匹配原則 經濟原則經濟原則是一切工作都要遵守的一條基本而重要的原則3、 簡述測控儀器的設計原理，并稍作簡述 平均讀數原理在計量學中，利用多次讀數取其平均值，通常能夠提高讀數精度。利用這一原

3、理來設計儀器的讀數系統，即稱之為平均讀數原理 比較測量原理包括位移量同步比較測量原理、差動比較測量原理、零位比較測量原理 補償原理應用補償法進行誤差補償是應注意的問題有補償環節補償方法補償要求綜合補償4、線紋尺、度盤、碼盤都是絕對碼標準量的例子，根據它們的起始和終止的位置就可以確定所對應的線位移或轉角， 與測量的中間過程無關。 絕對碼標準量的抗干擾能力優于增量馬標準量，它不受停電、斷線等意外故障以及測量中間過程的影響，并易于恢復測量光柵、 激光干涉條紋等屬于增量馬標準量。 它的優點是可按需要任意設置零位， 這樣可以不必通過兩點的絕對坐標差去確定位移或轉角。 有的增量馬標準量還設有絕對零位。 增

4、量馬標準量需從測量條件、屏蔽、電路等方面采取措施，以提高其抗干擾能力5、 導軌運動的不平穩現象產生的原因是什么？如何加以改善？原因：導軌運動的不平穩現象主要是因為“爬行”現象。導致爬行現象的原因有導軌間的靜、 動摩擦系數差值較大動摩擦系數隨速度變化系統剛度差改善：要減小爬行，影視臨界速度降低，即應減小動摩擦力與靜摩擦力之差AF,增加系統阻尼和增加彈性環節剛度。當運動部分潤滑較好時也可使爬行減小6、 試述線性直流穩定電源和開關型穩定電源的工作原理，說明其特點和優勢。 線性直流穩定電源的原理是，靠調整管之間的電壓來穩定輸出，因此線性電源的出特點是工作在線性區，穩定性高，紋波小，可靠性高，易做成多路

5、。輸出連續可調，但是體積大、較笨重、效率相對較低 開關型直流穩定電源的功率器件調整管不是工作在線性區，而是工作在飽和區及止區， 即始終處于功率開關狀態， 開關電源因此而得名。 開關電源的優點是體積小， 重量輕，穩定可靠，尤其是輸入電壓范圍很寬；缺點相對于線性電源來說文波較大7、干擾耦合的方式主要有哪些？分別是怎么形成的？干擾耦合的方式主要有靜電耦合電磁耦合共阻抗耦合漏電流耦合 靜電耦合亦稱電容性耦合，產生的原因主要是由于兩個電子器件或者兩電路之間存在寄生電容，經寄生電容是一個電路的電荷影響另一個電路 電磁耦合的產生原因主要由于兩個電路存在互感，使得一個電路的電流化通過電磁耦合干擾另一個電路 共

6、阻抗耦合一般發生在兩個電路的電流流經一個公共阻抗其中一個電在該阻抗的壓降會影響另一路 漏電流耦合主要是由于絕緣不良，而流經絕緣電阻的電流所引起的的干擾8、試述在印刷電路板設計中的布線要掌握的一些原則？（對應電源線，信號線和地線） 。電源線的布線原則： 電源線和地線要盡量粗， 除減小壓降外， 更重要的是降低耦合噪聲。 只要允許， 還是盡可能用寬線。 導線的最小寬度主要有導線與絕緣基板間的粘附強度和流過它們的電流值決定。 導線之間的最小距離主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定信號線的布線原則： 布線時， 盡量避免 90 °折線， 使用 45 °折線或圓弧布線， 以 減少

7、高頻信號對外的發射和耦合。 布線時盡量減少回路環的面積， 以降低感應噪聲。 盡可能縮短高頻元件之間的連線， 設法減少它們的分布參數和相互間的電磁干擾。 輸入端和輸出端用的導線應盡量避免相鄰平行。 地線的布線原則：數字地與模擬地要分離，最后在一點接于電源地， A/D 、 D/A片布線也以此為原則。 單片機和大功率器件的地線要單獨接地， 以減少互相干擾。 低頻模擬電路采用單點并聯接地， 實際布線有困難時可部分串聯后在并聯接地。 高頻模擬電路采用多點串聯接地，地線應短而粗，高頻元件周圍盡量用柵格狀大面積地箔。9、接地設計的兩個基本要求是什么？什么是“浮地系統” ，有何優劣點？接地設計的兩個基本要求是

8、： 消除各電路電流流經一個公共地線阻抗時所產生的噪聲電壓避免形成地環路浮地系統， 是指儀器的整個地線系統和大地之間沒有歐姆連接，僅以“浮地” 作為它的電平基準，即參考電平。浮地系統的優點是不受大地電流的影響。 因此，作為系統 “地”的參考電平是按水漲船高的原理歲電壓的感應而相應的提高。 所以， 儀器內部的電子器件不會因高電壓的干音而擊穿，這對COMSI路尤為有利。浮地系統的缺點是， 當附近有高壓設備時，其機殼易感應較高電壓，形成噪聲干擾，因此安全性較差。10、在光學檢測系統中，什么是直接檢測系統和相干檢測系統？各有何特點？不論是相干光源還是非相干光源來攜帶光信息， 而檢測器件只直接檢測光強度，

9、 這種光電系統稱為直接檢測系統； 如果采用相干光源利用光波的振幅、 頻率、 相位來攜帶信息，光電檢測器檢測不是直接檢測光強而是檢測干涉條紋的振幅、頻率、或相位則稱為相干檢測系統。直接檢測系統簡單、應用范圍廣，而相干檢測具有更高的檢測能力和更高的信噪比，因而系統精度更高，穩定性也更好。11、說明干涉條紋外差檢測原理及特性。(1)原理b)圖6-51光學外差探測原理光學外差檢測原理如圖 a所示。入射信號光波的復振幅和本機振蕩參考光波的復振幅分別為Us(t)=a sSin( w st+ Q s)U0(t)=a 0sin( w 0t+ Q o) 則在光混頻器上的輸出光強為它的頻譜分布表如圖 b所示，其中

10、的倍頻項與和頻項不能被光電器件接受，只有當 3 0和3 s足夠接近，并使A 3 =3 s- 3 0處于探測器的通頻帶范圍內才能被相應。此時探測器的輸出信號為，此式為光學外差信號表達式(2)光外差檢測的特性光外差干涉測量具有以下優點：檢測能力強轉換增益高信噪比高濾波性好 穩定性和可靠性高。12、光電系統設計要考慮哪些重要原則？匹配原則(光譜匹配、功率匹配、阻抗匹配)干擾光最小原則共光路原則光電系統設計是測控儀器設計的一部分，它還應遵守儀器設計的阿貝原則、差動比較原則、精度原則、基面統一原則以及補償原理，平均讀數原理等基本原則和理論13、如圖所示是斐索平面干涉儀原理圖，試說明其工作原理，并說明其共

11、光路情 況。 原理：激光束1被聚光鏡3匯聚于小孔光欄4處, 光欄4位于準直物鏡7的焦面處，光束透過分光 鏡5向下通過準直物鏡 7平行光束出射，并垂 直入射到參考物鏡 M1上。M1為半反半透鏡， 一部分光線被 M1反射作為標準光束，另一部分 光透過參考鏡M1入射到被測表面M2上有被測 表面反射形成測量光束，兩束光在光欄6處匯合而產生干涉。在光欄 6處放置CCD攝像機便可 記錄下與被測表面相對應的干涉圖。光路情況：該系統的測量光束與參考光束基本上 處于同一環境中，溫度的變化和外界振動的影響 對兩束光基本上相同，因而有利于提高測量精 度。系統的測量光束與參考光束在參考鏡M1到被測物體之間是不同路的斐

12、索干涉儀原理圖1-激光束2-反射鏡3-聚光鏡4,6-光欄5-分光鏡7-準直物鏡14、如圖所示光路是用來檢測物面（鏡面）的，試說明其工作原理？采用的是何 種照明？ 原理：光源發出的光經物鏡 7投射 到物體8上，物鏡本身兼做聚光鏡。物鏡將物面成像到 CCD器件9的 光敏面上。這種照明系統可以檢測 反射鏡面上的缺陷。如果被測表面 是鏡面，則鏡面的反射光線全部進 入物鏡成像，因此整個圖像都是白 色。當鏡面上有腐蝕斑點或者污漬 時，所產生的漫反射光線進入物鏡 的甚少，因此圖像上將產生黑色的 斑點同軸反射照明1-光源 2-集光鏡 3-孔徑光4-視場光闌5-聚光鏡 6-分光鏡7-物鏡 8-物面9-CCD15

13、、試說明其工作原理，并用相應公式推導，設計要點?光源發出的光通量=0 m sin( . 0t - 0)1原理：是正弦波調制的激光束在傳播過程中利用其相位變化來測量距離。如圖所示該系統采用半導體激光器作為光源，在光源的驅動電路中施加正弦電壓。則光源發出的正弦規律的光通量0 = % + m sin(80t +中0)光輻射經光學系統 3發射到放在被測品贏物體上的靶鏡4上，光被靶鏡全反射后被光學器件6接收，經放大、鑒相后可獲得相位差變化少。若被測距離為D,從發射光到接收到返回光的時間為t,光的傳播速度為c,則t=2D/c,在這段時間里光載波的相位改變了小，即少=3 ot= woX2D/c,從而可以計算

14、出待測距離D=c 少 /2 3 o=c 少 /4 兀 fo 被測相位值 少=(m+Am) X 27t=mX27t+A16、試簡要說明時間法測距的原理，設計要點?強脈沖激光器1發出的激光巨脈沖經光學系統2射向被測距離的目標3,光被目標反射后被測距儀的光電檢測器件5接收。若該巨脈沖從發射到接收的時間延遲為t,則被測距離為D=(1/2)ct時間t可用脈沖填充法求出 t=N AT=N/f o從而可得D=(1/2)ct= (1/2 f°) Cn=KN 式中K=c/2 f0是測距脈沖當量，即單位脈沖對應的被測距離17、簡述激光干涉測長的基本原理，并給出公式，分析其原理誤差邁克爾遜干涉儀原理：由激

15、光器發出的光經分束鏡BS分為兩束，一束射向干涉儀的固定參考臂，經參考反射鏡M1返回后形成參考光束；另一束干涉儀的測量臂，測量臂中的反射鏡 M2將隨被測長度位移而移動，這一束光從測量反射鏡返回后形成測量光束；測量光束和參考光束的相互疊加干涉形成干涉信號。干涉信號的明暗變化次數N直接對應于測量靜的位移，可表示為L=N入/2=N入o/2n測量光路與參考光路的光程差為2n(Lm-Lr),對應的干涉條紋數為Ko=2n(Lm-Lr)/入0測量時，反射鏡 M2隨被測物體一起移動。如移動長度為L,那么干涉條紋數變為K=2nL/入o+2n(Lm-Lr)/入0若干涉條紋經m倍細分后，再用計數器計數，所記的數 為

16、K,那么 N=Km=2mnL/ 入 o+2mn(Lm-Lr)/ 入 0從而被測長度為 L=N X o/2mn-(L m-Lr)由于激光干涉測長是增量碼式測量，在測量開始前應對計數器清零，因而在測量過程 中只要Lm-Lr不在變化，其測量結果為L=N入0/2mn改式為激光干涉測長的基本公式誤差：對L=N入o/2mn-(L m-Lr)進行全微分，便可用微分法求出影響激光干涉測長的主 要誤差A L=為計數誤差；為波長不穩定帶來的測量誤差；為由于測量環境下空氣折射偏離標準環境下的空氣折射率而帶來的誤差；為測量過程中由于溫度、力變形及振動造成初試程差發生變化而帶來的誤差 18、螺旋測微機構誤差分析。由于制

17、造或裝配的不完善，使得螺旋測微機構的軸線與滑塊運動方向成一夾角。試求由此帶來的誤差。(P36)螺桿移動距離為l = P手輪滾珠由于原誤差為夾角誤差9 ,滑塊的實際移動距離L為L=Lcos 9 =19、如圖所示是小模數漸開線尺廓檢查儀。試說明其工作過程及實現測量的原理工作過程：被測齒輪 1與半彳5為R的基圓盤2同心安裝在主軸上，基圓盤 2有由鋼帶將其 與主拖板3相連。在主拖板3上安裝了直尺5,其角度可以通過專門的裝置實現調整。在推 力彈簧12的作用下，測量拖板 8與直尺5保持接觸，在測量拖板上安裝了測量杠桿9和測微儀10.轉動手柄7時，傳動絲杠4帶動主拖板上下移動，基圓盤在鋼帶的帶動下轉動，被

18、測齒輪隨之轉動。與此同時，直尺也上下移動，是測量拖板水平移動，此時，測量杠桿感受 的是被測齒輪的齒廓偏差信號，測微儀 10將其放大顯示。實現測量的原理：當主拖板在絲杠的帶動下上下移動的距離為L時，直尺也上下移動了L,在鋼帶的帶動下基圓盤逆時針旋轉W=L/R。此時，在彈簧的作用下，測量拖板向右移動的距離s=Ltan 0，設被測齒輪的基圓半徑為 r0,測量之前將直尺傾斜角度調整為0 =arctan(r0/R)那么測量拖板的位移距離為s=Ltan 0 =L ro/R= ro少20、自準直儀簡化原理圖如圖所示，用分劃板上的刻線尺來測量反射鏡的偏轉角, 分劃板上的刻線是均勻的，求原理誤差。圖1 光學自準

19、亶厚理十字線與其倒像之間錯開的距離z為z0=ftan2 ”當a很小時z=f 2 a則原理誤差為 A a = a - a o=zo/2f ?arctan(zo/f)=z0/f ?zo/f-1/3(z 0/f) 3 = 1/6(zo/f) 3=? a 0321、有一光學系統，具放大倍數為：M =義=。已知像面的軸向位置誤差y yx'=0.1mm,物高y = 20mm像高為y，像面到像方焦點間距 x' = 1000mm,求因此引起的儀器誤差兇。22、用游標卡尺測量工件的直徑。測量時，活動量爪在尺架(導軌)上移動，由 于導軌之間存在間隙，使活動量爪發生傾斜角而帶來測量誤差，其值為設S=

20、30毫米，中二1,?？ǔ咴O計不符合儀器設計的哪個原則？求由此帶來的誤差，此誤差屬于何種類型誤差。游標卡尺的讀數刻線尺和被測件的尺寸線不在一條線上，故不符合阿貝原則活動量爪發生傾斜角而帶來測量誤差，其值為Ai=Stan巾愛彭斯坦光學補償方法a）測長機工作原理圖b）光學補償原理補償阿貝誤差 工作原理：由尾座內光源照明的雙刻線分劃板及由讀數顯微鏡讀數的100mm刻線尺均安置于儀器床身上，并分別位于焦距f相同的兩個透鏡 N1、N2的焦平面上。反射鏡M2、透鏡N2及照明光源與尾座連為一體，反射鏡 M1、透鏡N1與頭座連為一體。對 于1m測長機而言，儀器床身上裝有10塊雙刻線分劃板，每兩塊相距100mm,每塊上面刻有09之間的一個數字。對零時，雙刻線指標成像在100mm刻尺的0刻線位置，即s1點。測量時，若工件長度的基本尺寸為100mm或其整數倍，則需尾座向左移動，若工件長度的基本尺寸除了100mm的整數倍外，還有自 0.1100mm的小數時，則還需同時將頭座向右移動到所需的數值上。 光學補償原理：由于傾角。的影響，在測量線方向上測端將向左移動AL=ht