测控仪器设计 复习题
测控仪器设计最全复习题
一、填空题
1.仪器误差的来源有、和运行误差。
2.动态偏移误差和动态重复性误差在时域表征动态测量仪器的和响应精度，，分别代表
了动态仪器响应的和。
3.表征测量结果稳定地接近真值的程度的是
4.测控仪器的设计六大原则是、、测量链最短原则、坐标系基准统一原则、精
度匹配原则、经济原则。
5.温度的变化可能引起电器参数的改变及仪器特性的改变，引起
和。
6.在设计中，采用包括补偿、环节等技术措施，则往往能在提
高仪器精度和改善仪器性能方面收到良好的效果。
7.造型设计中常用的几何形状的尺寸比例：、均方根比例、
和中间值比例。
8.标准量的细分方法有、。
9.仪器中的支承件包括基座、立柱、机柜、机箱等。它起着联接和支承仪器的机、光、电等各部分
零件和部件的作用，其结构特点结构尺寸较大，结构比较复杂。
10.导轨是稳定和灵活传递直线运动的部件，起着确保运动精度及部件间相互位置精度的作用。其由
运动导轨（动导轨）和支承导轨（静导轨）组成。
11.导轨种类很多，按照导轨面之间的摩擦性质可分为：滑动摩擦导轨、滚动导轨、静压导轨、
弹性摩擦导轨。
12.在微位移机构中，微工作台的驱动方法有。
13.测控仪器中的光电系统的组成
14.光电系统的设计主要是研究中的核心技术的设计问题。
15.直接检测系统：相干检测系统：
16.在光电系统设计时，针对所设计的光电系统的特点，遵守一些重要的设计则。
17.光电系统的核心是光学变换与光电变换，因而光电系统的光学部分与电子部分的匹配是十分重要
的。这些匹配包括、。匹配的核心是如何正常选择光电检测器件。
18.照明的种类、、、。
19.光电系统中的光学部分与电子部分的匹配十分重要，这些匹配包括光谱匹
配、、。
20.按照系统工程学的观点,生产过程中有三大技术系统:_______________； _______________；-
________________
21.按功能将仪器分成以下几个组成部分：1 基准部件；2_____________；3 放大部件；4 瞄准部件；
5 _______________；
6 显示部件；
7 _____________
8 机械结构部件
22.常用的传感器有机械式、_____________、光电式、_______________、声学式、__________等等
23.数据处理与运算部件主要用于数据加工、处理、运算和校正等。可以利用___________、
______________或______________来完成。
24.驱动控制部件用来驱动测控系统中的运动部件，在测控仪器中常用___________、_____________、
________________、_________________、-______________等实现驱动。
25.仪器中的___________部件用于对被测件、标准器、传感器的定位，支承和运动,如导轨、轴系、基座、支
架、微调、锁紧、限位保护等机构。
26.测控仪器发展趋势：高精度与高可靠性、______________、____________、多样化与多维化
27.仪器的技术指标是用来说明一台仪器的___________和___________ 9._____________是仪器对被测量变
化的反映能力
28.仪器总误差应小于或等于被测参数总误差的________________
29.为了保证仪器的精度，仪器设计时应遵守一些重要的设计原则和设计原理，如____________、变形最小
原则、________________、精度匹配原则、误差平均作用原理、补偿原理、差动比较原理等
30. _____________和_____________是仪器设计的重要内涵
31.按误差的数学特征分类：随机误差；_____________和________________。
32._________________和_________________时域表征动态测量仪器的瞬态和稳态响应精度，分别代表了
动态仪器响应的准确程度和精密程度
33.采用____________进行设计是为了简化设计、简化制造工艺、简化算法和降低成本。
34.所谓干扰，一方面是_____________的干扰，另一方面是____________造成的干扰。
35.仪器精度设计是仪器精度综合的反问题，其根本任务是________________________
36.___________与_______________指标是测控仪器设计的核心问题。
37.标准量的作用有： _____________；②-_______________________。
38.通常依据______________与______________________两种原则来分配总随机误差。
二、单选题：
1、在光学度盘式圆分度测量装置中，当采用在度盘圆周上均布3个读数头的结构并取3个读数头读数值的平均值作为读数值时，则不可以消除 A 阶谐波误差对读数精度的影响。(3N阶不可消除，N 为整数）
(a) 3，6，9，12，15，?； (b) 1，2，3，4，5，?；
(c) 1，2，4，5，7，8，10，11，?； (d) 2，4，6，8，10，?。
2、相对误差有两种表示方法, 关于相对误差的两种表示方法描述正确的是 A 。
(a) 引用误差不大于额定相对误差；(b) 引用误差一定小于额定相对误差；
(c) 引用误差一定大于额定相对误差；(d) 引用误差不小于额定相对误差。
3、单位冲击响应函数是在 A 对仪器特性的描述。(a.单位冲击响应函数 b.频率响应函数 c.传递函数）
(a) 时域；(b) 频域；(c) 复频域。
23、仪器设计的重要内涵是（）
A耐磨性B平稳性C精度分析与设计D刚度
24、仪器的原理误差与仪器的（）有关。
A设计 B制造C使用D精度
25、在基于微型计算机的主机电路中，下列形式属于仪器中央处理系统的是（）。
A单元式 B内插式 C 模块式 D积木式
26、表征测量结果稳定地接近真值的程度的是（）
A精密度B正确度C准确度D线性度
27、倾角误差用（）表达。
A测角仪B圆度仪C经纬仪D陀螺仪
三、多选题：
1、图1为激光干涉系统的误差自动补偿式光路布局（LC为参考光路的光程，Lm为测量光路的初始光程），下面描述正确的是 ABC
(a) 当Lm (b) 当Lm>LC时测量镜向右移动; (c) 误差能相互补偿式光路布局对提高仪器精度有利; (d) 当Lm>LC 时测量镜向左移动; (e) 当Lm c m L L > c m L L < 图1. 2、一米激光测长机的原理如图2所示，根据要求做出选择：(26分) 2.2.1 针对一米激光测长机标准量系统描述正确的有 ABD ；(3分) (a) 激光干涉系统； (b) 增量码标准量系统； (c) 绝对码标准量系统； (d) 数字式标准量系统； (e) 模拟式标准量系统。 2.2.2 用该仪器进行测量时必须先对零，描述正确的有 BC ；(3分) (a) 主要为了消除测量误差； (b) 主要为了确定相对零位基准； (c) 主要是因为使用了增量码标准量系统； (d) 主要是因为一种操作习惯； (e) 测量时可以省去先对零这一步骤。 2.2.3 尾座因底座变形在垂直平面内有倾角会引起仪器误差，总体设计时应采取措施抑制或消除它们的影响。关于采取的抑制或消除尾座因底座变形在垂直平面内有倾角的影响措施及采取措施前后引起的测量误差描述正确的有 ABE ；(5分) (a) 固定角隅棱镜9与尾座5固结在一起； (b) 固定角隅棱镜的锥顶安放在尾杆10的轴线离底座导轨面等高的同一平面内； (c) 尽可能减小固定角隅棱镜9和尾杆10在水平面内的距离d； (d) 可动角隅棱镜12的锥顶位于测量主轴11的轴心线上(以便符合阿贝原则)； (e) 只要采取合理的措施, 可以消除该项误差的影响； (f) 该项误差属于阿贝误差, 只可以尽可能减小, 不可消除； (g) 只要采取合理措施, 误差为二次微小误差, 可以忽略。 2.2.4 尾座在水平面内产生摆角会引起仪器误差，总体设计时应采取措施抑制或消除它们的影响，关于采取的抑制或消除尾座在水平面内产生摆角的影响措施及采取措施前后引起的测量误差描述正确的有 (5分) 选项同题2.2.3。 2.2.5 测量头架因底座变形在垂直平面内有倾角会引起仪器误差，总体设计时应采取措施抑制或消除它 (5分) 选项同题2.2.3。 2.2.6 测量头架在水平面内产生摆角会引起仪器误差，总体设计时应采取措施抑制或消除它们的影响，关于采取的抑制或消除测量头架在水平面内产生摆角的影响措施及采取措施前后引起的测量误差描述 (5分) 选项同题2.2.3。 图2. 一米激光测长机的原理 1一底座 2一干涉仪箱体 3一测量头架 4一工作台 5一尾座 6一电动机与变速箱 7一闭合钢带 8一电磁离合器 9一固定角隅棱镜 10一尾杆 11一测量主轴 12一可动角隅棱镜 13一激光器 14一分光镜 3、按照误差的数学特征可将误差分为（） A随机误差B独立误差C粗大误差D系统误差 4、采用近似的理论和原理进行设计是为了（） A简化设计B简化制造工艺C简化算法D降低成本 5、下列哪些指标是测控仪器设计的核心问题（） A创新性B精度C可靠性D设计原则 6、测控仪器设计原理的原理有（） A独立作用原理B平均读数原理C比较测量原理D补偿原理 7、轴系的误差运动包括（） A径向运动B轴向运动C倾角运动D端面运动 四、判断题 1.仪器的精度指标中，示值误差和示值重复性误差的大小代表了仪器正确度和精密度的高低；而动 态偏移误差和动态重复性误差分别代表了动态仪器响应的准确度和精密度。（） 2.造成仪器误差的原因是多方面的，根据产生的阶段分为：原理误差、制造误差和运行误差，从数 学特性征上看，原理误差多为系统误差、而制造误差和运行误差多为随机误差，因此原理误差的存在会使仪器的准确度下降，制造误差和运行误差的存在会使仪器的精密度下降。（） 3.根据误差独立作用原理:一个误差源仅使仪器产生一定的局部误差,局部误差是其源误差的线性函 数，与其他源误差无关，仪器总误差是局部误差的综合，但是，在计算源误差所造成的仪器误差的过程中还应考虑各个源误差对仪器精度影响的相关性。（） 4.在进行误差分配的过程中，若系统误差小于或接近于仪器的总的允许误差的1/3，则初步认为所 分配的系统误差是合理的。（） 5.应用变形最小原则进行仪器的设计时，较有效的方法是采用补偿方法和结构设计方法来减小变形 的影响。（） 6.在光学度盘式圆分度测量装置中，当度盘采用在圆周均布两个读数头的结构，取两个读数头的平 均读数值作为读数结果时，可消除奇次谐波误差，由于安装偏心引起的误差为一次误差，故在读数的过程中可以消除安装偏心误差。（） 7.滚动和滑动导轨相比较而言，其磨损小，但抗振性差，接触应力大。（） 8.斐索平面干涉仪的设计中，测量光束与参考光束基本上处于同一环境中，温度变化和外界振动的 影响对两束光基本上相同，因而遵守了共光路原则。（） a)正确度是随机误差大小的反映，表征测量结果的一致性或误差的分散性。（） b)观测者估读指示器位于两相邻标尺标记间的相对位置而引起的误差称为读数误差。（） c)鉴别力是显示装置能有效辨别的最小示值。（） d)漂移是指仪器计量特性的慢变化，如仪器零位随时间变化称为零位漂移。（） e)等作用原则认为仪器各环节和各零部件的源误差对仪器总精度的影响是同等的。（） 9.正确度是随机误差大小的反映，表征测量结果的一致性或误差的分散性，（） 10.观测者估读指示器位于两相邻标尺标记间的相对位置而引起的误差称为读数误差。（） 11.鉴别力是显示装置能有效辨别的最小示值。（） 12.漂移是指仪器计量特性的慢变化，如仪器零位随时间变化称为零位漂移。（） 13.等作用原则认为仪器各环节和各零部件的源误差对仪器总精度的影响是同等的。（） 五、名词解释：（20分） 1.测控仪器 2.测量仪器 3.绝对误差与相对误差 4.仪器的动态特性 5.原理误差 6.作用误差 7.阿贝原则 8.测量链 9.人机工程 10.爬行 11.灵敏度与鉴别力； 12.示值范围与测量范围； 13.估读误差与读数误差； 14.分度值与分辨力 15.测控仪器 利用测量与控制理论，采用机电光各种测量原理及控制系统与计算机相结合的一种范围广泛的测量仪器 16．原理误差 采用近似理论，近似机构，近似的数学模型及近似的测控电路所引起的误差 17、人机工程 所设计的仪器设备要达到机器，人，环境相协调统一，使仪器设备适合人的生理和心里的要求。从而达到工作环境舒适，安全，操作准确，省力，轻便，减小劳动强度，提高工作效率的目的。 18、爬行 在低速运动中，导轨运动在驱动指令时与运动导轨相连的工作台一起一快一慢，一停一跳的现象。 六、简答题 1、测控仪器由哪几部分组成，各部分的功能是什么？ 3、什么是阿贝原则？举例说明在仪器设计的过程中如何减少阿贝误差？ 4、试述同步比较测量原理的指导思想是什么？ 5、在导轨的设计过程应重点考虑哪些问题？爬行现象的产生原因及其预防措施是什么？ 6、何谓导向精度？导轨设计有哪些要求？举出四种导轨组合，并说明其特点。 7、基座与支承件的基本要求是什么？ 8、什么是主轴的回转精度？主轴系统设计的基本要求是什么？ 9、提高主轴系统的刚度有几种方法？ 10、气体静压导轨有哪些类型？各有何特点？ 11、什么是微位移技术？柔性铰链有何特点？ 12、采用柔性铰链的微动工作台与其它方案相比有何优点？ 13、微驱动技术有哪些方法？ 14、试述压电效应和电致伸缩效应在机理上有何不同？ 15、试总结各种微位移机构的原理及特点。 16、光电距离检测有哪些方法？他们的测距原理有何不同？ 17、照明系统的设计应满足下列要求： 18、照明的种类？ 19、现代设计方法的特点？ 20、对测控仪器设计的要求和设计程序？ 21、测控仪器由哪几部分组成？各部分功能是什么？ 4. 简述常用的设计原则 22、何谓导向精度？导轨设计有哪些要求？举出四种导轨组合，并说明其特点 23、简述开式液体静压导轨的特点。5＇ 1.能较好的承受载荷 2.结构简单，便于加工和调整 3.节流器常采用毛细管式和单向薄膜反馈式 24、液体动压轴承轴系有哪些特点？10＇ 1，回转精度高 2，承载能力较大 3，刚性较好 4，动态情况下无磨损，寿命长 5.制造和维修比较方便 6.启动时主轴和轴承是刚性接触，有磨损，低速大载荷油膜难以建立 7.主轴只能向油膜减小的方向转动 25、提高空气静压导轨的刚度和承载能力的方法有哪些？10＇ 1.结构上采用闭式导轨 2.增加供气压力 3.减小浮起间歇，加大封闭力 4.载荷补偿 5.提高阻尼力增加刚度 26、减小热变形影响的技术措施有哪些？5＇ 严格控制环境温度 控制仪器内部的热源 采用温度补偿 七、论述题：图3为双频激光干涉仪的组成及原理。回答下列问题：(15分) 1、指出各组成单元的名称及功能（5分） 1 双频激光器 2 1/4波片 3扩束器 4分光镜 5，12透光轴与纸面成45o 8偏振分光镜9固定反射镜10可动反射镜 2、说明双频激光干涉仪的工作原理（5分） 激光器放在轴向磁场内，发出的激光为方向相反的右旋圆偏振光和左旋圆偏振光，其振幅相同，但频率不同，分别表示为f1和f2。经分光镜M1，一部分反射光经检偏器射入光电元件D1作为基准频率f 基 (f基＝f1－f2)。另一部分通过分光镜M1的折射光到达分光镜M2的a处。频率为f２的光束完全反射，经滤光器变为线偏振光f２，投射到固定棱镜M３并反射到分光镜M2的b处。频率为f1的光束 折射经滤光器变为线偏振光f1，投射到可动棱镜M4后也反射到分光镜M2的b处，两者产生相干光束。若M4移动，则反射光的频率发生变化而产生“多卜勒效应，其频差为多卜勒频差Δf。 频率为f’＝f1±Δf的反射光与频率为f２的反射光在b处汇合后，经检偏器射入光电元件D２，得到频率为测量频率f测＝f２－(f1±Δf)的光电流，这路光电流与经光电元件D１后得到频率为f基的光电流同时经放大器进入计算机，经减法器和计数器，即可算出差值±Δf，并按下式计算出可动棱镜M4的移动速度v和移动距离l。 即可算出差值±Δf，并按下式计算出可动棱镜M4的移动速度v和移动距离L。 3、比较与迈克尔逊激光干涉仪的区别（5分） 图3. 双频激光干涉仪 双频激光干涉仪特点：(1) 接受信号为交流信号，前置放大器为高倍数的交流放大器，不用直流放大，故没有零点漂移等问题。(2) 利用多普勒效应，计数器计频率差的变化，不受激光强度和磁场变化的影响。在光强 度衰减90%时仍可得到满意的信号，这对于远距离测量是十分重要的，同时在近距离测量时又能简化调整工作。 (3) 测量精度不受空气湍流的影响，无需预热时间。 迈克尔逊激光干涉仪特点：1.它是利用分振幅法产生双光束以实现干涉 2.主要用于长度和折射率的测量 3 通过调整该干涉仪，可以产生等厚干涉条纹，也可以产生等倾干涉条纹 4、分析一米激光测长机结构原理 10＇ 1—底座 2—干涉仪箱体 3—测量头架 4—工作台 5—尾座 6—电动机和变速箱 7—闭合钢带 8—电磁离合器 9—固定角隅棱镜 10—尾杆 11—测量主轴 12—可动角隅棱镜 13—激光器 14—分光镜 5、由于制造或装配的不完善，使得螺旋测微机构的轴线与滑块运动方向成一夹角θ，试分析螺旋测微机构误差。10＇ 6、制造、支配以及调整中的不完善所引起的误差，主要由仪器的零件、元件、部件和其他各个环节在尺寸、形状、相互位置以及其他参量等方面的制造及装调的不完善所引起的误差，试分析以下产生误差原因： 八、计算题 如图4所示示意了在直线导轨上传感器的两种安装方式：A. 外侧安装方式；B 内侧安装方式。回答下列问题：(14分) 4.1. 如果该导轨构成了某长度测量仪器，而且被测工件安装在导轨滑板的最右边。当导轨的滑板在运动过程中产生与导向方向成θ的倾角（如图4(b)）时，分别分析传感器的两种安装方式引起的测量误差；(8分) 答案：1.内侧安装方式 δ=（ρθ）/2 2.外侧安装方式 右边δ=0 左边δ=ρθ 4.2. 结合4.1的结论说明传感器的两种安装方式的优缺点。(6分) 答案： 1、机械式测微仪的原理如图1所示，试分析仪器的原理误差？ 2、投影仪光路如图所示，光源发出的光线经聚光镜会聚，均匀照明不透明的被测物，经投影物镜放大成像，被测物体成像在屏上，如果由于投影仪机体加工有误差，使屏到象方焦点的距离x '安装有误差x '?，试求：(1)用图解法求测量工件尺寸y 的误差。 (2)如果x '＝100mm ，工件y ＝20mm ，x '?＝0.1mm 时，测量误差差值为多少? 3、用微分法求出接触式光学球径仪的测量环半径误差对球径仪测量球半径尺寸精度的影响： (1)测环为刀口式(a)；(2)测环为半径为a 的钢球(b)。设被测半球半径为R ，测环半径r 、弦高h ，测环上钢球的半径a 。 4、PMN 材料，b=2mm ，圆片10片叠加，U=2.9KV, M=0.31×10-16m 2．v 2,则总的位移量 5、压电堆的计算 九、分析与设计：如图5所示示意了激光扫描测径仪的工作原理。根据图5回答下列问题：（29分） 8.1. 1详细说明激光扫描测径仪的工作原理（6分） 3133 33 L L d b L n n d L d L (2~3)L U b l U b U b ?= '?=?=='?=?单块压电堆所以L ??= 氦氖激光器1射出的激光经过反射镜3，透镜4（用来减小光束的发散），反射镜2和同步电动机带动的多面棱镜5，在经过透镜6对被侧工件7进行扫描，然后经过透镜8由光敏二极管9接收。在激光光束被工件遮挡的时间内，计数器所记的脉冲数就代表了被测工件的直径。nf wf v π42=≈t nf t v D ?≈?=π4 8.1.2分析激光扫描测径仪的原理误差 (7分) 8.1.3. 如何基于激光扫描的原理实现大直径的测量，给出原理示意图及相应文字描述（4分) 8.1.4．基于图5所示的激光扫描测径仪的原理设计其测控系统电路，要求给出详细电路原理示意图及相应文字描述(12分) (a) 直线导轨上传感器的两种安装方式 (b) 示意图 图4. 传感器的安装及其优缺点 图5. 激光扫描测径仪的工作原理 8.2如图4所示示意了高精度激光两座标测量仪校正导轨转角的工作原理。根据图4回答下列问题。 8.2.1 详细说明高精度激光两座标测量仪校正导轨转角的工作原理。 答案：采用激光干涉小角度测量系统测量导轨在运动过程中的转角，将转角测量信号进行处理向送到直流升压器，驱动压电陶瓷执行器，使导轨产生相反方向的转角，以校正导轨运动过程中的倾角。 8.2.2详细说明高精度激光两座标测量仪采用校正导轨转角措施的原因及意义。 答案：对于高精度测量系统，单靠提高导轨的加工精度来保证系统的总精度是有限的，相反利用反馈控制的方法可以在一定程度上达到更高的精度，利用校正导轨触动的方法使上述系统遵循广义阿贝原则，在一定程度上提高系统精度。 8.2.3 图4采用分离元件实现了校正系统的测量及控制系统，仿照上述功能设计以计算机为核心的校正系统的测量及控制系统，要求绘出详细的电路原理图，并辅助文字说明，两者缺一不可。 答案：原理如下图所示，光电接收器接收条纹信息并经过信号前处理获得角度信息送往可逆计数器，cpcl通过总线获取角度信息，通过一定算法运算后输出，压电陶瓷执行器的控制信号经D/A转换器转换成模拟电压，再经直流升压器驱动压电陶瓷执行器实现转角补偿。 一、知识点 1.按照系统工程的技术观点，可以将产品生产的技术结构分为能量流，材料流 和信息流。 2.计算机辅助设计系统从功能角度它可以分为数据库、程序库和输入输出人机 通信系统。 3.所谓可靠性，是指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。 按产品可靠性的形成，可靠性可分为固有可靠性、使用可靠性和环境适应性4.分辨力是显示装置能有效辨别的最小示值；鉴别力是使测量仪器产 生未察觉的响应变化的最大激励变化。 5.稳定性是指测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能力；漂移 是指仪器计量特性的慢变化。 6.示值范围又称为量程，测量范围是测量仪器允许范围内的被测量值。 7.标尺间隔示值对应标尺两相邻标记的两个值之差，分度值示值一个标尺间隔 所代表的被测量值。 8.仪器误差产生的原因是多方面的，从数学特性上看原理误差多为系统误差， 制造误差和运行误差多为随机误差。 9.传递位移的方式有推力传动和摩擦力传动。 10.对于推力传动其作用线是两构件接触区的公法线，对于摩擦力传动则是 公切线。 11.若略去某项误差对总误差的影响小于不略去结果的1/10，则可视为微小误差。 根据微小误差定义，测量仪器和测量标准的误差只需小于测量总误差的1/3,则对测量结果的影响是微不足道的。 12.检测与测量就是把被测量与标准量进行比较的过程。测量的精度首先取决于 标准量的精度。 13.标准量根据标准量体现的标准值的个数可以分为单值和多值两种。根据计量 值方法可分为绝对码和增量码。 14.标准量可分为实物标准量与自然标准量。自然标准量是以光波波长为标准的。 15.在几何量中按被测参数，可分为长度标准量、角度标准量和复合参数标准量。 16.对仪器的支承件设计要求，具有足够刚度，力变形要小；稳定性好，内应力 变形小；热变形要小；有良好抗振性。 17.按导轨面间摩擦性质，导轨可分为滑动摩擦导轨、滚动导轨、静压导轨和弹 性摩擦导轨。 18.导轨的基本功能是传递精密直线运动，导向精度是其最重要的精度要求。 19.凡作回转运动的仪器中都必须有主轴系统，其由主轴、轴承及安装在主轴上 的传动件或分度元件组成。 20.轴系的误差运动是指在规定的轴向和径向位置上，以及规定的方向上，指定 的旋转物体相对轴线平均线的位置变化。 21.主轴回转精度是主轴系统设计的关键。轴系误差运动可分为径向误差运动、 轴向误差运动、倾角误差运动以及端面误差运动。 22.动压轴承获得动压的条件是：结构上必须有斜楔，轴系之间必须有一定粘度 的润滑油。 23.按控制技术分，控制系统可分为闭环控制系统，开环控制系统和半闭环控制 系统。 测控仪器设计试题库 一、填空题 1.仪器误差的来源有原理误差、制造误差和运行误差。 2、动态偏移误差和动态重复性误差在时域表征动态测量仪器的瞬态和稳态响应精度，，分别代表了动态仪器响应的和。 3.表征测量结果稳定地接近真值的程度的是正确度 4.测控仪器的设计六大原则是阿贝原则、变形最小原则、测量链最短原则、坐标系基准统一原则、精度匹配原则、经济原则。 5.温度的变化可能引起电器参数的改变及仪器特性的改变，引起温度灵敏度飘 移和温度零点飘移。 6.在设计中，采用包括补偿调整、校正环节等技术措施，则往往能在提高仪器精度和改善仪器性能方面收到良好的效果。 7.造型设计中常用的几何形状的尺寸比例：黄金比例、均方根比例、和中间值比例。 8.标准量的细分方法有光学机械细分法、光电细分法。 9、仪器中的支承件包括基座、立柱、机柜、机箱等。它起着联接和支承仪器的机、光、电等各部分零件和部件的作用，其结构特点结构尺寸较大，结构比较复杂。 10、导轨是稳定和灵活传递直线运动的部件，起着确保运动精度及部件间相互位置精度的作用。其由运动导轨（动导轨）和支承导轨（静导轨）组成。 11、导轨种类很多，按照导轨面之间的摩擦性质可分为：滑动摩擦导轨、滚动导轨、静压导轨、弹性摩擦导轨。 12、在微位移机构中，微工作台的驱动方法有步进电动机直流电动机同步电动机测速电动机。 13、测控仪器中的光电系统的组成 14、光电系统的设计主要是研究中的核心技术的设计问题。 15、直接检测系统：相干检测系统： 16、在光电系统设计时，针对所设计的光电系统的特点，遵守一些重要的设计原则。 17、光电系统的核心是光学变换与光电变换，因而光电系统的光学部分与电子部分的匹配是十分重要的。这些匹配包括、。匹配的核心是如何正常选择光电检测器件。 18、照明的种类、、、。 19. 光电系统中的光学部分与电子部分的匹配十分重要，这些匹配包括光谱匹配、、。 二、简答 1、名词术语解释：灵敏度与鉴别力；示值范围与测量范围；估读误差与读数误差；分度值与分辨力 极限示值界限内的一组数。极限示值界限内的一组数。极限示值界限内的一组 试卷编号：（ A ）卷 测控仪器设计课程课程类别：必 考生注意事项：1、请考生将答案填写在答题纸上。 2、本试卷共6页，总分100分，考试时间120分钟。 3、考试结束后，考生不得将试卷、答题纸和草稿纸带出考厂 一、填空题 1.仪器误差的来源有、和运行误差。 2、动态偏移误差和动态重复性误差在时域表征动态测量仪器的和响应精度，，分别代表了动态仪器响应的和。 3.表征测量结果稳定地接近真值的程度的是 4.测控仪器的设计六大原则是、、测量链最短原则、坐标系基准统一原则、精度匹配原则、经济原则。 5.温度的变化可能引起电器参数的改变及仪器特性的改变，引起 和。 6.在设计中，采用包括补偿、环节等技术措施，则往往能在提高仪器精度和改善仪器性能方面收到良好的效果。 7.造型设计中常用的几何形状的尺寸比例：、均方根比例、和中间值比例。 8.标准量的细分方法有、。 9、仪器中的支承件包括基座、立柱、机柜、机箱等。它起着联接和支承仪器的机、光、电等各部分零件和部件的作用，其结构特点结构尺寸较大，结构比较复杂。 10、导轨是稳定和灵活传递直线运动的部件，起着确保运动精度及部件间相互位置精度的作用。其由运动导轨（动导轨）和支承导轨（静导轨）组成。 11、导轨种类很多，按照导轨面之间的摩擦性质可分为：滑动摩擦导轨、滚动导轨、静压导轨、弹性摩擦导轨。 12、在微位移机构中，微工作台的驱动方法有。 13、测控仪器中的光电系统的组成 14、光电系统的设计主要是研究中的核心技术的设计问题。 16、在光电系统设计时，针对所设计的光电系统的特点，遵守一些重要的设计原则。 17、光电系统的核心是光学变换与光电变换，因而光电系统的光学部分与电子部分的匹配是十分重要的。这些匹配包括、。匹配的核心是如何正常选择光电检测器件。 18、照明的种类、、、。 19. 光电系统中的光学部分与电子部分的匹配十分重要，这些匹配包括光谱匹配、、。 二、简答 1、名词术语解释：灵敏度与鉴别力；示值范围与测量范围；估读误差与读数误差；分度值与分辨力 2、测控仪器由哪几部分组成，各部分的功能是什么？ 3、什么是阿贝原则？举例说明在仪器设计的过程中如何减少阿贝误差？ 4、试述同步比较测量原理的指导思想是什么？ 5、在导轨的设计过程应重点考虑哪些问题？爬行现象的产生原因及其预防措施是什么？ 6、何谓导向精度？导轨设计有哪些要求？举出四种导轨组合，并说明其特点。 7、基座与支承件的基本要求是什么？ 8、什么是主轴的回转精度？主轴系统设计的基本要求是什么？ 9、提高主轴系统的刚度有几种方法？ 10、气体静压导轨有哪些类型？各有何特点？ 11、什么是微位移技术？柔性铰链有何特点？ 12、采用柔性铰链的微动工作台与其它方案相比有何优点？ 13、微驱动技术有哪些方法？ 14、试述压电效应和电致伸缩效应在机理上有何不同？ 12、试总结各种微位移机构的原理及特点。 15、光电距离检测有哪些方法？他们的测距原理有何不同？ 16、照明系统的设计应满足下列要求： 17、照明的种类？ 三、判断 1、仪器的精度指标中，示值误差和示值重复性误差的大小代表了仪器正确度和精密度的高低；而动态偏移误差和动态重复性误差分别代表了动态仪器响应的准确度和精密度。（） 2、造成仪器误差的原因是多方面的，根据产生的阶段分为：原理误差、制造误差和运行误差，从数学特性征上看，原理误差多为系统误差、而制造误差和运行误差多为随机误差，因此原理误差的存在会使仪器的准确度下降，制造误差和运行误差的存在会使仪器的精密度下降。（） 3、根据误差独立作用原理:一个误差源仅使仪器产生一定的局部误差,局部误差是其源误差的线性函数，与其他源误差无关，仪器总误差是局部误差的综合，但是，在计算源误差所造成的仪器误差的过程中还应考虑各个源误差对仪器精度影响的 测控仪器则是利用测量和控制的理论，采用机、电、光各种计量测试原理及控制系统与计算机相结合的一种范围广泛的测量仪器。 仪器仪表的用途和重要性— 遍及国民经济各个部门，深入到人民生活的各个角落，仪器仪表中的计量测试仪器与控制仪器统称为测控仪器，可以说测控仪器的水平是科学技术现代化的重要标志。 仪器仪表的用途: 在机械制造业中：对产品的静态与动态性能测试；加工过程的控制与监测；设备运行中的故障诊断等。 在电力、化工、石油工业中：对压力、流量、温度、成分、尺寸等参数的检测和控制；对压力容器泄漏和裂纹的检测等。 在航天、航空工业中：对发动机转速、转矩、振动、噪声、动力特性、喷油压力、管道流量的测量；对构件的应力、刚度、强度的测量；对控制系统的电流、电压、绝缘强度的测量等。 发展趋势: 高精度与高可靠性、高效率、智能化、多样化与多维化（1）高精度与高可靠性随着科学技术的发展，对测控仪器的精度提出更高的要求，如几何量nm精度测量，力学量的mg 精度测量等。同时对仪器的可靠性要求也日益增高，尤其是航空、航天用的测控仪器，其可靠性尤为重要。（2）高效率大批量产品生产节奏，要求测量仪器具有高效率，因此非接触测量、在线检测、自适应控制、模糊控制、操作与控制的自动化、多点检测、机光电算一体化是必然的趋势。（3）高智能化在信息拾取与转换、信息测量、判断和处理及控制方面大量采用微处理器和微计算机，显示与控制系统向三维形象化发展，操作向自动化发展，并且具有多种人工智能从学习机向人工智能机发展是必然的趋势。（4）多维化、多功能化（5）开发新原理（6）动态测量 现代设计方法的特点： (1)程式性强调设计、生产与销售的一体化。 (2)创造性突出人的创造性，开发创新性产品。 (3)系统性用系统工程思想处理技术系统问题。力求系统整体最优，同时要考虑人-机-环境的大系统关系。 (4)优化性通过优化理论及技术，以获得功能全、性能良好、成本低、性能价格比高的产品。 (5)计算机辅助设计计算机将更全面地引入设计全过程，计算机辅助设计不仅用于计算和绘图，在信息储存、评价决策、动态模拟、人工智能等方面将发挥更大作用。 工作原理： Z向运动具有自动调焦功能，通过计算机对CCD摄像器件摄取图像进行 分析，用调焦评价函数来判断调焦质量。被检测的印刷线路板或IC芯片 的瞄准用可变焦的光学显微镜和CCD摄像器件来完成。摄像机的输出经图 像卡送到计算机进行图像处理实现精密定位和图像识别与计算，并给出 被检测件的尺寸值、误差值及缺陷状况。 按功能将仪器分成以下几个组成部分： 1 基准部件 5 信息处理与运算装置 2 传感器与感受转换部件 6 显示部件 总复习提纲 第一章测控仪器设计概论 从计量测试角度可将仪器分为计量测试仪器、计算仪器、控制仪器及控制装置。（计-计-控-控）计量测试仪器的主要测量对象是各种物理量，即8大物理量，它分为 (1)几何量计量仪器包括各种尺寸检测仪器，如长度、角度、形貌、相互位置、位移、距离测量仪器、扫描仪、跟踪仪等． (2)热工量计量仪器包括温度、湿度、流量测量仪器，如各种气压计、真空计、多波长测温仪表、流量计等。 (3)机械量计量仪器如各种测力仪、硬度仪、加速度与速度测量仪，力矩测量仪、振动测量仪等。 (4)时间频率计量仪器如各种计时仪器与钟表、铯原子钟、时间频率测量仪等。 (5)电磁计量仪器用于测量各种电量和磁量的仪器，如各种交直流电流表、电压表、功率表、电阻测量仪、电容测量仪、静电仪、磁参数测量仪等。 (6)无线电参数测量仪器如示波器、信号发生器、相位测量仪、频率发生器、动态信号分析仪等。 (7)光学与声学参数测量仪器如光度计、光谱仪、色度计、激光参数测量仪、光学传递函数测量仪等。 (8)电离辐射计量仪器如各种放射性、核素计量，X、γ射线及中子计量仪器等。 测控仪器：是利用测量与控制的理论，采用机、电、光各种计量测试原理及控制系统与计算机相结合的一种范围广泛的测量仪器。 4．测控仪器由哪几部分组成?各部分功能是什么?（8大组成部分） 5．写出下列成组名词术语的概念并分清其差异：分度值与分辨力；示值范围与测量范围；灵敏度与鉴别力(灵敏阀)；仪器的准确度、示值误差、重复性误差；视差、估读误差、读数误差。通用计量术语及定义． (1)测量仪器(measuring instrument)测量仪器又称计量器具，它是指单独地或同辅助设备一起用以进行测量的器具。而测量是指用以确定量值为目的的一组操作。 测量仪器和测量器具是有区别的，测量仪器是将被测量转换成指示值或等效信息的一种计量器具，即具有转换和指示功能。测量器具是以固定形态复现或提供给定量的一个或多个已知值的器具，如砝码、标准电阻、量块、线纹尺、参考物质等。 (12)灵敏度(sensitivity)测量仪器响应(输出)的变化除以对应的激励(输入)的变化。若输入激励量为AX，相应输出是△Y，则灵敏度表示为S=△Y／△X 仪器的输出量与输入量的关系可以用曲线来表示，称为特性曲线，特性曲线有线性的也有非线性的，非线性特性用线性特性来代替时带来的误差，称为非线性误差。特性曲线的斜率即为灵敏度。 灵敏度的量纲可以是相同的，也可以是不相同的，如电感传感器的输入量是位移，而输出量是电压，其灵敏度的量纲为V／mm；而齿轮传动的百分表其输入量是位移，输出量也是位移，在这样情况下，灵敏度又称为放大比。 灵敏度是仪器对被测量变化的反映能力。 (13)鉴别力(阈)(discrimination)使测量仪器产生未察觉的响应变化的最大激励变化，这种激励变化应是缓慢而单调地进行。它表示仪器感受微小量的敏感程度。仪器的鉴别力可能与仪器的内部或外部噪声有关，也可能与摩擦有关或与激励值有关。 (14)分辨力(resolution)显示装置能有效辨别的最小示值。对于数字式仪器，分辨力是指仪器显示的最末一位数字间隔代表的被测量值。对模拟式仪器，分辨力就是分度值。 分辨力是与仪器的精度密切相关的。要提高仪器精度必须有足够的分辨力来保证；反过来仪器的分辨 华东交通大学2003—2004学年第二学期考试卷 试卷编号： （ A ）卷 测控仪器设计 课程 课程类别：必闭卷 考试日期： 题号一二三四五六七八九十总分题分100累分人签名得分考生注意事项：1、请考生将答案填写在答题纸上。2、本试卷共 6页，总分100分，考试时间 120 分钟。3、考试结束后，考生不得将试卷、答题纸和草稿纸带出考厂一、填空题1.仪器误差的来源有 、 和运行误差。2、动态偏移误差和动态重复性误差在时域表征动态测量仪器的 和 响应精度，，分别代表了动态仪器响应的 和 。3.表征测量结果稳定地接近真值的程度的是 4.测控仪器的设计六大原则是 、 、测量链最短原则、坐标系基准统一原则、精度匹配原则、经济原则。5.温度的变化可能引起电器参数的改变及仪器特性的改变，引起 和 。6.在设计中，采用包括补偿 、 环节等技术措施，则往往能在提高仪器精度和改善仪器性能方面收到良好的效果。7.造型设计中常用的几何形状的尺寸比例： 、均方根比例 、 和中间值比例。8.标准量的细分方法有 、 。9、仪器中的支承件包括基座、立柱、机柜、机箱等。它起着联接和支承仪器的机、光、电等各部分零件和部件的作用，其结构特点结构尺寸较大， 结构比较复杂。 10、导轨是稳定和灵活传递直线运动的部件，起着确保运动精度及部件间相互位置精度的作用。其由运动导轨（动导轨）和支承导轨（静导轨）组成。11、导轨种类很多，按照导轨面之间的摩擦性质可分为：滑动摩擦导轨 、 滚动导轨、静压导轨、 弹性摩擦导轨 。 12、在微位移机构中，微工作台的驱动方法有 。13、测控仪器中的光电系统的组成 14、光电系统的设计主要是研究 中的核心技术的设计问题。 承诺：我将严格遵守考场纪律，知道考试违纪、作弊的严重性，还知道请他人代考或代他人考者将被开除学籍和因作弊受到记过及以上处分将不授予学士学位，愿承担由此引起的一切后果。专业 班级 学号 学生签名： 层配料试卷电气理；进行检查和检测处理。高中资程中以气设备定值程中在事关技术资料，并且了解现场设备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。进行者对某停机。组在用高中资料试卷主要保护装置。 第一章 1.测控仪器的概念是什么？ 答：测控仪器是利用测量与控制的理论，采用机、电、光各种计量测试原理及控制系统与计算机相结合的一种范围广泛的测量仪器。 2.为什么说测控仪器的发展与科学技术发展密切相关？ 答：…… 3.现代测控仪器技术包含哪些内容？ 答：…… 4.测控仪器由哪几部分组成？各部分功能是什么？ 答：（1）基准部件：提供测量的标准量。 （2）传感器与感受转换部件：感受被测量，拾取原始信号并将它转换为易于放大或处理的信号。（3）放大部件：提供进一步加工处理和显示的信号。 （4）瞄准部件：用来确定被测量的位置（或零位）。 （5）信息处理与运算部件：用于数据加工、处理、运算和校正等 （6）显示部件：用指针与表盘、记录器、数字显示器、打印机、监视器等将测量结果显示出来。（7）驱动控制部件：用来驱动测控系统中的运动部件。 （8）机械结构部件：用于对被测件、标准器、传感器的定位、支承和运动。 5.写出下列成组名词术语的概念并分清其差异： 分度值与分辨力：分度值——一个标尺间隔所代表的被测量值。分辨力——显示装置能有效辨别的最小示值。 示值范围与测量范围：示值范围——极限示值界限内的一组数。测量范围——测量仪器误差允许范围内的被测量值。 灵敏度与鉴别力（灵敏阈）：灵敏度——测量仪器响应（输出）的变化除以对应的激励（输入）的变化。鉴别力——使测量仪器产生未察觉的响应变化的最大激励变化。 仪器的准确度、示值误差、重复性误差：仪器的准确度——测量仪器输出接近于真值的响应的能力。示值误差——测量仪器的示值与对应输入量的真值之差。重复性误差—— 视差、估读误差、读数误差：视差——当指示器与标尺表面不在同一平面时，观测者偏离正确观察方向进行读数和瞄准所引起的误差。估读误差——观测者估读指示器位于两相邻标尺标记间的相对位置而引起的误差，有时也称为内插误差。读数误差——由于观测者对计量器具示值读数不准确所引起的误差，它包括视差和估读误差。 6.对测控仪器的设计要求有哪些？ 答：（1）精度要求（2）检测效率要求（3）可靠性要求（4）经济性要求（5）使用条件要求（6）造型要求 第二章 1.说明分析仪器误差的微分法、几何法、作用线与瞬时臂法和数学逼近法各适用在什么情况下，为什么？答：若能列出仪器全部或局部的作用原理方程，那么，当源误差为各特性或结构参数误差时，可以用微分法求各源对仪器精度的影响。 几何法适合于求解机构中未能列入作用方程的源误差所引起的局部误差。 作用线与瞬时臂法…… 数学逼近法适用于难以从理论上确切地掌握仪器实际输出与输入特性的情况。 2.什么是原理误差、原始误差、瞬时臂误差、作用误差？ 答：原理误差是由于在仪器设计中采用了近似的理论、近似的数学模型、近似的机构和近似的测量控制电路所造成的。 原始误差（制造误差）是指由仪器的零件、元件、部件和其他各个环节在尺寸、形状、相互位置以及其他参量等方面的制造及装调的不完善所引起的误差。 一、测控仪器设计概论 1.测控仪器按照系统工程将产品生产的技术结构分：?能量流：是以能量和能量变换为主的技术系统；如锅炉、冷凝器、热交换器、发动机。?材料流：是以材料和材料变换为主的技术系统；如机床、液压机械、农业机械、纺织机械。?信息流：则包含信息获取、变换、控制、测量、监控、处理、显示等技术系统，如仪器仪表、计算机、通信装置、自动控制系统等。 2.用信息流可以控制能量流和材料流。 3.仪器仪表包括测量仪器、控制仪器、计算仪器、分析仪器、显示仪器、生物医疗仪器、地震仪器、天文仪器、航空航天海仪表、汽车仪表、电力仪表、石油化工仪表等。 4.测控仪器的水平是科学技术现代化的重要标志，没有现代化的测量仪器，国民经济是无法发展的。 5.计量测试角度可将仪器分：计量测试仪器、计算仪器、控制仪器及控制装置。 6.计量测试仪器的主要测量对象是各种物理量，分：?几何量计量仪器?热工量计量仪器?机械量计量仪器?时间频率计量仪器?电磁计量仪器?无线电参数测量仪器?光学与声学参数测量仪器?电离辐射计量仪器 7.计算仪器：是以信息数据处理和运算为主的仪器。 8.控制仪器与控制装置：是针对控制对象按照生产要求设计制作的控制装置和自动调整与校正装置。 9.测控仪器：是利用测量与控制的理论，采用机、电、光各种计量测试原理及控制系统与计算机相结合的一种范围广泛的测量仪器。 10.按功能将仪器分：①基准部件②传感器与感受转换部件③放大部件④瞄准部件⑤信息处理与运算装置⑥显示部件⑦驱动控制部件⑧机械结构部件 11.测控仪器的发展与科学技术发展密切相关？?工业?电仪?航空。 12.现代测控仪器技术或发展趋势包括：①高精度、高可靠性②高效率③高智能化④多维化、多功能化⑤研究新原理的新型仪器⑥介观（纳米）动态测量仪 13.测控仪器设计方法的特点：?程序性?创造性?系统性?优化性?计算机辅助设计 14.测控仪器的计算机辅助设计功能：①快速的数值计算能力②图像显示和绘图功能③储存和管理数据信息的功能④逻辑判断和推理功能 15.计算机辅助设计：是指使用计算机系统，统一支持设计过程中各项设计活动，是一项跨学科的新技术。 16.测控仪器的设计要求：?精度?检测效率?可靠性?经济性?使用条件?造型要求 17.测控仪器的设计程序：?确定设计任务?设计任务分析?调查研究?总体方案设计?技术设计?制造样机?样机鉴定或验收?样机设计定型后进行小批量生产 18.测量仪器：又称计量器具，是指单独地或同辅助设备一起用以进行测量的器具。 19.测量传感器：是指提供与输入量有确定关系的输出量的器件。 20.测量系统：指组装起来以进行特定测量的全套测量仪器和其他设备。 21.模拟式测量仪器与数字式测量仪器：前者是指仪器的输出或显示是输入信号的连续函数的测量仪器，后者是提供数字化输出或显示的仪器。 22.敏感元件或敏感器：指测量仪器或测量链中直接感受被测量作用的元件。 23.检测器：用于指示某个现象的存在而不必提供有关量值的器件或物质。 24.指示器：显示装置的固定的或可动的部件。 25.测量仪器的标尺：由一组有序的带有数码的标记构成的测量仪器显示装置的部件。 26.标尺间隔：指对应标尺两相邻标记的两个值之差，标尺间隔用标尺上的单位表示。 27.分度值：指一个标尺间隔所代表的被测量值。 1.1.测控仪器的概念是什么 测控仪器则是利用测量和控制的理论，采用机、电、光各种计量测试原理及控制系统与计算机相结合的一种范围广泛的测量仪器。 1.2. 为什么说测控仪器的发展与科学技术发展密切相关? 仪器仪表的用途和重要性— 遍及国民经济各个部门，深入到人民生活的各个角落，仪器仪表中的计量测试仪器与控制仪器统称为测控仪器，可以说测控仪器的水平是科学技术现代化的重要标志。 仪器仪表的用途: 在机械制造业中：对产品的静态与动态性能测试；加工过程的控制与监测；设备运行中的故障诊断等。 在电力、化工、石油工业中：对压力、流量、温度、成分、尺寸等参数的检测和控制；对压力容器泄漏和裂纹的检测等。 在航天、航空工业中：对发动机转速、转矩、振动、噪声、动力特性、喷油压力、管道流量的测量；对构件的应力、刚度、强度的测量；对控制系统的电流、电压、绝缘强度的测量等。 1.3. 现代测控仪器技术包含哪些内容 发展趋势 : 高精度与高可靠性、高效率、智能化、多样化与多维化（1）高精度与高可靠性随着科学技术的发展，对测控仪器的精度提出更高的要求，如几何量nm精度测量，力学量的mg精度测量等。同时对仪器的可靠性要求也日益增高，尤其是航空、航天用的测控仪器，其可靠性尤为重要。（2）高效率大批量产品生产节奏，要求测量仪器具有高效率，因此非接触测量、在线检测、自适应控制、模糊控制、操作与控制的自动化、多点检测、机光电算一体化是必然的趋势。（3）高智能化在信息拾取与转换、信息测量、判断和处理及控制方面大量采用微处理器和微计算机，显示与控制系统向三维形象化发展，操作向自动化发展，并且具有多种人工智能从学习机向人工智能机发展是必然的趋势。（4）多维化、多功能化（5）开发新原理（6）动态测量 现代设计方法的特点： (1)程式性强调设计、生产与销售的一体化。 (2)创造性突出人的创造性，开发创新性产品。 (3)系统性用系统工程思想处理技术系统问题。力求系统整体最优，同时要考虑人-机-环境的大系统关系。 (4)优化性通过优化理论及技术，以获得功能全、性能良好、成本低、性能价格比高的产品。 (5)计算机辅助设计计算机将更全面地引入设计全过程，计算机辅助设计不仅用于计算和绘图，在信息储存、评价决策、动态模拟、人工智能等方面将发挥更大作用。 1.4. 测控仪器由哪几部分组成各部分功能是什么 工作原理： Z向运动具有自动调焦功能，通过计算机对CCD摄像器件摄取图像进行 分析，用调焦评价函数来判断调焦质量。被检测的印刷线路板或IC芯片 的瞄准用可变焦的光学显微镜和CCD摄像器件来完成。摄像机的输出经图 像卡送到计算机进行图像处理实现精密定位和图像识别与计算，并给出 1.1.测控仪器的概念是什么？ 测控仪器则是利用测量和控制的理论，采用机、电、光各种计量测试原理及控制系统与计算机相结合的一种范围广泛的测量仪器。 1.2. 为什么说测控仪器的发展与科学技术发展密切相关? 仪器仪表的用途和重要性— 遍及国民经济各个部门，深入到人民生活的各个角落，仪器仪表中的计量测试仪器与控制仪器统称为测控仪器，可以说测控仪器的水平是科学技术现代化的重要标志。 仪器仪表的用途: 在机械制造业中：对产品的静态与动态性能测试；加工过程的控制与监测；设备运行中的故障诊断等。 在电力、化工、石油工业中：对压力、流量、温度、成分、尺寸等参数的检测和控制；对压力容器泄漏和裂纹的检测等。 在航天、航空工业中：对发动机转速、转矩、振动、噪声、动力特性、喷油压力、管道流量的测量；对构件的应力、刚度、强度的测量；对控制系统的电流、电压、绝缘强度的测量等。 1.3. 现代测控仪器技术包含哪些内容？ 发展趋势: 高精度与高可靠性、高效率、智能化、多样化与多维化（1）高精度与高可靠性随着科学技术的发展，对测控仪器的精度提出更高的要求，如几何量nm精度测量，力学量的mg 精度测量等。同时对仪器的可靠性要求也日益增高，尤其是航空、航天用的测控仪器，其可靠性尤为重要。（2）高效率大批量产品生产节奏，要求测量仪器具有高效率，因此非接触测量、在线检测、自适应控制、模糊控制、操作与控制的自动化、多点检测、机光电算一体化是必然的趋势。（3）高智能化在信息拾取与转换、信息测量、判断和处理及控制方面大量采用微处理器和微计算机，显示与控制系统向三维形象化发展，操作向自动化发展，并且具有多种人工智能从学习机向人工智能机发展是必然的趋势。（4）多维化、多功能化（5）开发新原理（6）动态测量 现代设计方法的特点： (1)程式性强调设计、生产与销售的一体化。 (2)创造性突出人的创造性，开发创新性产品。 (3)系统性用系统工程思想处理技术系统问题。力求系统整体最优，同时要考虑人-机-环境的大系统关系。 (4)优化性通过优化理论及技术，以获得功能全、性能良好、成本低、性能价格比高的产品。 (5)计算机辅助设计计算机将更全面地引入设计全过程，计算机辅助设计不仅用于计算和绘图，在信息储存、评价决策、动态模拟、人工智能等方面将发挥更大作用。 1.4. 测控仪器由哪几部分组成？各部分功能是什么？ 工作原理： Z向运动具有自动调焦功能，通过计算机对CCD摄像器件摄取图像进行 分析，用调焦评价函数来判断调焦质量。被检测的印刷线路板或IC芯片 的瞄准用可变焦的光学显微镜和CCD摄像器件来完成。摄像机的输出经图 像卡送到计算机进行图像处理实现精密定位和图像识别与计算，并给出 被检测件的尺寸值、误差值及缺陷状况。 按功能将仪器分成以下几个组成部分： 1 基准部件 5 信息处理与运算装置 2 传感器与感受转换部件 6 显示部件 测控仪器设计最全复习题 一、填空题 1.仪器误差的来源有、和运行误差。 2.动态偏移误差和动态重复性误差在时域表征动态测量仪器的和响应精度，，分别代表 了动态仪器响应的和。 3.表征测量结果稳定地接近真值的程度的是 4.测控仪器的设计六大原则是、、测量链最短原则、坐标系基准统一原则、精 度匹配原则、经济原则。 5.温度的变化可能引起电器参数的改变及仪器特性的改变，引起 和。 6.在设计中，采用包括补偿、环节等技术措施，则往往能在提 高仪器精度和改善仪器性能方面收到良好的效果。 7.造型设计中常用的几何形状的尺寸比例：、均方根比例、 和中间值比例。 8.标准量的细分方法有、。 9.仪器中的支承件包括基座、立柱、机柜、机箱等。它起着联接和支承仪器的机、光、电等各部分 零件和部件的作用，其结构特点结构尺寸较大，结构比较复杂。 10.导轨是稳定和灵活传递直线运动的部件，起着确保运动精度及部件间相互位置精度的作用。其由 运动导轨（动导轨）和支承导轨（静导轨）组成。 11.导轨种类很多，按照导轨面之间的摩擦性质可分为：滑动摩擦导轨、滚动导轨、静压导轨、 弹性摩擦导轨。 12.在微位移机构中，微工作台的驱动方法有。 13.测控仪器中的光电系统的组成 14.光电系统的设计主要是研究中的核心技术的设计问题。 15.直接检测系统：相干检测系统： 16.在光电系统设计时，针对所设计的光电系统的特点，遵守一些重要的设计则。 17.光电系统的核心是光学变换与光电变换，因而光电系统的光学部分与电子部分的匹配是十分重要 的。这些匹配包括、。匹配的核心是如何正常选择光电检测器件。 18.照明的种类、、、。 19.光电系统中的光学部分与电子部分的匹配十分重要，这些匹配包括光谱匹 配、、。 20.按照系统工程学的观点,生产过程中有三大技术系统:_______________； _______________；- ________________ 21.按功能将仪器分成以下几个组成部分：1 基准部件；2_____________；3 放大部件；4 瞄准部件； 5 _______________； 6 显示部件； 7 _____________ 8 机械结构部件 22.常用的传感器有机械式、_____________、光电式、_______________、声学式、__________等等 23.数据处理与运算部件主要用于数据加工、处理、运算和校正等。可以利用___________、 ______________或______________来完成。 24.驱动控制部件用来驱动测控系统中的运动部件，在测控仪器中常用___________、_____________、 ________________、_________________、-______________等实现驱动。 25.仪器中的___________部件用于对被测件、标准器、传感器的定位，支承和运动,如导轨、轴系、基座、支 架、微调、锁紧、限位保护等机构。 26.测控仪器发展趋势：高精度与高可靠性、______________、____________、多样化与多维化 27.仪器的技术指标是用来说明一台仪器的___________和___________ 9._____________是仪器对被测量变 化的反映能力 28.仪器总误差应小于或等于被测参数总误差的________________ 29.为了保证仪器的精度，仪器设计时应遵守一些重要的设计原则和设计原理，如____________、变形最小 原则、________________、精度匹配原则、误差平均作用原理、补偿原理、差动比较原理等 30. _____________和_____________是仪器设计的重要内涵 31.按误差的数学特征分类：随机误差；_____________和________________。 32._________________和_________________时域表征动态测量仪器的瞬态和稳态响应精度，分别代表了 动态仪器响应的准确程度和精密程度 33.采用____________进行设计是为了简化设计、简化制造工艺、简化算法和降低成本。 34.所谓干扰，一方面是_____________的干扰，另一方面是____________造成的干扰。 35.仪器精度设计是仪器精度综合的反问题，其根本任务是________________________ 36.___________与_______________指标是测控仪器设计的核心问题。 37.标准量的作用有： _____________；②-_______________________。 38.通常依据______________与______________________两种原则来分配总随机误差。 第一章测控仪器设计概论 1.测控仪器由哪几部分组成？各部分功能是什么？ （1）基准部件：提供测量的标准量。 （2）传感器与感受转换部件：感受被测量，拾取原始信号并将它转换为易于放大或处理的信号。 （3）放大部件：提供进一步加工处理和显示的信号。 （4）瞄准部件：用来确定被测量的位置（或零位）。 （5）信息处理与运算部件：用于数据加工、处理、运算和校正等 （6）显示部件：用指针与表盘、记录器、数字显示器、打印机、监视器等将测量结果显示出来。 （7）驱动控制部件：用来驱动测控系统中的运动部件。 （8）机械结构部件：用于对被测件、标准器、传感器的定位、支承和运动。 2.写出下列成组名词术语的概念并分清其差异： 分度值与分辨力：分度值——一个标尺间隔所代表的被测量值。分辨力——显示装置能有效辨别的最小示值。 示值范围与测量范围：示值范围——极限示值界限内的一组数。测量范围——测量仪器误差允许范围内的被测量值。 灵敏度与分辨力：灵敏度——测量仪器响应（输出）的变化除以对应的激励（输入）的变化。分辨力——显示装置能有效分辨的最小示值。 仪器的准确度、示值误差、重复性：仪器的准确度——测量仪器输出接近于真值的响应的能力。示值误差——测量仪器的示值与对应输入量的真值之差。重复性——在相同测量条件下，重复测量同一个被测量，仪器提供相近示值的能力。 回程误差：在相同条件下，被测量值不变，计量器具行程方向不同其示值之差的绝对值。3.测控仪器的发展趋势：高精度、高可靠性高效率高智能化多维化、多功能化研究新原理的新型仪器介观（纳米）动态测量仪 4. 测控仪器的设计程序：确定设计任务分析设计任务，制定设计任务书调查研究，熟悉现有资料总体方案设计技术设计制造样机样机鉴定或验收样机设计定型后进行小批量生产 第二章仪器精度理论 1.按误差的数学特征分类：随机误差、系统误差、粗大误差 2．精度区分为：正确度：测量结果稳定地接近真值的程度 精密度：结果的一致性或误差的分散性 准确度：测量结果和真值之间的一致程度 3.误差的来源：原理误差制造误差运行误差 4、原理误差：由于在仪器设计中采用了近似的理论、近似的数学模型、近似的机构和近似的测量控制电路所造成。（只与仪器的设计有关，与制造和使用无关） 减少原理误差的途径：更精确的原理和计算公式研究误差的规律，采取措施避免原理误差采用补偿方法 5制造误差由于制造工艺的不完善，各个环节在制造过程中总是会产生许多误差，影响仪器精度（仪器的制造误差不可避免） 减少制造误差的途径：合理分配和确定公差正确应用设计原理：如平均原理、补偿原理、阿贝原理等合理选择结构参数合理的工艺性，基面统一等设置调整和补偿环节 6．运行误差仪器在使用过程中所产生的误差称为运行误差（如力变形误差、磨损和间隙造 测控仪器设计中期考查试题 一、选择题。 1. 在光学度盘式圆分度测量装置中，当采用在度盘圆周上均布3个读数头的结构并取3个读数头读数值的平均值作为读数值时，则不可以消除阶谐波误差对读数精度的影响。 A. 3，6，9，12，15，?； B. 1，2，3，4，5，?； C. 1，2，4，5，7，8，10，11，?； D. 2，4，6，8，10，?。 2．一米激光测长机的原理如图所示，根据要求做出选择： (a) 14 (b) 一米激光测长机结构图 1--底座 2--干涉箱 3--测量头 4--工作台 5--尾座 6--电动机和变速箱 7--闭合钢带 8--电磁离合器 9--固定角耦棱镜 10--尾杆 11--测量主轴 12--可动角耦棱镜 13--激光器 14--分光镜 2.1 尾座因底座变形在垂直平面内有倾角会引起仪器误差，总体设计时应采取措施抑制或消除它们的影响。关于采取的抑制或消除尾座因底座变形在垂直平面内有倾角的影响措施描述正确的有； A.固定角隅棱镜9与尾座5固结在一起； B.固定角隅棱镜的锥顶安放在尾杆10的轴线离底座导轨面等高的同一平面内； C.尽可能减小固定角隅棱镜9和尾杆10在水平面内的距离d； D.可动角隅棱镜12的锥顶位于测量主轴11的轴心线上(以便符合阿贝原则)； 2.2 尾座在水平面内产生摆角会引起仪器误差，总体设计时应采取措施抑制或消除它们的影响，关于采取的抑制或消除尾座在水平面内产生摆角的影响措施描述正确的有； A.固定角隅棱镜9与尾座5固结在一起； B.固定角隅棱镜的锥顶安放在尾杆10的轴线离底座导轨面等高的同一平面内； C.尽可能减小固定角隅棱镜9和尾杆10在水平面内的距离d； D.可动角隅棱镜12的锥顶位于测量主轴11的轴心线上(以便符合阿贝原则)； 2.3 测量头架在水平面内产生摆角会引起仪器误差，总体设计时应采取措施抑制或消除它们的影响，关于采取的抑制或消除测量头架在水平面内产生摆角的影响措施描述正确的有； A.固定角隅棱镜9与尾座5固结在一起； B.固定角隅棱镜的锥顶安放在尾杆10的轴线离底座导轨面等高的同一平面内； C.尽可能减小固定角隅棱镜9和尾杆10在水平面内的距离d； D.可动角隅棱镜12的锥顶位于测量主轴11的轴心线上(以便符合阿贝原则)； 二、填空题。 1.仪器的基本组成部分有信息源及传输介质、（）、（）、 （）、（）、（）和机械结构部分。 2.仪器的静态性能指标中，用（）表示仪器对被测量的反应能力，用（） 表示仪器感受微小量的敏感程度。 3.基准面统一原则要求在设计零件时，应该使零件的（），（）， （）一致，而对于部件装配，要求（），（）和（）一致。 4.根据精度反应误差的性质，把精度分为（），（）和（）。 （）反应系统误差的大小，（）反应随机误差的大小，（）是系统误差和随机误差两者的综合反映。 5.在长度仪器中，原理误差多表现为（）。 6.精密仪器的测量链包括（）和（），其中（）对仪器 的总体精度和其他性能其主要作用。 7.机构传递运动的方式根据作用线与作用力的关系可分为推力传动和摩擦力传动。推力传动 的作用线方向为两构件接触点处的（），而摩擦力传动的作用线方向为两构件接触点处的（）。 三、简答题。 一、单选题：本题选项中只有一项正确，请将正确的的（a）、(b)、(c)、(d)填在相应 的横线上。（12分，每空3分） 1、相对误差有两种表示方法，关于相对误差的两种表示方法描述正确的是( a ) （a）引用误差不大于额定相对误差；（b）引用误差一定小于额定相对误差； （c）引用误差一定大于额定相对误差；（d）引用误差不小于额定相对误差。 2、按等作用原则分配随机误差时，认为哪种类型的误差是相等的( b ) （a）原理误差；（b）局部误差； （c）源误差；（d）制造误差。 3、在光学度盘式圆分度测量装置中，当采用在度盘圆周上均匀分布2个读数头 的结构，并取3个读数头读数值的平均值作为读数值时，则不可以消除(d ) 阶谐波误差对读数精度的影响。 （a）3，6，9，12，……；(b)1,2,3,4,5,……； （c）1,2,4,5,7,8,10,11,…..；(d)2,4,6,8,10,…..。 4、多读数头结构平均读数原理，不能消除下面那一项误差(d ) (a)轴系晃动；（b）度盘安装偏心误差 (c)度盘刻划误差(d)测量过程中轴系晃动误差 二、多选题：本题为多项选择题，仔细阅读有关容，将正确的选项填在相应的横线上， 多选或少选均视为解答不正确。（39分） 1、一米激光测长机的原理如图1所示，根据要求做出选择：（23分） 1.1针对一米激光测长机标准系统描述正确的有：（abe） （a）激光干涉系统；（b）增量码标准系统； （c）绝对码标准系统；（d）数值量标准系统； （e）模拟量标准系统。 1.2用该仪器进行测量时必须先对零，描述正确的有：（ab） （a）主要为了消除测量误差；（b）主要为了确定相对零位基准； （c）主要是因为使用了增量码标准系统；（d）主要是一种操作习惯； （e）测量时可以省去先对零这一步。 1.3尾座因底座变形在垂直平面有倾斜角引起仪器误差，总体设计时应采取措施 抑制或消除它们的影响。关于采取的抑制或消除尾座因底座变形在垂直平面 有倾斜角的影响措施及采取措施前后引起的测量误差描述正确的有：（5分） （a）固定角隅棱镜9与尾座固结在一起； （b）固定角隅棱镜的锥顶安放在尾杆10的轴线离底座导轨面等高的同一平面； （c）尽可能减小固定角隅棱镜9和尾杆10在水平面的距离d; （d）可动角隅棱镜12的锥顶位于测量主轴11的轴心线上； （e）只要采取合理的措施，可以消除该项误差的影响； （f）该项误差属于阿贝误差，只可以尽可能见效，不可能消除； 抑制或消除它们的影响。关于采取的抑制或消除尾座因底座变形在垂直平面 有倾斜角的影响措施及采取措施前后引起的测量误差描述正确的有：（abe） （a）固定角隅棱镜9与尾座固结在一起； （b）固定角隅棱镜的锥顶安放在尾杆10的轴线离底座导轨面等高的同一平面； （c）尽可能减小固定角隅棱镜9和尾杆10在水平面的距离d; 1、简述测控仪器设计中一般的设计要求包括哪些方面？主要的设计程序包括哪些？设计要求：① 精度要求②检测效率要求③可靠性要求④经济性要求⑤使用条件要求⑥造型要求 设计程序：①确定设计任务②设计任务分析③调查研究④总体方案设计⑤技术设计⑥制造样机 ⑦样机鉴定或验收⑧样机设计定型后进行小批量生产 2、简述测控仪器的设计原则，并稍作说明 ①阿贝原则该原则指出，为使量仪能给出正确测量结果，必须将仪器的读数可先吃安放在被测 尺寸线的延长线上。就是说，被测零件的尺寸线和仪器中作为读数用的基准线应顺序排成一条直线 ②最小变形原则该原则指出，应尽量避免在仪器工作过程中，因受力变化或因温度变化而引起 的仪器结构变形或仪器状态和参数的变化，并使之对仪器精度的影响量小 ③测量链最短原则测量链最短原则则是指构成仪器测量链环节的构件数目应最少 ④坐标系基准统一原则这条原则是指，在设计零件时，应该使零件的设计基面、工艺基面和测 量基面一致起来，符合这个原则才能使工艺上或测量上能够较经济的获得规定的精度要求而避免附加的误差 ⑤精度匹配原则在对仪器进行精度分析的基础上，根据仪器中各部分各环节对仪器精度影响的 不同，分别对各部分个环节提出不同的精度要求和恰当的精度分配，这就是精度匹配原则 ⑥经济原则经济原则是一切工作都要遵守的一条基本而重要的原则 3、简述测控仪器的设计原理，并稍作简述 ①平均读数原理在计量学中，利用多次读数取其平均值，通常能够提高读数精度。利用这一原 理来设计仪器的读数系统，即称之为平均读数原理 ②比较测量原理包括位移量同步比较测量原理、差动比较测量原理、零位比较测量原理 ③补偿原理应用补偿法进行误差补偿是应注意的问题有①补偿环节②补偿方法③补偿要求④ 综合补偿 4、①线纹尺、度盘、码盘都是绝对码标准量的例子，根据它们的起始和终止的位置就可以确定所对应的线位移或转角，与测量的中间过程无关。绝对码标准量的抗干扰能力优于增量马标准量，它不受停电、断线等意外故障以及测量中间过程的影响，并易于恢复测量 ②光栅、激光干涉条纹等属于增量马标准量。它的优点是可按需要任意设置零位，这样可以不必通过两点的绝对坐标差去确定位移或转角。有的增量马标准量还设有绝对零位。增量马标准量需从测量条件、屏蔽、电路等方面采取措施，以提高其抗干扰能力 5、导轨运动的不平稳现象产生的原因是什么？如何加以改善？原因：导轨运动的不平稳现象主要是 因为“爬行”现象。 导致爬行现象的原因有①导轨间的静、动摩擦系数差值较大②动摩擦系数随速度变化③ 系统刚度差 改善：要减小爬行，影视临界速度降低，即应减小动摩擦力与静摩擦力之差厶F,增加系统阻尼和增加弹性环节刚度。当运动部分润滑较好时也可使爬行减小 6、试述线性直流稳定电源和开关型稳定电源的工作原理，说明其特点和优势。 ①线性直流稳定电源的原理是，靠调整管之间的电压来稳定输出，因此线性电源的出特点是工作在线性区，稳定性高，纹波小，可靠性高，易做成多路。输出连续可调，但是体积大、较笨重、效率相对较低 ②开关型直流稳定电源的功率器件调整管不是工作在线性区，而是工作在饱和区及止区，即始终处于功率开关状态，开关电源因此而得名。开关电源的优点是体积小，重量轻，稳定可靠，尤其是输入电压范围很宽；缺点相对于线性电源来说文波较大 7、干扰耦合的方式主要有哪些？分别是怎么形成的？ 干扰耦合的方式主要有①静电耦合②电磁耦合③共阻抗耦合④漏电流耦合测控仪器设计复习要点
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