测控仪器设计课件(第一次课)资料.ppt

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1、测控仪器设计讲授:吴德会选用教学参考书：哈尔滨工业大学浦昭邦编本课程讲授约30个课时，其内容主要分六个章节：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一、测控仪器的概念按照系统工程学的观点,生产过程中有三大技术系统:★以能量到能量变换为主的能量流系统如锅炉,冷凝器,热交换器,发动机等★以

2、材料到材料变换为主的材料流系统如机床,农业机械,纺织机械,液压机械等★以信息获取到测量、变换、控制、处理、显示等为主的信息流系统，如仪器仪表、计算机、通信装置、自动控制系统等。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。仪器

3、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。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

4、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

5、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

6、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图1—2微电子产品视觉检测仪组成框图工作原理：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

7、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测控仪器中的传感器是仪器的感受转换部件，它的作用是感受被测量，拾取原始信号并将它转换为易于放大或处理的信号。不同测量对象可以用不同测量原理的传感器进行感受与转换，因此正确选用和设计传感器是十分重要的，通常要遵守仪器设计的精度原则和经济原则等。常用的传感器有机械式、电子

8、式、光电式、光学式、声学式、压电式等等，有数千种，选用时一定要分析清楚其工作原理、精度指标、测量范围、使用场合、特点和成本