测控仪器设计(第版)》浦昭邦王宝光.ppt

普通高等教育“十一五”国家级规划教材 第 2 版 测 控 仪 器 设 计 主编：哈尔滨工业大学 浦昭邦 天 津 大 学 王宝光 本书共分六章： 第一章 测控仪器设计概论 第二章 仪器精度理论 第三章 测控仪器的总体设计 第四章 精密机械系统设计 第五章 电路与软件系统设计 第六章 光电系统设计 第一章 测控仪器设计概论 第一节 测控仪器的概念和组成 第二节 测控仪器及其设计的发展状况与趋势 第三节 测量仪器通用术语及定义 第四节 对测控仪器设计的要求和设计程序 习 题 第一节 测控仪器的概念和组成 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。 测控仪器的分类 1. 几何量计量仪器 测量对象：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 测量对象：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 测量对象：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 测量对象：时间、频率等 5. 电磁量计量仪器 测量对象：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 测量对象：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. 光学与声学量测量仪器 测量对象：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 测量对象：如各种放射性、核素计量，x、γ射线及中子计量仪器等。 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 测控仪器的概念 在现代计量测试仪器中，测量与控制已经密不可分，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。 本课程的要求： ①掌握机、电、光、计算机技术相结合的仪器总体设计的基础理论知识； ②学会如何从设计任务出发，进行总体设计的方法； ③具有进行仪器精度设计的能力。 本门课程力求使学生在测控仪器设计中具有勇于探索、有创新思维的设计能力。 二、测控仪器的组成 测控仪器种类繁多，其组成多种多样，但可按其各部分的功能来分成 若干组成部分。 测控仪器组成以图1—1 “微电子产品视觉检测仪” 为例说明。 仪器组成： 支承底座、精密工作台、X、Y二维运动导轨、立柱、显微镜及CCD摄像 器件、光栅系统、精密驱动系统、光源。 图1-1 微电子产品视觉检测仪三维效果图 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 3 放大部件 7 驱动控制器部件 4 瞄准部件 8 机械结构部件 基准部件 测量的过程是一个被测量与标准量比较的过程，因此，仪器中要有与被测量相比较的标准量，标准量与其相应的装置一起，称为仪器的基准部件。 有的仪器中无标准器而是用校准的方法将标准量复现到仪器中。标准量的精度对仪器的测量精度影响很大，在大多数情况下是1∶1，在仪器设计时必须予以重视。 传感器与感受转换部件