《测控仪器设计（第2版）》课后习题答案浦昭邦王宝光主编 - 图文(4)

一．压电及电致伸缩器件 压电器件和电致伸缩器件是近年来发展起来的新型微位移器件，它结构紧凑，体积小，位移分辨力高，控制简单，不发热，抗干扰性强，因而是理想的微位移器件，分辨力可达到0.001μm，定位精度可达到正负0.01μm

二．在微位移器件中压电及电致伸缩器是应用逆压电效应或电致伸缩效应工作的

压电微位移器件是用逆压电效应工作的，广泛用于激光稳频、精密微动及进给等。对压电器件要求其具有压电灵敏度高、行程大、线性好、稳定性好和重复性好等。 电磁驱动器是用电磁力来驱动微工作台。微工作台可用平行片簧导轨导向，也可用金属丝悬挂导向。原理见图4-96。通过改变电磁铁线圈的电流来控制电磁铁的吸引力，克服弹簧的作用力，达到控制工作台微位移的目的。电磁微驱动器方法简单，驱动范围大，但线圈通电流后易发热，易受电磁干扰。 4.11、试述压电效应和电致伸缩效应在机理上有何不同？

简单说压电效应分正压电效应（顺压电效应）和逆压电效应（电致收缩效应）。前者是机械能转变为电能，后者是电能转变为机械能。

具体说：当某些物质沿其某一方向被施加压力或拉力时，会发生变形，此时这种材料的两个表面将产生符号相反的电荷；当去掉外力后，它又重新回到不带电状态，这种现象叫压电效应。有时，也把这种机械能转变为电能的现象称为正压电效应或顺压电效应。反之，在某些物质的极化方向上施加电场，它会产生机械变形，当去掉外加电场后，该物质的变形随之消失，这种电能转变为机械能的现象，称为逆压电效应或电致收缩效应。 4.12、试总结各种微位移机构的原理及特点。 1、柔性支承一压电器件驱动的微位移机构 这种机构是一种新型微位移机构，微移动工作台被安装在柔性支承上；压电元件在电压驱动下可精密伸长与缩短，并推动柔性支承与工作台一起位移。由于柔性支承无间隙、无摩擦、不发热，而压电驱动精度高、无噪声、不受温度和电磁场影响、体积小、不老化，因而很容易实现0.l～0.001μm的微位移。 2、平行片簧导轨一电压器件驱动的微位移机构 微工作台由平行片簧导向，压电器件驱动，无间隙，无摩擦。微位移时片簧产生的弹性变形，即为工作台的微位移。这种微位移机构可以达到O.Olμm的位移分辨力，方法简便，精度高，是常用的微位移机构。

3、滚动导轨一压电器件驱动 滚动导轨是精密仪器中常用的导轨形式，它具有运动灵活、行程大、结构较简单、精度较高等优点。用压电器件驱动，可以得到高的位移分辨力。这种组合的微动工作台，易于实现大行程及微位移的结合。

4、平行片簧导轨一步进电机及机械式位移缩小机构驱动 微位移机构用平行片簧导轨，驱动采用步进电机，为获得微位移，需将步进电机的输出用机械式位移机构缩小，如用精密螺旋传动、弹性传动、齿轮传动、楔块传动等。

5、平行弹簧导轨一电磁位移器驱动 为克服丝杠螺母机构的摩擦和间隙，可采用电磁驱动的弹簧导轨微动工作台，其原理见图4-92。微动工作台用平行片簧导向，在工作台端部固定着强磁体，如坡莫合金制成的小片，与坡莫合金小片相隔适当的间隙装有电磁铁，通过电磁铁的吸力与上述平行片簧导轨的反力平衡，进行移动工作台的定位。

6、气浮导轨一步进电机及摩擦传动 弹性导轨是为解决高分辨力而采用的，但行程小。为解决大行程和亚微米分辨力的矛盾，可采用气浮导轨。气浮导轨精度高，极灵敏，无摩擦，无磨损，运动平稳。摩擦传动无振动，运动平稳，缩小比大，定位精度可达±O.1μm。图4-93是用于分步重复照相机上的气浮导轨—步进电机及摩擦传动工作台。

7、二维X-Y双向微位移工作台 由于常用的压电和电致伸缩传感器本身的最大伸长量为8～25μm，不能满足宽范围微位移工作台的要求，故常采用一级或两级杠杆放大机构，以达到宽范围的位移。 X、Y双向微位移部分，互相垂直地设计在同一整体结构平面内，其中X向微位移部分，刚性地嵌套在Y向微位移部分工作台之内，即内层为X向工作台，外层为Y向工作台。通过二级杠杆放大机构驱动，可以实现无爬行、无蠕动、无转角的大范围移动。 [5-1] 测控电路一般由哪几部分组成？各有什么作用？ 1. 测量电路

测量电路是信息流的输入通道，其作用是将传感器输出的测量信号进行调理、转换、或者运算等。

测量电路包含的电路类型众多，例如各种放大电路、调制解调电路、滤波电路、阻抗变换电路、电平转换电路、模数转换（A/D）电路、频率-电压转换电路、傅立叶变换电路、量程自动切换电路、非线性补偿电路、温度补偿电路、运算电路等等。 2. 控制电路

控制电路是信息流的输出通道，其作用是根据中央处理系统发出的命令，对被控参数实行控制。

控制电路也包含多种电路，例如各种电压放大电路、电流放大电路、功率放大路、驱动与隔离电路、数字模拟（D/A）转换电路、电压-电流转换电路、遥控电路等。 3. 中央处理系统

中央处理系统同时连接着测量电路和控制电路，即连接着信息流的输入通道和输出通道，因此它是整个电路与软件系统的中心，同时也是整个测控仪器的神经中枢。

多数的中央处理系统一般都采用计算机。小型的测控仪器常采用单片机(MPU)、微处理器(μP)、可编程逻辑控制器(PLC)、数字信号处理(DSP)芯片，并配以相应的外围电路，组成便携式测控仪器和工业过程控制仪器。 4. 电源

上述的测量电路、控制电路和中央处理系统在硬件形式上均为电路系统，因此电源是必不可缺的重要环节。电源的主要作用包括：①为整个电路系统各单元提供必要的能量，②为各个电路单元提供电平基准，③为测量信号和控制信号提供参考电平等等。 5. 软件系统

在基于计算机或各种微处理器构建的中央处理系统中，必须配以软件系统才能正常工作，否则系统将成为“裸机”。

软件系统对于完成各种信息处理、提高系统的自动化和智能化水平、提升系统性能和可靠性、共享测量数据以及系统之间互相通讯和联络等具有直接的作用，同时它也是提高测控仪器附加值的重要手段之一。

[5-2] 影响测控电路精度的因素有那些？各有什么影响？ 信噪比：衡量系统抗干扰能力的技术指标，以有用信号强度与噪音信号强度之间的比率来表示，称其为信号噪声比，简称信噪比（Signal/Noise），通常以S/N表示，单位为分贝（dB） 分辨力：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。

线性度：测控系统的实际静态特性输出是一条曲线而并非是一条直线。 灵敏度：在稳态工作情况下输出量变化△ y 对输入量变化△ x 的比值。它是输出－输入特性曲线的斜率。 量化误差：当输入量的变化小于数字电路的一个最小数字所对应的被测量值时，数字系统将没有变化，这一误差称为量化误差。

稳定性（漂移）一般分为时间稳定性（时间漂移）和温度稳定性（温度漂移）两种。时间稳定性是指测控系统在不同时间段内特性的稳定程度。

频率特性：在动态测试情况下，输出信号幅度和相位随输入信号的频率变化而变化的特性，即幅频和相频特性。 输入与输出阻抗

对于模拟式控制电路，抗干扰能力差将导致控制准确性的降低；而对于数字式控制电路，抗干扰能力低将有可能产生误动作，从而带来破坏性的后果。

其影响包括：①非线性的标尺和刻度盘难于制作；② …… 此处隐藏：4620字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……