测控仪器设计复习题(DOC)

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ΔF，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

①静电耦合亦称电容性耦合，产生的原因主要是由于两个电子器件或者两

电路之间存在寄生电容，经寄生电容是一个电路的电荷影响另一个电路

②电磁耦合的产生原因主要由于两个电路存在互感，使得一个电路的电流

化通过电磁耦合干扰另一个电路

③共阻抗耦合一般发生在两个电路的电流流经一个公共阻抗其中一个电

在该阻抗的压降会影响另一路

④漏电流耦合主要是由于绝缘不良，而流经绝缘电阻的电流所引起的的干扰

8、试述在印刷电路板设计中的布线要掌握的一些原则？（对应电源线，信号线和地线）。

①电源线的布线原则：电源线和地线要尽量粗，除减小压降外，更重要的是降低耦合噪声。只要允许，还是尽可能用宽线。导线的最小宽度主要有导线与绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流值决定。导线之间的最小距离主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定

②信号线的布线原则：布线时，尽量避免 90°折线，使用 45 °折线或圆弧布线，以减少高频信号对外的发射和耦合。布线时尽量减少回路环的面积，以降低感应噪声。尽可能缩短高频元件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。输入端和输出端用的导线应尽量避免相邻平行。

③地线的布线原则：数字地与模拟地要分离，最后在一点接于电源地，A/D、D/A

片布线也以此为原则。单片机和大功率器件的地线要单独接地，以减少互相干扰。低频模拟电路采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后在并联接地。高频模拟电路采用多点串联接地，地线应短而粗，高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。

9、接地设计的两个基本要求是什么？什么是“浮地系统”，有何优劣点？

接地设计的两个基本要求是：①消除各电路电流流经一个公共地线阻抗时所产生的噪声电压②避免形成地环路

浮地系统，是指仪器的整个地线系统和大地之间没有欧姆连接，仅以“浮地”作为它的电平基准，即参考电平。

浮地系统的优点是不受大地电流的影响。因此，作为系统“地”的参考电平是按水涨船高的原理岁电压的感应而相应的提高。所以，仪器内部的电子器件不会因高电压的干音而击穿，这对COMS电路尤为有利。

浮地系统的缺点是，当附近有高压设备时，其机壳易感应较高电压，形成噪声干扰，因此安全性较差。

10、在光学检测系统中，什么是直接检测系统和相干检测系统？各有何特点？

不论是相干光源还是非相干光源来携带光信息，而检测器件只直接检测光强度，这种光电系统称为直接检测系统；如果采用相干光源利用光波的振幅、频率、相位来携带信息，

光电检测器检测不是直接检测光强而是检测干涉条纹的振幅、频率、或相位则称为相干检测

系统。直接检测系统简单、应用范围广，而相干检测具有更高的检测能力和更高的信噪比，

因而系统精度更高，稳定性也更好。

11、说明干涉条纹外差检测原理及特性。

（1）原理

光学外差检测原理如图a 所示。入射信号光波的复振幅和本机振荡参考光波的复振幅分别为

Us(t)=a s sin(ωs t+ψs )

U 0(t)=a 0sin(ω0t+ψ0)

则在光混频器上的输出光强为

它的频谱分布表如图b 所示，其中的倍频项与和频项不能被光电器件接受，只有当ω0和

ωs 足够接近，并使Δω=ωs-ω0处于探测器的通频带范围内才能被相应。此时探测器的输

出信号为 ，此式为光学外差信号表达式

（2）光外差检测的特性

光外差干涉测量具有以下优点：①检测能力强②转换增益高③信噪比高④滤波性好⑤

稳定性和可靠性高。

12、光电系统设计要考虑哪些重要原则？

①匹配原则（光谱匹配、功率匹配、阻抗匹配）②干扰光最小原则③共光路原则④光

电系统设计是测控仪器设计的一部分，它还应遵守仪器设计的阿贝原则、差动比较原则、精

度原则、基面统一原则以及补偿原理，平均读数原理等基本原则和理论

图6-51 光学外差探测原理

13、如图所示是斐索平面干涉仪原理图，试说明其工作原理，并说明其共光路情

况。

斐索干涉仪原理图

1-激光束 2-反射镜 3-聚光镜 4,6-光栏

5-分光镜 7-准直物镜

14、如图所示光路是用来检测物面（镜面）的，试说明其工作原理？采用的是何

种照明？

1-光源 2-集光镜 3-孔径光 4-视场光阑

5-聚光镜 6-分光镜 7-物镜 8-物面

9-CCD

① 原理：激光束1被聚光镜3汇聚于小孔光栏4处，光栏4位于准直物镜7的焦面处，光束透过分光镜5向下通过准直物镜7一平行光束出射，并垂直入射到参考物镜M1上。M1为半反半透镜，一部分光线被M1反射作为标准光束，另一部分光透过参考镜M1入射到被测表面M2上有被测表面反射形成测量光束，两束光在光栏6处汇合而产生干涉。在光栏6处放置CCD 摄像机便可记录下与被测表面相对应的干涉图。 ② 光路情况：该系统的测量光束与参考光束基本上处于同一环境中，温度的变化和外界振动的影响对两束光基本上相同，因而有利于提高测量精度。系统的测量光束与参考光束在参考镜M1到被测物体之间是不同路的

① 原理：光源发出的光经物镜7投射

到物体8上，物镜本身兼做聚光镜。

物镜将物面成像到CCD 器件9的

光敏面上。这种照明系统可以检测

反射镜面上的缺陷。如果被测表面

是镜面，则镜面的反射光线全部进

入物镜成像，因此整个图像都是白

色。当镜面上有腐蚀斑点或者污渍

时，所产生的漫反射光线进入物镜

的甚少，因此图像上将产生黑色的

斑点

② 同轴反射照明

15、试说明其工作原理，并用相应公式推导，设计要点？

光源发出的光通量

原理：是正弦波调制的激光束在传播过程中利用其相位变化来测量距离。

如图所示该系统采用半导体激光器作为光源，在光源的驱动电路中施加正弦电压。则

光源发出的正弦规律的光通量 光辐射经光学系统3发射到放在被测距离物体上的靶镜4上，光被靶镜全反射后被光

学器件6接收，经放大、鉴相后可获得相位差变化ψ。

若被测距离为D ，从发射光到接收到返回光的时间为t ，光的传播速度为c,则t=2D/c ，

在这段时间里光载波的相位改变了ψ，即ψ=ω0t=ω0×2D/c ，从而可以计算出待测距离

D=c ψ/2ω0=c ψ/4πf 0被测相位值ψ=（m+Δm ）×2π=m ×2π+Δψ

16、试简要说明时间法测距的原理，设计要点？

强脉冲激光器1发出的激光巨脉冲经光学系统2射向被测距离的目标3，光被目标反射后被

测距仪的光电检测器件5接收。若该巨脉冲从发射到接收的时间延迟为t ，则被测距离为

D=(1/2)ct 时间t 可用脉冲填充法求出t=N ΔT=N/f 0从而可得D=(1/2)ct=（1/2 f 0）Cn=KN

式中K=c/2 f 0是测距脉冲当量，即单位脉冲对应的被测距离

0m 00sin()

t φφφω?=++0m 00sin()

t φφφω?=++

17、简述激光干涉测长的基本原理，并给出公式，分析其原理误差。

原理：由激光器发出的光经分束镜BS 分为两束，一束射向干涉仪的固定参考臂，经参

考反射镜M1返回后形成参考光束；另一束干涉仪的测量臂，测量臂中的反射镜M2将随被

测长度位移而移动，这一束光从测量反射镜返回后形成测量光束；测量光束和参考光束的相

互叠加干涉形成干涉信号。干涉信号的明暗变化次数N 直接对应于测量静的位移，可表示

为L=N λ/2=N λ0/2n 测量光路与参考光路的光程差为2n(L m -L r ),对应的干涉条纹数为

K 0=2n(L m -L r )/ λ0测量时，反射镜M2随被测物体一起移动。如移动长度为L ，那么干涉条

纹数变为K=2nL/λ0+2n(L m -L r )/ λ0若干涉条纹经m 倍细分后，再用计数器计数，所记的数

为K ，那么N=Km=2mnL/λ0+2mn(L m -L r )/ λ0从而被测长度为L=N λ0/2mn-(L m -L r )

由于激光干涉测长是增量码式测量，在测量开始前应对计数器清零，因而在测量过程

中只要L m -L r 不在变化，其测量结果为L=N λ0/2mn 改式为激光干涉测长的基本公式

误差：对L=N λ0/2mn-(L m -L r )进行全微分，便可用微分法求出影响激光干涉测长的主

要误差ΔL=

为计数误差； 为波长不稳定带来的测量误差； 为由于测量环境下空气

折射偏离标准环境下的空气折射率而带来的误差； 为测量过程中由于温度、力变形及

振动造成初试程差发生变化而带来的误差

18、螺旋测微机构误差分析。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。试求由此带来的误差。(P36)

螺杆移动距离为 P L π

?2=

由于原误差为夹角误差θ，滑块的实际移动距离L 为L=Lcos θ=

19、如图所示是小模数渐开线尺廓检查仪。试说明其工作过程及实现测量的原理。

工作过程：被测齿轮1与半径为R 的基圆盘2同心安装在主轴上，基圆盘2有由钢带将其

与主拖板3相连。在主拖板3上安装了直尺5，其角度可以通过专门的装置实现调整。在推

力弹簧12的作用下，测量拖板8与直尺5保持接触，在测量拖板上安装了测量杠杆9和测

微仪10.转动手柄7时，传动丝杠4带动主拖板上下移动，基圆盘在钢带的带动下转动，被

测齿轮随之转动。与此同时，直尺也上下移动，是测量拖板水平移动，此时，测量杠杆感受

的是被测齿轮的齿廓偏差信号，测微仪10将其放大显示。

实现测量的原理：当主拖板在丝杠的带动下上下移动的距离为L 时，直尺也上下移动了L ，

在钢带的带动下基圆盘逆时针旋转ψ=L/R 。此时，在弹簧的作用下，测量拖板向右移动的

距离s=Ltan θ,设被测齿轮的基圆半径为r 0，测量之前将直尺倾斜角度调整为θ=arctan(r 0/R)

那么测量拖板的位移距离为s=Ltan θ=L r 0/R= r 0ψ

20、自准直仪简化原理图如图所示，用分划板上的刻线尺来测量反射镜的偏转角，

分划板上的刻线是均匀的，求原理误差。

十字线与其倒像之间错开的距离z 为z0=ftan2α

当α很小时z ≈f ·2α

则原理误差为Δα=α-α0=z 0/2f －?arctan(z 0/f)

=z0/f －?[z 0/f-1/3(z 0

/f) 3－……]

≈1/6(z 0

/f) 3=?α03 21、有一光学系统，其放大倍数为：y x y y M '

'-='=。已知像面的轴向位置误差mm x 1.0='?，物高mm y 20=像高为y '，像面到像方焦点间距mm x 1000='，求

因此引起的仪器误差y ?。

22、用游标卡尺测量工件的直径。测量时，活动量爪在尺架（导轨）上移动，由

于导轨之间存在间隙，使活动量爪发生倾斜角而带来测量误差，其值为 设S=30毫米，? =1ˊ。卡尺设计不符合仪器设计的哪个原则？求由此带来的误

差，此误差属于何种类型误差。 23、试说明爱彭斯坦光学补偿法是用来补偿何种误差的？并说明其工作原理。

爱彭斯坦光学补偿方法 a)测长机工作原理图 b)光学补偿原理

① 游标卡尺的读数刻线尺和被测件的

尺寸线不在一条线上，故不符合阿贝

原则

② 活动量爪发生倾斜角而带来测

量误差，其值为Δ1=Stan ψ

因为S=30mm ，? =1ˊ

所以Δ1=30×0.0003mm

=9×10﹣3

①补偿阿贝误差

②工作原理：由尾座内光源照明的双刻线分划板及由读数显微镜读数的100mm刻线尺均

安置于仪器床身上，并分别位于焦距f相同的两个透镜N1、N2的焦平面上。反射镜M2、透镜N2及照明光源与尾座连为一体，反射镜M1、透镜N1与头座连为一体。对于1m测长机而言，仪器床身上装有10块双刻线分划板，每两块相距100mm，每块上面刻有0~9之间的一个数字。对零时，双刻线指标成像在100mm刻尺的0刻线位置，即s1点。测量时，若工件长度的基本尺寸为100mm或其整数倍，则需尾座向左移动，若工件长度的基本尺寸除了100mm的整数倍外，还有自0.1~100mm的小数时，则还需同时将头座向右移动到所需的数值上。

③光学补偿原理：由于倾角θ的影响，在测量线方向上测端将向左移动ΔL=htanθ值，如

无补偿措施，则此值即为阿贝误差。但这时与尾座连为一体的M2、N2也随之倾斜θ角，这样，新的双刻线指标o通过M2、N2及M1、N1便成像到s2点，即s2点相对于s1点在刻尺面上也有一挪动量s1s2=ftanθ。这时，由于头座要向左移动ΔL来压紧工件，而使o点的像也同时向左移动ΔL再次与s1点瞄准。若h=f则htanθ=ftanθ于是，由尾座倾斜而带来的阿贝误差，在读数时自动消失了。

24、一个长度为L，高度为H的矩形基座，当上表面温度高于下底面温度时会产生上凸下凹的形变，其最大凹凸量为δ如图所示。（P117）

1.试求证图中δ所标示位置为最大变形量发生位置。

2.试求最大变形量的关系式。设基座材料的线膨胀系数为а，上下温差为△t。

①

②因为δ=ψ/4×L/2=ΨL/8

ψ=ΔL/H=LαΔt/H

所以δ=αΔtL2/8H

25、主动三角法测距的应用范围是多少？漫反射式和反射式三角法的测量原理？绘图说明，并写出公式。设计要点？（P279）

①主动三角法测距法用于从数毫米倒数米的精密测距

②漫反射光的三角法：光源与聚光镜组成的照明部分的光轴垂直被测物表面，照明光被聚光镜汇聚于一点A，光点大小约数十微米，光点被物镜成像与P点。若被测表面轴向位移ΔZ

相应像点由P移至P1，则由三角关系可得ΔZ=

这种方法的测量范围可达数百毫米，分辨率可达1μm

④反射式三角法：即入射光的光轴与接收光的光轴按反射定律位置放置，用于测量光滑物

体的轴向位移，有图示三角形关系的ΔZ=

测控仪器设计复习要点

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__总复习题和考试题

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

测控仪器设计课后习题答案_浦昭邦_王宝光

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

测控试卷测控仪器设计

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

测控仪器的设计专题

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

测控仪器设计习题解答

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。

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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。

测控仪器设计复习资料

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。

《测控仪器设计第版》课后习题答案浦昭邦_王宝光

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

《测控仪器设计(第2版)》课后习题答案_浦昭邦_王宝光

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 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。

测控仪器设计复习

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

重庆大学测控仪器设计课程试卷

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;

测控仪器设计 中期考查试题

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。

测控仪器设计考试复习资料

说在前面的话，本资料为《测控仪器设计》（第二版）的考试复习资料，本资料包含两份，分别为两个人整理所得，我只是将其整合到一份文档中。第一章 分类：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、电磁量计量仪器、无线电参数测量仪器、光学与声学量测量仪器、电离辐射计量仪器以上8大类计量仪器的共性技术：计量测试仪器的设计理论和测试理论 测控仪器：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。 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 现代设计方法的特点：程式性、创造性、系统性、优化性、计算机辅助设计 术语定义： 标尺间隔：对应标尺两相邻标记的两个值之差。 分度值：一个标尺间隔所代表的被测量值。 示值范围：极限示值界限内的一组数。对模拟量显示而言它就是标尺范围；在有些领域中它是仪器所能显示的最大值与最小值之差。有时又把示值范围称为量程(span)。 测量范围：测量仪器误差允许范围内的被测量值。 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。若输入激励量为?X，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。 灵敏度是仪器对被测量变化的反映能力。 鉴别力(阈)：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。 分辨力：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；反过来仪器的分辨力必须与仪器精度相适应,不考虑仪器精度而一味的追求高分辨力是不可取的。 测量仪器的准确度：测量仪器输出接近于真值的响应的能力。 测量仪器的示值误差：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：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。 设计要求：精度要求、检测效率要求、可靠性要求、经济性要求、使用条件要求、造型要求。 第二章 误差特性：客观存在性、不确定性、未知性。 分类：按误差的数学特征：随机误差、系统误差、粗大误差； 按被测参数的时间特性：静态参数误差、动态参数误差； 按误差间的关系：独立误差：相关系数为“零”、非独立误差：相关系数非“零”。 来源：设计、生产、使用，生产中误差有原理误差、制造误差、运行误差。 原理误差：近似数据处理方法、机械结构、测量与控制电路 （1）采用近似的理论和原理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。 （2）原理误差属于系统误差，使仪器的准确度下降，应该设法减小或消除。 （3）减小的方法： ?采用更为精确的、符合实际的理论和公式进行设计和参数计算。 ?研究原理误差的规律，采取技术措施避免原理误差。 ?采用误差补偿措施。 制造误差：产生于制造、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。 运行误差：仪器在使用过程中所产生的误差。如力变形误差、磨损和间隙造成的误差，温度变形引起的误差，材料的内摩擦所引起的弹性滞后和弹性后效，以及振动和干扰等。 仪器误差分析目的：正确地选择仪器设计方案；合理地确定结构和技术参数；为设置误差补偿环节提供依据。 任务：寻找影响仪器精度的误差根源及其规律；计算误差及其对仪器总精度的影响程度； 过程：寻找仪器源误差： 分析计算局部误差是各个源误差对仪器精度的影响，这种影响可以用误差影响系数与该源误差的乘积来表示； 精度综合根据各个源误差对仪器精度影响估计仪器的总误差，并判断仪器总误差是否满足精度设计所要求的数值。如果满足， 则表明精度设计成功；否则，对精度分配方案进行适当调整或改变设计方案或结构后，重新进行精度综合。 误差独立作用原理：除仪器输入以外，另有影响仪器输出的因素，假设某一因素的变动（源误差）使仪器产生一个附加输出，称为局部误差。 影响系数是仪器结构和特征参数的函数；一个源误差只产生一个局部误差，而与其它源误差无关；仪器总误差是局部误差的综合。 分析方法：微分法、几何法、作用线与瞬时臂法、数学逼近法、控制系统的误差分析法。其它方法：逐步投影法、矢量代数法、球面三角法几何法的优点是简单、直观，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，但在应用于分析复杂机构运行误差时较为困难 基于机构传递位移的机理来研究源误差在机构传递位移的过程中如何传递到输出。因此，作用线与瞬时臂法首先要研究的是机构传递位移的规律 第三章 测控仪器总体设计，是指在进行仪器具体设计以前，从仪器自身的功能、技术指标、检测与控制系统框架及仪器应用的环境和条件等总体角度出发，对