最新機(jī)電一體化期末考試試題及答案

1、精品文檔1什么是“機(jī)電一體化”？以打夯機(jī)為例，內(nèi)含機(jī)械與電器，問這是不是機(jī)電 一體化產(chǎn)品？答：機(jī)電一體化又稱機(jī)械 電子工程，是 機(jī)械工程 與自動化的一種，英語稱為 Mechatronics ，它是由英文機(jī)械學(xué) Mechanics的前半部分與電子學(xué) Electronics 的后半部分組合而成。打夯機(jī)不屬于機(jī)電一體化產(chǎn)品。因為打夯機(jī)只是普通的機(jī)械加電器， 它屬于 硬連接或者稱為機(jī)械連接只能應(yīng)用在就地或者小范圍場合使用，不能滿足大面積和遠(yuǎn)程控制。而機(jī)電一體化就不一樣了，它不光有硬連接、機(jī)械連接還有軟連接。 機(jī)電一體化屬于同時運用機(jī)械、電子、儀表、計算機(jī)和自動控制等多種技術(shù)為一 體的一種復(fù)合技術(shù)。它不

2、光可以就地操作，小范圍應(yīng)用，還可以大面積使用操作， 遠(yuǎn)程監(jiān)測、控制。2. 機(jī)電一體化的技術(shù)構(gòu)成是什么？ 答：機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)3. 產(chǎn)品實現(xiàn)機(jī)電一體化后，可以取得那些成效？答：產(chǎn)品實現(xiàn)機(jī)電一體化后可以取得的成效：產(chǎn)品性能提高、功能增強、結(jié)構(gòu)簡 化、可靠性提高、節(jié)約能源、改善操作、提高靈活性等。4. 數(shù)字量傳感具有哪三種類型？他們有什么區(qū)別？數(shù)字傳感器按結(jié)構(gòu)可分成三種類型：1. 直接式數(shù)字量傳感器一一其分辨率決定于數(shù)字量傳感器的位數(shù)。被測物理量一數(shù)字編碼器一信息提取裝置一數(shù)字量輸出2. 周期計數(shù)式數(shù)字傳感器它的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖1所示。此種結(jié)構(gòu)的位移分辨率對低精度的周期計數(shù)式數(shù) 字傳感

3、器而言，僅由周期信號發(fā)生器的性質(zhì)決定。例如，光柵當(dāng)長1mmt 100條刻線時，其分辨率即為0.01mm對高精度的周期計數(shù)式數(shù)字傳感器而言，還要 考慮到電子細(xì)分?jǐn)?shù)。如在100倍電子細(xì)分?jǐn)?shù)下，此光柵的分辨率就是 0.1卩 此種結(jié)構(gòu)屬于增量式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的特點（位移方向的要求）決定它不但備有辨向電 路，而且周期計數(shù)器還具有可逆性質(zhì)。圖1周期計數(shù)式數(shù)字量傳感器的結(jié)構(gòu)方框圖3. 頻率式數(shù)字傳感器其結(jié)構(gòu)示意圖如下圖2所示。按振蕩器的形式，可將此種數(shù)字傳感器分成帶有晶 體諧振器的和不帶晶體諧振器的兩種。前者，按被測量的作甩點，又分作用在石 英諧振器上的石英晶體諧振式數(shù)字傳感器和作用在諧振器中儲能元件上的帶有晶

4、體諧振器的調(diào)頻式數(shù)字傳感器。按采用敏感元件的形式，又可分為簡單的）和差動的兩種。圖2頻率式數(shù)字量傳感器的結(jié)構(gòu)方框圖從上述三種類型數(shù)字傳感器的結(jié)構(gòu)圖可以看出，它們都具有抗干擾能力強以 及數(shù)字量輸出的特點。如考慮到對電源電壓的波動，環(huán)境溫度波動和非線性等因 素的補償，則精度還可提高。如果采用單片微型計算機(jī)去進(jìn)行信息處理，諸如補償、頻倍（細(xì)分）和數(shù)字轉(zhuǎn)換等硬件線路可軟件化， 不僅使線路簡化，還可使分辨 率，測量精度和工作可靠性進(jìn)一步調(diào)高。2. 數(shù)字檢測方法有哪三種？三者有什么區(qū)別？三種分別為： M法數(shù)字檢測 T法數(shù)字檢測 M/T法數(shù)字檢測區(qū)別：（1）M法數(shù)字檢測測量裝置的分辨率在不同的區(qū)段是不同的。

5、在低段 的分辨率低（精度低），而在高段的分辨率高（精度高）。（2）T法數(shù)值檢測測量裝置的分辨率在不同的區(qū)段是不同的，在低段的分辨率高（精度高），而在高段的分辨率低（精度低）。（3）M/T法數(shù)字檢測測量裝置的分辨率是一個常數(shù)，與轉(zhuǎn)速的高低無 關(guān)。3. 簡述反射傳感器的傳感原理，為什么帶偏振片的反射傳感器在被測物體為反 射體時不會產(chǎn)生誤振動？傳感原理：自帶一個光源和一個光接收裝置， 光源發(fā)出的光經(jīng)過待測物體的 反射被光敏元件接收，再經(jīng)過相關(guān)電路的處理得到所需要的信息?？梢杂脕頇z測 地面明暗和顏色的變化，也可以探測有無接近的物體。原因：偏振反射式光電傳感器是把發(fā)射器和接收器裝入同一個裝置內(nèi)，并加裝偏

6、振濾光系統(tǒng)，在其前方裝一塊棱鏡反光板，以保證當(dāng)光線遇偏振濾光片時， 僅使偏振濾光片格柵平行方向上振動的光線能夠通過，防止高反射率物體將光線反射回光電傳感器的接收器造成傳感器的誤動作，從而使高反射率物體進(jìn)入檢測 區(qū)域時能夠被可靠檢測帶偏振片的反射傳感器：無論是否反射體在遮住光通路后就一定能被檢出。 與常規(guī)反射傳感器的區(qū)別：（1）在發(fā)射器與接收器的光通道上分別安裝互成直角的偏振片；（2）采用三角反射鏡，經(jīng)它反射的偏振光其振蕩面旋轉(zhuǎn) 90 °。圖7帶偏振片的反射傳感器工作原理及電氣結(jié)構(gòu)4. 簡述圖2-8-2中四種相位調(diào)制型光纖傳感器干涉系統(tǒng)的工作原理？馬赫澤德干涉儀 如下圖8所示，G1 G

7、2是兩塊有半反射面A1 A2的平行平面 玻璃板，M1M2是兩塊反射鏡四個反射面通常平行放置，并且各自中心位于一個 平行四邊形的四個角上，典型尺寸是 12m光源S置于透鏡L1的焦點上，S 發(fā)出的光束經(jīng)L1準(zhǔn)直后在A1上分為兩束，他們分別由Ml A2反射和M2反射、 A2透射，進(jìn)入透鏡L2。兩束光的干涉圖樣可用于置于 L2焦平面位置的照相機(jī)拍 攝下來，如果采用短時間曝光技術(shù)，即可得到條紋的瞬間照相。未了解儀器所產(chǎn) 生的干涉條紋性質(zhì)，假設(shè)光源 S是一個單色點光源，因而入射到半反射面 A1的 是單色平面波。設(shè)透過 A1并經(jīng)M1反射的平面波的波前為 W1.，而經(jīng)A1和M2反 射的平面波的相應(yīng)波前為 W2

8、引入虛波前 W1它是W1在半反射A2中的虛像。 一般情況下，W1和W2是互相傾斜的，形成一個空氣楔，因此，在 W2上將形成 平行等距的直線條紋，條紋的走向與 W2和W1所形成的空氣楔的楔楞平行。如果 使W2通過被研究的氣流，W2將發(fā)生形變，因而干涉圖樣的變化就可以測量出所 研究區(qū)域的折射率或密度的變化。圖8馬赫澤德干涉儀邁克耳遜干涉儀 的原理是一束入射光分為兩束后各自被對應(yīng)的平面鏡反射回來，這兩束光從而能夠發(fā)生干涉。干涉中兩束光的不同光程可以通過調(diào)節(jié)干涉臂長度以及改變介質(zhì)的折射率來實現(xiàn)，從而能夠形成不同的干涉圖樣。干涉條紋是等光程差點的軌跡，因此，要分析某種干涉產(chǎn)生的圖樣，必求出相干光的光程差

9、位置分布的函數(shù)。若干涉條紋發(fā)生移動，一定是場點對應(yīng)的光程差發(fā)生了變化，引起光程差變 化的原因，可能是光線長度L發(fā)生變化，或是光路中某段介質(zhì)的折射率 n發(fā)生了 變化，或是薄膜的厚度e發(fā)生了變化。G2是一面鍍上半透半反膜，G1為補償板，M1 M2為平面反射鏡，M1是固定 的，M2和精密絲相連，使其可以向前后移動，最小讀數(shù)為10-4mm可估計到10-5mm, M1和M2后各有幾個小螺絲可調(diào)節(jié)其方位。當(dāng)M2和M1嚴(yán)格平行時，M2會移動, 表現(xiàn)為等傾干涉的圓環(huán)形條紋不斷從中心“吐出”或向中心“吞進(jìn)”。兩平面鏡之間的“空氣間隙”距離增大時，中心就會“吐出” 一個個條紋；反之則“吞 進(jìn)”。M2和M1不嚴(yán)格平

10、行時，則表現(xiàn)為等厚干涉條紋，在 M2移動時，條紋不 斷移過視場中某一標(biāo)記位置，M2平移距離d與條紋移動數(shù)N的關(guān)系滿足：d=N入/2，入為入射光波長。經(jīng)M2反射的光三次穿過G2分光板，而經(jīng)M1反射的光通過G2分光板只一次。 G1補償板的設(shè)置是為了消除這種不對稱。在使用單色光源時，可以利用空氣光 程來補償，不一定要補償板；但在復(fù)色光源時，由于玻璃和空氣的色散不同，補 償板則是不可或缺的。如果要觀察白光的干涉條紋，臂基本上完全對稱，也就是兩相干光的光程差 要非常小，這時候可以看到彩色條紋；假若M1或M2有略微的傾斜，就可以得到 等厚的交線處（d=0）的干涉條紋為中心對稱的彩色直條紋，中央條紋由于半波

11、 損失為暗條紋。I二二二尹 *圖9 邁克爾遜干涉儀示意圖薩格納克干涉儀：1913年薩格納克發(fā)明了一種可以旋轉(zhuǎn)的環(huán)形干涉儀。將 同一光源發(fā)出的一束光分解為兩束，讓它們在同一個環(huán)路內(nèi)沿相反方向循行一周 后會合，然后在屏幕上產(chǎn)生干涉，當(dāng)在環(huán)路平面內(nèi)有旋轉(zhuǎn)角速度時， 屏幕上的干 涉條紋將會發(fā)生移動，這就是薩格納克效應(yīng)。薩格納克效應(yīng)中條紋移動數(shù)與干涉儀的角速度和環(huán)路所圍面積之積成正比。薩格納克效應(yīng)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，由薩格納克效應(yīng)研制出的光纖陀螺已成 功地用于航空、航天等領(lǐng)域，是近 20年發(fā)展較快的一種陀螺儀。定義1:這一在慣性空間中,由光敏感轉(zhuǎn)動的效應(yīng)稱為SAGNA效應(yīng).光纖陀螺工作原 理框圖如圖1所

12、示由光源發(fā)出的光，經(jīng)藕合器傳輸?shù)窖疽徊▽?dǎo)調(diào)制器.Y 一波導(dǎo) 調(diào)制器將其輸入光分成順時針和逆時針傳輸?shù)膬墒?，進(jìn)人保偏光纖環(huán)圈，以實現(xiàn) SAGNA效應(yīng)定義2：這種現(xiàn)象稱為Sagnac效應(yīng),光纖陀螺儀實質(zhì)上就是一種Sagnac干涉儀.對于 光纖陀螺儀的性能測試主要涉及以下幾個技術(shù)參數(shù)：標(biāo)度因數(shù)K(scalefactor)陀螺儀輸出量與輸入角速率的比值ffl 1-2圖10薩格納克干涉儀圖法布里-珀羅干涉儀：光譜分辨率極高的多光束干涉儀。由法國物理學(xué)家C.法布里和A.珀羅于1897年發(fā)明。其結(jié)構(gòu)如下左圖，M和M'是兩塊具有很小楔 角的平板玻璃，相對兩面互相平行，并涂有高反射率涂層，兩板間用殷鋼環(huán)

13、隔離 并固定。這種間距固定不變的干涉儀常稱作標(biāo)準(zhǔn)具。入射光在相對兩面上反復(fù)反 射和折射后產(chǎn)生多束相干反射光和透射光，透射光束在透鏡L的焦面上疊加，形成等傾圓環(huán)狀干涉條紋。圖11法布里-珀羅干涉儀圖5. 接近傳感器共有幾種類型？簡述感應(yīng)式接近傳感器與電容式接近傳感器測 量原理的共同點與不同點？三種類型，分別為感應(yīng)式接近傳感器，電容式接近傳感器，及電磁式接近傳感器 共同點：都是通過使振蕩器停振來檢測金屬物體。不同點：感應(yīng)式接近傳感器的振蕩器在探頭端部產(chǎn)生磁場作用區(qū)， 當(dāng)金屬進(jìn)入該 作用區(qū)時，引起振蕩器停振，而電容式接近傳感器是測量加電后， 兩極間產(chǎn)生電 場，當(dāng)與大地連接的金屬物體靠近電容器時引起振

14、蕩器停振。9.常用的圖像傳感器有幾種？，傳真中用的是什么圖像傳感器？，機(jī)器人用什 么圖像傳感器，簡述其工作原理。有CCD圖像傳感器和紅外線圖像傳感器。CCD圖像傳感器又可分為線型（Lin ear ）與面型（Area）兩種，其中線型應(yīng)用于影像掃瞄器及傳真機(jī)上，面型CCD圖像傳感器適用于工業(yè)監(jiān)視及工業(yè)機(jī)器人。工作原理：CCDffl像傳感器是通過將光學(xué)信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號來實現(xiàn)圖像 的獲取、存儲、傳輸、處理和復(fù)現(xiàn)。光學(xué)信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號主要由CCDS光片完成。CCD感光片由三部分組成，即鏡片，彩色濾鏡和感應(yīng)電路，如下圖。鏡片 和彩色濾鏡主要是對接受的光線（即圖像）進(jìn)行一定的預(yù)處理，感應(yīng)電路為CCD傳

15、感器的核心，它又可分為光敏元件陣列和電荷轉(zhuǎn)移器件兩部分。過程：成像在CCE上的景物感光部電信號f電子圖像CCD移位寄存器精品文檔放大器-輸出圖12 CCD圖像傳感器工作原理圖線陣CCDffl像傳感器：中間是一列感光單元（光電二極管陣），兩側(cè)分別設(shè) 置了 CCD移位寄存器。感光單元按位置的奇偶性，分別把其所存儲的電荷向兩 側(cè)移位寄存器傳送，最后在輸出部匯合輸出。在其感光部和兩側(cè)CCD移位寄存器之間設(shè)有轉(zhuǎn)移柵。移位寄存器停頓時，轉(zhuǎn)移柵開放，光電二極管所積累的電荷 可以送到兩側(cè)的CCD移位寄存器中。接著轉(zhuǎn)移柵關(guān)閉，感光部的光電二極管開 始進(jìn)行下一次讀出的電荷積累。線陣 CCD圖像傳感器廣泛應(yīng)用于傳真等場合。面陣CCDffl像傳感器：400X