机电一体化期末考试试题及答案.docx

1. 什么是“机电一体化”？以打夯机为例，内含机械与电器，问这是不是机电一体化产品？答：机电一体化又称机械电子工程，是机械工程与自动化一种，英语称为Mechatronics，它是由英文机械学Mechanics前半部分与电子学Electronics后半部分组合而成。打夯机不属于机电一体化产品。由于打夯机只是一般机械加电器，它属于硬连接或者称为机械连接只能应用在就地或者小范围场所使用，不能满足大面积和远程控制。而机电一体化就不一样样了，它不光有硬连接、机械连接尚有软连接。机电一体化属于同步运用机械、电子、仪表、计算机和自动控制等多种技术为一体一种复合技术。它不光可以就地操作，小范围应用，还可以大面积使用操作，远程监测、控制。2.机电一体化技术构成是什么？答：机械技术、微电子技术、信息技术3.产品实现机电一体化后，可以获得那些成效？答：产品实现机电一体化后可以获得成效：产品性能提高、功能增强、构造简化、可靠性提高、节省能源、改善操作、提高灵活性等。4.数字量传感具有哪三种类型？他们有什么区别？数字传感器按构造可提成三种类型：1.直接式数字量传感器其辨别率决定于数字量传感器位数。被测物理量数字编码器信息提取装置数字量输出2.周期计数式数字传感器它构造示意图如下图1所示。此种构造位移辨别率对低精度周期计数式数字传感器而言，仅由周期信号发生器性质决定。例如，光栅当长1mm有100条刻线时，其辨别率即为0.01mm;对高精度周期计数式数字传感器而言，还要考虑到电子细分数。如在100倍电子细分数下，此光栅辨别率就是0.1m。此种构造属于增量式构造，构造特点(位移方向规定)决定它不仅备有辨向电路，并且周期计数器还具有可逆性质。 图1 周期计数式数字量传感器构造方框图3.频率式数字传感器其构造示意图如下图2所示。按振荡器形式，可将此种数字传感器提成带有晶体谐振器和不带晶体谐振器两种。前者，按被测量作甩点，又分作用在石英谐振器上石英晶体谐振式数字传感器和作用在谐振器中储能元件上带有晶体谐振器调频式数字传感器。按采用敏感元件形式，又可分为简朴)和差动两种。 图2 频率式数字量传感器构造方框图 从上述三种类型数字传感器构造图可以看出，它们都具有抗干扰能力强以及数字量输出特点。如考虑到对电源电压波动，环境温度波动和非线性等原因赔偿，则精度还可提高。假如采用单片微型计算机去进行信息处理，诸如赔偿、频倍(细分)和数字转换等硬件线路可软件化，不仅使线路简化，还可使辨别率，测量精度和工作可靠性深入调高。2. 数字检测措施有哪三种？三者有什么区别？三种分别为： M法数字检测 T法数字检测 M/T法数字检测区别：（1）M法数字检测测量装置辨别率在不一样区段是不一样。在低段辨别率低（精度低），而在高段辨别率高（精度高）。（2）T法数值检测测量装置辨别率在不一样区段是不一样，在低段辨别率高（精度高），而在高段辨别率低（精度低）。（3）M/T法数字检测测量装置辨别率是一种常数，与转速高下无关。3. 简述反射传感器传感原理，为何带偏振片反射传感器在被测物体为反射体时不会产生误振动？传感原理：自带一种光源和一种光接受装置，光源发出光通过待测物体反射被光敏元件接受，再通过有关电路处理得到所需要信息。可以用来检测地面明暗和颜色变化，也可以探测有无靠近物体。原因：偏振反射式光电传感器是把发射器和接受器装入同一种装置内，并加装偏振滤光系统，在其前方装一块棱镜反光板，以保证当光线遇偏振滤光片时，仅使偏振滤光片格栅平行方向上振动光线可以通过，防止高反射率物体将光线反射回光电传感器接受器导致传感器误动作，从而使高反射率物体进入检测区域时可以被可靠检测带偏振片反射传感器：无论与否反射体在遮住光通路后就一定能被检出。与常规反射传感器区别：(1)在发射器与接受器光通道上分别安装互成直角偏振片；(2)采用三角反射镜，经它反射偏振光其振荡面旋转90。图7 带偏振片反射传感器工作原理及电气构造 4. 简述图2-8-2中四种相位调制型光纤传感器干涉系统工作原理？马赫泽德干涉仪如下图8所示，G1 G2是两块有半反射面A1 A2平行平面玻璃板，M1 M2是两块反射镜四个反射面一般平行放置，并且各自中心位于一种平行四边形四个角上，经典尺寸是12m。光源S置于透镜L1焦点上，S发出光束经L1准直后在A1上分为两束，他们分别由M1、A2反射和M2反射、A2透射，进入透镜L2。两束光干涉图样可用于置于L2焦平面位置摄影机拍摄下来，假如采用短时间曝光技术，即可得到条纹瞬间摄影。未理解仪器所产生干涉条纹性质，假设光源S是一种单色点光源，因而入射到半反射面A1是单色平面波。设透过A1并经M1反射平面波波前为W1.，而经A1和M2反射平面波对应波前为W2；引入虚波前W1，它是W1在半反射A2中虚像。一般状况下，W1和W2是互相倾斜，形成一种空气楔，因此，在W2上将形成平行等距直线条纹，条纹走向与W2和W1所形成空气楔楔楞平行。假如使W2通过被研究气流，W2将发生形变，因而干涉图样变化就可以测量出所研究区域折射率或密度变化。图8 马赫泽德干涉仪迈克耳逊干涉仪原理是一束入射光分为两束后各自被对应平面镜反射回来，这两束光从而可以发生干涉。干涉中两束光不一样光程可以通过调整干涉臂长度以及变化介质折射率来实现，从而可以形成不一样干涉图样。干涉条纹是等光程差点轨迹，因此，要分析某种干涉产生图样，必求出相干光光程差位置分布函数。若干涉条纹发生移动，一定是场点对应光程差发生了变化，引起光程差变化原因，也许是光线长度L发生变化，或是光路中某段介质折射率n发生了变化，或是薄膜厚度e发生了变化。G2是一面镀上半透半反膜，G1为赔偿板，M1、M2为平面反射镜，M1是固定，M2和精密丝相连，使其可以向前后移动，最小读数为10-4mm，可估计到10-5mm, M1和M2后各有几种小螺丝可调整其方位。当M2和M1严格平行时，M2会移动,体现为等倾干涉圆环形条纹不停从中心“吐出”或向中心“吞进”。两平面镜之间“空气间隙”距离增大时，中心就会“吐出”一种个条纹；反之则“吞进”。M2和M1不严格平行时，则体现为等厚干涉条纹，在M2移动时，条纹不停移过视场中某一标识位置，M2平移距离 d 与条纹移动数 N 关系满足：d=N/2，为入射光波长。经M2反射光三次穿过G2分光板，而经M1反射光通过G2分光板只一次。G1赔偿板设置是为了消除这种不对称。在使用单色光源时，可以运用空气光程来赔偿，不一定要赔偿板；但在复色光源时，由于玻璃和空气色散不一样，赔偿板则是不可或缺。假如要观测白光干涉条纹，臂基本上完全对称，也就是两相干光光程差要非常小，这时候可以看到彩色条纹；假若M1或M2有略微倾斜，就可以得到等厚交线处（d=0）干涉条纹为中心对称彩色直条纹，中央条纹由于半波损失为暗条纹。 图9 迈克尔逊干涉仪示意图萨格纳克干涉仪：19萨格纳克发明了一种可以旋转环形干涉仪。将同一光源发出一束光分解为两束，让它们在同一种环路内沿相反方向循行一周后会合，然后在屏幕上产生干涉，当在环路平面内有旋转角速度时，屏幕上干涉条纹将会发生移动，这就是萨格纳克效应。萨格纳克效应中条纹移动数与干涉仪角速度和环路所围面积之积成正比。萨格纳克效应已经得到广泛应用，由萨格纳克效应研制出光纤陀螺已成功地用于航空、航天等领域，是近发展较快一种陀螺仪。定义1：这一在惯性空间中,由光敏感转动效应称为SAGNAC效应.光纤陀螺工作原理框图如图1所示.由光源发出光,经藕合器传播到Y一波导调制器.Y一波导调制器将其输入光提成顺时针和逆时针传播两束,进人保偏光纤环圈,以实现SAGNAC效应定义2：这种现象称为Sagnac效应,光纤陀螺仪实质上就是一种Sagnac干涉仪.对于光纤陀螺仪性能测试重要波及如下几种技术参数:标度因数K(scalefactor)陀螺仪输出量与输入角速率比值图10 萨格纳克干涉仪图法布里-珀罗干涉仪：光谱辨别率极高多光束干涉仪。由法国物理学家C.法布里和A.珀罗于1897 年发明 。其构造如下左图，M和M是两块具有很小楔角平板玻璃，相对两面互相平行，并涂有高反射率涂层，两板间用殷钢环隔离并固定。这种间距固定不变干涉仪常称作原则具。入射光在相对两面上反复反射和折射后产生多束相干反射光和透射光，透射光束在透镜 L焦面上叠加，形成等倾圆环状干涉条纹。图11 法布里-珀罗干涉仪图5. 靠近传感器共有几种类型？简述感应式靠近传感器与电容式靠近传感器测量原理共同点与不一样点？三种类型，分别为感应式靠近传感器，电容式靠近传感器，及电磁式靠近传感器。共同点：都是通过使振荡器停振来检测金属物体。不一样点：感应式靠近传感器振荡器在探头端部产生磁场作用区，当金属进入该作用区时，引起振荡器停振，而电容式靠近传感器是测量加电后，两极间产生电场，当与大地连接金属物体靠近电容器时引起振荡器停振。9. 常用图像传感器有几种？，传真中用是什么图像传感器？，机器人用什么图像传感器，简述其工作原理。有CCD图像传感器和红外线图像传感器。CCD图像传感器又可分为线型（Linear）与面型（Area）两种，其中线型应用于影像扫瞄器及传真机上，面型CCD图像传感器合用于工业监视及工业机器人。工作原理：CCD图像传感器是通过将光学信号转换为数字电信号来实现图像获取、存储、传播、处理和复现。光学信号转化为数字信号重要由CCD感光片完毕。CCD感光片由三部分构成，即镜片，彩色滤镜和感应电路，如下图。镜片和彩色滤镜重要是对接受光线（即图像）进行一定预处理，感应电路为CCD传感器关键，它又可分为光敏元件阵列和电荷转移器件两部分。过程：成像在CCD上景物 感光部电信号 电子图像 CCD移位寄存器 放大器 输出图12 CCD图像传感器工作原理图线阵CCD图像传感器：中间是一列感光单元（光电二极管阵），两侧分别设置了CCD移位寄存器。感光单元按位置奇偶性，分别把其所存储电荷向两侧移位寄存器传送，最终在输出部汇合输出。在其感光部和两侧CCD移位寄存器之间设有转移栅。移位寄存器停止时，转移栅开放，光电二极管所积累电荷可以送到两侧CCD移位寄存器中。接着转移栅关闭，感光部光电二极管开始进行下一次读出电荷积累。线阵CCD图像传感器广泛应用于传真等场所。面阵CCD图像传感器：400500像素和800500像素面阵CCD图像传感器合用于工业监视及工业机器人。在帧传送方式垂直消影期中，感光部所积累信号电荷迅速转送到存储部，然后由输出寄存器顺次读出。在行间传送方式中积累电荷一次转送到邻接垂直移位寄存器，后来从输出移位寄存器中读出信号。图 13位线阵CCD图像传感器构造图14 帧传送面阵CCD图像传感器构造 图15 行间传送面阵CCD图像传感器构造