第三章 测控仪器总体设计.ppt

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1、第三章测控仪器总体设计测控仪器总体设计概述1、测控仪器总体设计定义：进行仪器具体设计以前，从仪器自身的功能、技术指标、检测与控制系统框架及仪器应用的条件与环境等总体角度出发，对仪器设计中的全局问题进行全面的设想和规划。2、测控仪器总体设计要考虑的问题：（1）设计任务分析；（2）创新性设计；（3）测控仪器若干设计原则的考虑；（4）测控仪器若干设计原理的讨论；（5）测控仪器工作原理的选择和系统设计；（6）测控仪器主要结构参数与技术指标的确定；（7）测控仪器选型设计。3、仪器的总体设计的最终评估：以其所能达到的经济指标与技术指标来衡量。

2、精度与可靠性指标是测控仪器设计的核心问题。第一节设计任务分析一、设计任务分析1.目的：弄清楚设计任务对仪器设计提出的要求和限制。2.测控仪器设计任务的提出通常有三种情况：（1）根据用户专门的需要，针对特定的测控对象、被测参数或工作特性来设计专用的仪器；（2）根据市场需求，设计通用产品和系列产品；（3）根据技术的发展和社会需求的预测，推出性能好、功能全，技术先进的新型产品，新型仪器，进行开发性设计。3.设计任务分析的内容：（1）了解被测控参数的特点：被测控参数特点：指被测参数的精度要求、数值范围、性质及状态（瞬态、动态、静态等）。还要

3、了解被测参数的定义，以使所设计的仪器在测量原理上与被测参数定义相符。（2）了解测控参数载体（测控对象）的特点；测控对象一般都是各种各样的机械或光学载体。了解它们的大小、形状、材料、重量等。（3）了解仪器的功能要求：例如：仪器的功能、检测效率、测量范围、测量结果显示方式等。（4）了解仪器的使用条件：室内外，在线，隔离，间断、连续等。（5）了解国内外同类产品的类型原理、技术水平和特点。（6）了解国内外有关方面的加工工艺水平及关键元器件销售情况。第二节创新性设计创新设计体现在：仪器设计所实现的原理、达到的功能、反映出的新方法和新技术等方面

4、。包括原创性设计和对原设计的继承和发展。例如：数控加工机床所必备的道具预调仪，采用CCD摄像机对刀具的刀尖进行摄像，将刀尖成像在CCD光敏元件组成的二位坐标系统上。这种利用机器视觉系统进行瞄准的创新代替了光学投影式瞄准原理。一、创新设计思维能力的培养创新思维是建立在通常思维的基础上，使人对事物的观察和分析产生质的飞跃。一般从以下三方面进行有意识的训练：1.突破“思维定势”的束缚。2.敢于标新立异。3.善于从不同角度思考问题，探索多种方法。二、创新设计方法创新设计方法是通过学习，掌握创造学理论的基本思想，以创新思维规律为基础，通过对广

5、泛的创新实践活动进行概括、总结、提炼而得出的具有创新发明的设计方法和技巧。创造学理论认为，人的创新发明动力来自于自然界生存压力、社会发展需求压力、经济竞争压力、个人工作压力及自我责任心、事业心的主客观强大压力下而激发出来的积极、主动的创造精神。创新设计的方法和技巧：1.巧妙运用人大脑中存储的信息，并充分依靠现代网络信息资源有针对性的检索相关资料，补充掌握不足信息来达到创新构思。2.集多人智慧，相互启发来解决问题。3.分析现有产品的优缺点，或进行数学建模，采用系统分析的理论寻找解决办法。第三节测控仪器设计原则一、阿贝原则（一）阿贝原则

6、的内容?为使量仪能给出正确测量结果，必须将仪器的读数刻线尺安放在被测尺寸线的延长线上。?就是说,被测零件的尺寸线和仪器中作为读数用的基准线(刻线基准)应顺序排成一条直线。因此，也可称作共线原则。阿贝原则结论：可消除一次误差,仅留二次误差。不能保证阿贝原则的原因：1、遵守阿贝原则会造成仪器外廓尺寸过大。2、多线值测量系统的仪器，很难使各个坐标方向或者一个坐标方向的各个平面内均遵守阿贝误差，例如：多自由度测量仪器。如图所示的三坐标测量机。（二）阿贝原则的扩展三重意思1.标尺与被测量一条线；2.若做不到，则应使导轨没有角运动；3.或应跟踪

7、测量，算出导轨偏移加以补偿。遵守这三条中的一条，即遵守了阿贝原则。（三）阿贝误差的补偿※动态跟踪测量补偿法是监测到导轨偏移信息后，随机补偿阿贝误差的方法。※定点测量补偿法是采用标准器具，对仪器进行定点测量，而后将逐点所取得的测量误差输入计算机，在读数时进行补偿。阿贝误差的典型补偿方法介绍：1.爱彭斯坦(Eppenstein)光学补偿方法爱彭斯坦误差补偿原理，利用结构布局，使可能产生的误差相互抵消或削弱，或者故意引进新的误差，以减小某些误差的影响。测长机工作原理图一米测长机2.激光两坐标测量仪中监测导轨转角与平移的光电补偿方法——光电

8、转换方法3.以动态准直仪来检测导轨摆角误差的电学补偿方法补偿原理：根据测得的偏差直接补偿阿贝误差。即以动态难直仪为标准器来跟踪测量一些高精度、数字式计量仪器导轨的直线度误差，并把测得的误差值经电路处理后转换为相应的脉冲数，输入给计数器