机电一体化期末考试试题及答案汇编

1 什么是“机电一体化”？以打夯机为例，内含机械与电器，问这是不是机电 一体化 产品？ 答：机电一体化又称机械 电子工程，是 机械工程 与自动化的一种，英语称为 Mechatronics ，它是由英文机械学 Mechanics 的前半部分与电子学 Electronics 的后 半部分组合而成。 打夯机不属于机电一体化产品。因为打夯机只是普通的机械加电器， 它属于 硬 连接或者称为机械连接只能应用在就地或者小范围场合使用，不能满足大面积 和远程控制。而机电一体化就不一样了，它不光有硬连接、机械连接还有软连接。 机 电一体化属于同时运用机械、电子、仪表、计算机和自动控制等多种技术为一 体的一 种复合技术。它不光可以就地操作，小范围应用，还可以大面积使用操作， 远程监 测、控制。 2. 机电一体化的技术构成是什么？ 答：机械技术、微电子技术、信息技术 3. 产品实现机电一体化后，可以取得那些成效？ 答：产品实现机电一体化后可以取得的成效：产品性能提高、功能增强、结构简 化、 可靠性提高、节约能源、改善操作、提高灵活性等。 4. 数字量传感具有哪三种类型？他们有什么区别？ 数字传感器按结构可分成三种类型： 1. 直接式数字量传感器一一其分辨率决定于数字量传感器的位数。 被测物理量一数字编码器一信息提取装置一数字量输出 2. 周期计数式数字传感器 它的结构示意图如下图 1 所示。此种结构的位移分辨率对低精度的周期计数式数 字传 感器而言，仅由周期信号发生器的性质决定。例如，光栅当长1mmt100 条刻线时，其分辨率即为 0.01mm 对高精度的周期计数式数字传感器而言，还要 考虑 到电子细分数。如在 100 倍电子细分数下，此光栅的分辨率就是 0.1 卩 此种结构属于 增量式结构，结构的特点（位移方向的要求）决定它不但备有辨向电 路，而且周期计 数器还具有可逆性质。 图 1 周期计数式数字量传感器的结构方框图 3. 频率式数字传感器 其结构示意图如下图 2 所示。按振荡器的形式，可将此种数字传感器分成带有晶 体谐 振器的和不带晶体谐振器的两种。前者，按被测量的作甩点，又分作用在石 英谐振器 上的石英晶体谐振式数字传感器和作用在谐振器中储能元件上的带有 晶体谐振器的调频式数字传感器。按采用敏感元件的形式，又可分为简单的 ） 和 差动的两种。 图 2 频率式数字量传感器的结构方框图 从上述三种类型数字传感器的结构图可以看出，它们都具有抗干扰能力强以 及数 字量输出的特点。如考虑到对电源电压的波动，环境温度波动和非线性等因 素的补 偿，则精度还可提高。如果采用单片微型计算机去进行信息处理， 率，测量精度和工作可靠性进一步调高。 2. 数字检测方法有哪三种？三者有什么区别？ 三种分别为： ① M 法数字检测 ② T 法数字检测 ③ M/T 法数字检测 区别：（1）M 法数字检测测量装置的分辨率在不同的区段是不同的。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 法数值检测测量装置的分辨率在不同的区段是不同的，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 法数字检测测量装置的分辨率是一个常数，与转速的高低无 关。 3. 简述反射传感器的传感原理，为什么带偏振片的反射传感器在被测物体为反 射体 时不会产生误振动？ 传感原理：自带一个光源和一个光接收装置， 光源发出的光经过待测物体的 反 射被光敏元件接收，再经过相关电路的处理得到所需要的信息。可以用来检测 地面明 暗和颜色的变化，也可以探测有无接近的物体。 原因：偏振反射式光电传感器是把发射器和接收器装入同一个装置内，并加 装偏振滤光系统，在其前方装一块棱镜反光板，以保证当光线遇偏振滤光片时， 仅使 偏振滤光片格栅平行方向上振动的光线能够通过，防止高反射率物体将光线 反射回光电传感器的接收器造成传感器的误动作，从而使高反射率物体进入检测 区域 时能够被可靠检测 带偏振片的反射传感器：无论是否反射体在遮住光通路后就一定能被检出。 与常 规反射传感器的区别： （1）在发射器与接收器的光通道上分别安装互成直角的偏振片； （2）采用三角反射镜，经它反射的偏振光其振荡面旋转 90 °。 诸如补 偿、频倍（细分）和数字转换等硬件线路可软件化， 不仅使线路简化，还可使分辨 好 图 7 带偏振片的反射传感器工作原理及电气结构 4. 简述图 2-8-2 中四种相位调制型光纤传感器干涉系统的工作原理？ 马赫泽德干涉仪 如下图 8 所示，G1 G2 是两块有半反射面 A1 A2 的平行平面 玻 璃板，M1M2 是两块反射镜四个反射面通常平行放置，并且各自中心位于一个 平行四 边形的四个角上，典型尺寸是 12m 光源 S 置于透镜 L1 的焦点上，S 发出的光束经 L1 准直后在 A1 上分为两束，他们分别由 Ml A2 反射和 M2 反射、 A2 透射，进入透镜 L2。两束光的干涉图样可用于置于 L2 焦平面位置的照相机拍 摄下来，如果采用短时 间曝光技术，即可得到条纹的瞬间照相。未了解仪器所产 生的干涉条纹性质，假设光 源 S 是一个单色点光源，因而入射到半反射面 A1 的 是单色平面波。设透过 A1 并经 M1 反射的平面波的波前为 W1.，而经 A1 和 M2 反 射的平面波的相应波前为 W2 引 入虚波前 W1 它是 W1 在半反射 A2 中的虚像。 一般情况下，W1 和 W2 是互相倾斜 的，形成一个空气楔，因此，在 W2 上将形成 平行等距的直线条纹，条纹的走向与 W2 和 W1 所形成的空气楔的楔楞平行。如果 使 W2 通过被研究的气流，W2 将发生形 变，因而干涉图样的变化就可以测量出所 研究区域的折射率或密度的变化。 图 8马赫泽德干涉仪 迈克耳逊干涉仪 的原理是一束入射光分为两束后各自被对应的平面镜反射 回来，这两束光从而能够发生干涉。干涉中两束光的不同光程可以通过调节干涉 臂长度以及改变介质的折射率来实现，从而能够形成不同的干涉图样。干涉条纹 是等光程差点的轨迹，因此，要分析某种干涉产生的图样，必求出相干光的光程 差位置分布的函数。 若干涉条纹发生移动，一定是场点对应的光程差发生了变化，引起光程差变 化的 原因，可能是光线长度 L 发生变化，或是光路中某段介质的折射率 n 发生了 变化，或 是薄膜的厚度 e 发生了变化。 G2 是一面镀上半透半反膜，G1 为补偿板，M1 M2 为平面反射镜，M1 是固定 的，M2 和精密丝相连，使其可以向前后移动，最小读数为 10-4mm 可估计到 10-5mm, M1 和 M2 后各有几个小螺丝可调节其方位。当 M2 和 M1 严格平行时，M2 会移动,表 现为等倾干涉的圆环形条纹不断从中心“吐出”或向中心“吞进”。两平面镜 之间的“空气间隙”距离增大时，中心就会“吐出” 一个个条纹；反之则“吞 进”。 M2 和 M1 不严格平行时，则表现为等厚干涉条纹，在 M2 移动时，条纹不 断移过视 场中某一标记位置， d=N 入/2，入为入射光波长。 经 M2 反射的光三次穿过 G2 分光板，而经 M1 反射的光通过 G2 分光板只一次。 G1 补偿板的设置是为了消除这种不对