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1、第二章误差特性：客观存在性、不确定性、未知性。分类：按误差的数学特征：随机误差、系统误差、粗大误差；按被测参数的时间特性：静态参数误差、动态参数误差；按误差间的关系：独立误差：相关系数为“零、非独立误差：相关系数非“零。来源：设计、生产、使用，生产中误差有原理误差、制造误差、运行误差。原理误差：近似数据处理方法、机械结构、测量与控制电路（1）采用近似的理论和原理进行设计是为了简化设计、简化制造工艺、简化算法和降低成本。（2）原理误差属于系统误差，使仪器的准确度下降，应该设法减小或消除。（3）减小的方法： 采用更为精确的、符合实际的理论和公式进行设计和参数计算。 研究原理误差的规律，采取技术措施
2、避免原理误差。 采用误差补偿措施。制造误差：产生于制造、支配以及调整中的不完善所引起的误差。主要由仪器的零件、元件、部件和其他各个环节在尺寸、形状、相互位置以及其他参量等方面的制造及装调的不完善所引起的误差。运行误差：仪器在使用过程中所产生的误差。如力变形误差、磨损和间隙造成的误差，温度变形引起的误差，材料的内摩擦所引起的弹性滞后和弹性后效，以及振动和干扰等。仪器误差分析目的：正确地选择仪器设计方案；合理地确定结构和技术参数；为设置误差补偿环节提供依据。任务：寻找影响仪器精度的误差根源及其规律；计算误差及其对仪器总精度的影响程度；过程：寻找仪器源误差：分析计算局部误差是各个源误差对仪器精度的影
3、响，这种影响可以用误差影响系数与该源误差的乘积来表示；精度综合根据各个源误差对仪器精度影响估计仪器的总误差，并判断仪器总误差是否满足精度设计所要求的数值。如果满足，则表明精度设计成功；否则，对精度分配方案进行适当调整或改变设计方案或结构后，重新进行精度综合。误差独立作用原理：除仪器输入以外，另有影响仪器输出的因素，假设某一因素的变动（源误差）使仪器产生一个附加输出，称为局部误差。影响系数是仪器结构和特征参数的函数；一个源误差只产生一个局部误差，而与其它源误差无关；仪器总误差是局部误差的综合。分析方法：微分法、几何法、作用线与瞬时臂法、数学逼近法、控制系统的误差分析法。其它方法：逐步投影法、矢量
4、代数法、球面三角法几何法的优点是简单、直观，适合于求解机构中未能列入作用方程的源误差所引起的局部误差，但在应用于分析复杂机构运行误差时较为困难基于机构传递位移的机理来研究源误差在机构传递位移的过程中如何传递到输出。因此，作用线与瞬时臂法首先要研究的是机构传递位移的规律。第三章测控仪器总体设计，是指在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环境和条件等总体角度出发,对仪器设计中的全局问题进行全面的设想和规划。要考虑的主要问题有：1.设计任务分析2.创新性构思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斟酌5.测控仪器工作原理的选择和系统设计6.
5、测控系统主要结构参数与技术指标的确定7.仪器总体的造型规划仪器总体设计的最终评估，是以其所能达到的经济指标与技术指标来衡量，精度与可靠性指标是测控仪器设计的核心问题。设计任务分析/了解被测控参数的特点1）了解精度、数值范围（一维、二维、量值范围）、量值性质（单值、多值）、测量状态（动态、静态）等要求；2）按国家标准严格的定义确定仪器工作原理了解测控参数载体的特点机械与光学载体居多。要考虑载体的大小、形状、材料、重量、状态等3了解仪器的功能要求是静态还是动态、开环还是闭环、一维还是多维、单一参数还是复合参数、检测效率、测量范围、承载能力、操作方式、显示方式、自动诊断、自动保护等。H了解仪器的使用
6、条件室内还是室外、在线还是脱机、间断还是连续、环境状况。a了解国内外同类产品的原理和技术水平了解国内加工工艺水平及关键元器件的销售情况六项设计原则：阿贝（Abbe）原则及其扩展变形最小原则及减小变形影响的措施测量链最短原则坐标系统一原则精度匹配原则经济原则阿贝原则定义：为使量仪能给出正确的测量结果,必须将仪器的读数刻线尺安放在被测尺寸线的延长线上。或者说，被测零件的尺寸线和仪器的基准线（刻线尺）应顺序排成一条直线。但在实际的设计工作中，有些情况不能保证阿贝原则的实施，其原因有二：1）遵守阿贝原则一般造成仪器外廓尺寸过大，特别是对线值测量范围大的仪器，情况更为严重。2）多自由度测量仪器，如图3-
7、3所示的三坐标测量机，或其它有线值测量系统的仪器。很难作到使各个坐标方向或一个坐标方向上的各个平面内均能遵守阿贝原则。许多线值测量系统的仪器，很难做到使各个坐标方向或一个坐标方向上的各个平面内均能遵守阿贝原则。变形最小原则定义：应尽量避免在仪器工作过程中，因受力变化或因受温度变化而引起的仪器结构变形或仪器状态和参数的变化。1 .减小力变形影响的技术措施：一米激光测长机底座变形的补偿、光电光波比长仪消除力变形的结构布局2 .减小热变形影响的技术措施1、用恒温条件，以减小温度变化量；选择合适的材料，以减小线膨胀的影响，或选用线胀系数相反的材料在某些敏感环节上进行补偿；采用补偿法补偿温度变化的影响测
8、量链最短原则定义：仪器中直接感受标准量和被测量的有关元件，如被测件、标准件、感受元件、定位元件等均属于测量链O在精密测量仪器中，根据各环节对仪器精度影响程度的不同，可将仪器中的结构环节区分为测量链、放大指示链和辅助链三类。n测量链的误差对仪器精度的影响最大，一般都是1:1影响测量结果。因此，对测量链各环节的精度要求应最高。B因此测量链最短原则显然指一台仪器中测量链环节的构件数目应最少，即测量链应最短。因此，测量链最短原则作为一条设计原则要求设计者予以遵守。以上设计原则，一般都是从某台仪器总体出发考虑的。而坐标系统一原则,则是对仪器群体之间的位置关系,相互依赖关系来说的,或主要是针对仪器中的零件
9、设计及部件装配要求来说的。坐标系统一原则对零部件设计来说，这条原则是指：在设计零件时，应该使零件的设计基面、工艺基面和测量基面一致起来，符合这个原则，才能使工艺上或测量上能够较经济地获得规定的精度要求而避免附加的误差。对仪器群体之间（主系统与子系统之间）的位置关系,相互依赖关系来说,这条原则是指：在设计某台仪器或其中的组成部件时,应考虑到该仪器或该部件的坐标系统在主坐标系统中的转换关系与实现转换的方法精度匹配原则定义：在对仪器进行精度分析的基础上，根据仪器中各部分各环节对仪器精度影响程度的不同，分别对各部分各环节提出不同的精度要求和恰当的精度分配。经济原则经济原则是一切工作都要遵守的条基本而重
10、要的原则。经济原则反映到测控仪器的设计之中，可从以下几方面来考虑：1）工艺性。选择正确的加工工艺和装配工艺，从而达到节省工时，节约能源，不但易于组织生产，而且降低管理费用。2）合理的精度要求。精度的高低，决定了成本的高低。因此各环节则应根据不同的要求分配不同的精度。3）合理选材。合理选材是仪器设计中的重要环节之从减小磨根、减小热变形、减小力变形、提高刚度及满足许多物理性能上来说，都离不开材料性能。而材料的成本又差价很大，因此合理选材是至关重要的一条。4）合理的调整环节。设计合理的调整环节，往往可以降低仪器零部件的精度要求，达到降低仪器成本的目的。5）提高仪器寿命。为提高仪器寿命要对电气元件进行
11、老化和筛选；对机械零部件中的易损系统采用更合理的结构型式。虽然这两方面的改进会使成本增加，但如果仪器寿命延长一倍，等于使仪器价格降低了一半。测控仪器设计原理：平均读数原理、比较测量原理、补偿原理平均读数原理：在计量学中，利用多次读数取其平均值，能够提高读数精度。比较测量原理（D位移量同步比较测量原理定义：对复合参数进行测量的近代方法是先分别用激光装置或光栅装置等测出它们各自的位移量,然后再根据它们之间存在的特定关系由计算机系统直接进行运算比较而实现测量。位移量同步比较原理主要应用于欠合参数的测量：渐开线齿形误差，齿轮切向综合误差，螺旋线误差，凸轮型面误差的测量特点：这类复合参数一般都是由线位移
12、和角位移，或角位移和角位移以一定关系作相互运动而成。它们的测量过程，实际上是相应的位移量之间的同步比较过程，故在设计这类参数的测量仪器中，形成了一种位移量同步比较的测量原理。这一原理的特点是符合按被测参数定义进行测量的基本原则。（二）差动比较测量原理1 .电学量差动比较测量电学量差动比较测量可以大大减小共模信号的影响，从而可以提高测量精度和灵敏度，并可以改善仪器的线性度。2 .光学量差动比较测量降低共模信号的影响，还可消除杂散光的干扰。（三）零位比较测量原理补偿原理补偿原理是仪器设计中一条内容广泛而意义重大的设计原理。如果在设计中，采用包括补偿、调整、校正环节等技术措施，则往往能在提高仪器精度
13、和改善仪器性能方面收到良好的效果。补偿原理的核心包括：1 .补偿环节的选择为了取得比较明显的补偿效果，补偿环节应选择在仪器结构、工艺、精度上的薄弱环节，对环境条件及外界干扰敏感的环节上。2 .补偿方法的确定有光电方法、软件方法、电学方法、标准器比较的方法等。3 .补偿要求的分析根据不同的补偿对象，有不同的补偿要求：例如，对于导轨直线度偏差的补偿，必须要对整个行程范围进行连续逐点的补偿；而对仪器示值的校正，一般可要求校正几个特征点，如首尾两点，或中间选几点，达到选定的特征点保证仪器示值精确即可。4 .综合补偿（最佳调整原理）的实施优点：综合补偿方法具有简单、易行、补偿效果好的特点。涵义：该方法不
14、必研究仪器产生的误差来自哪个或哪些环节，但通过对某个环节的调整后，便起到了综合补偿的效果。检测系统工作原理的选择和系统功能的设计是总体考虑时首先遇到的一个问题。防检测系统是一台设备的重要组成部分，它相当于人体智能系统的五官，五官获取外界信号,大脑相当于设备的控制系统，四肢相当于设备的执行机构,因此，一台完整的设备能否按设计要求完成预定的任务，首先取决于检测系统的精度和可靠性。检测系统的设计包括:传感器的选择与设计、标准量及其细分方法的应用、数据处理与显示装置的选取等三大部分。测控仪器结构参数及技术指标的数值是根据仪器的功能、测量范围、精度要求、分辩力要求、误差补偿要求、使用要求和条件，以及有关
15、标准规定等许多因素来确定的。一、从精度要求出发来确定仪器参数一一光学灵敏杠杆的杠杆比的确定二、从测量范围要求出发确定仪器参数一一小模数渐开线齿形误差检查仪的结构参数的确定三、从误差补偿要求来确定参数一一电容压力传感器的结构参数确定四、从仪器精度和分辩力要求出发确定仪器参数一一光栅式刀具预调仪电子细分参数与视觉系统结构参数的选择。第四章在测控仪器中，精密机械系统对保证仪器的测量精度、定位精度和运动精度起着关键的作用。仪器中的支承件包括基座、立柱、机柜、机箱等。名称结构恃点设计要求相应措施结构尺寸较大，结构比较复杂，三承受外载荷及其变化，受热变形必响较大。要具有足够的刚度，力交形要小刚度设计常柔用
16、的方法有植拟试蛤法（仿直i爆八更纲分析法和有限元分析法。有B艮元分析己有成熟的分析软件可借用。采用正确的绪构设计也是保证支承件刚度的重要手段。稳定性好，内应力变形小对精鲍基座和立柱要进行时效处理，以消除内应力，发少应力变形。时效处理的方法有陶礼即自然时效和人工时效。热变形要小声格控制工作环战温度，控制仪器内的热源，采取温度补偿措施良好的抗振性存徜足刚性要求情况下,尽里成轻重更，以提高而有频窣,昉止共振；如合理地选择截面形状和尺寸，合理坨行古的检金鬲板以提高转印度；麻小内部报源的振动影响，如采用气体、液体静压导黜鼬系，对驱Z域动机的振动蕊措施；对运动件进行充分闻滑以JS加阻尼等；耒用减振邺哥R设
17、计，媲单部鬲振、椽胶?鬲根、气垫幅徐等。名称刚度设计结场设计基座立柱D有限元分析法：此分析法是一帏数学、力学与计置机技术相结合的对支承件刚度和动特性进行分析的一种方法；2）仿直分析法：对结构也状复箱勺支承件，可采用槿空仿直，虽然花雳些物力和时间，但得出的结果与实际比较接近。D正确迭降截面形状与外形结构：构件受就寸变形里与截丽旦大小有关；蝌、扭时，变形里与做面形状有美。谷同表Vl播薇面相相同时不同断面形状惯性矩的比校进行设计2）合理地选择和布盘加强肋，以母加刚度，叁阅表4-1-1所示各种肋条（板）的形状及其优於占3）正确的结构布局，成小力变形4）良好的结构工艺性，减小应力变形S）合理地选择材料通
18、常要求星座及支承件的材料具有较高的强Jg和刚度、耐磨性以及良好的精造、焊接以及机械加工的工艺性绣同表4T-Z支承件常用材料性能及改善措施6）基座与支承件的S!厚、肋板、肋条厚度设计可参潟夫4-2导轨由运动导轨（动导轨）和支承导轨（静导轨）组成，分为滑动摩擦导轨、滚动导轨、静压导轨和弹性摩擦导轨。优点缺点导向面和压射面都是平面，雌和检验容易。厘惺醐低，承载初大，刚度高Ig损后不能自勖补偿，委用株条调节。其导向面在两对导轨注）外例，两面距图较大，受热时变形里较大，为此，留育较大恒碑，期匆谓向精度。磨愦后不能自动补催，专用读条圜节。其导向面在两对导轨票一边的内外侧，两面能圈较小，受热时费形小。牵引力
19、位Si不当时，会使工作台做斜，卡死。S磨惯后不能自动补催，室用读条调节。其导向面在中间平身轴庄两内恻，两面距座较小，热时变肥小。对差引力位置精度衰求较低。主轴刚度K=FyK=M（a为主轴悬伸长度，I一支撑跨距yl-轴承为刚体，主轴为变形体，y2一主轴为刚体，轴承为变形体，y一总挠度）提高主轴刚度的措施：1大主轴直径，但导致机构尺寸加大。一般D取锥孔大端直径的L52倍2合理选择支撑跨距3缩短主轴悬伸长度a/10=1/2-1/44提高轴承刚度主轴系统的热稳定性滚动摩擦轴系优于滑动轴系合理选择推力支撑位置减小热源的影响a.推力支撑位置在后径向轴承的两侧。受热后主轴向前伸长，影响轴向精度。b推力支撑位
20、置在前后径向轴承的外侧，装配方便，受热伸长会影响轴向间隙。c.推力支撑位置在前径向轴承的两侧，避免了主轴受热向前伸长，刚性较高，但主轴悬伸部分增加。d推力支撑位置在前径向轴承的内侧，是较好的布置。液体静压轴承轴系是由压力油将轴系浮起进行工作的轴承。特点：1）在液体压力油作用下将主轴浮起，在轴和轴套之间形成油膜，因此形成液体摩擦，摩擦力极小，几乎无磨损，寿命长，转动灵活，消耗功率尘。2）与气体静压轴系相比刚度更高，承载能力大，因此常用于大型或重型仪器上，在机床上应用比较广泛。3）回转精度较高，可达005um0由于油液分子的平均作用，使轴系回转精度可高于零件加工精度。4）抗振性好于气体静压轴承。5
21、）需要一套高质量的供油系统，由于油温变化后会造成回转中心热漂移，因而还需油温控制系统配套使用。因此不仅系统复杂化而且成本也较高。第五章电路设计要求娄叁的曳要性提高性诙的掐回法度群题向因需：信嚏比、分辨力、线性度（则控系统的实际睁态特性输出是一条曲线而并丰是一条直线）、灵敏度、里化误差称定性、频率特性、输入与输出阻抗。吆妣度跆迪容车线性的标尺和亥蟆盘难于种乍；在系统换撷寸器要重新标定；列试数据记录容易失真；当进行模/数、数/梗转换时不易保证精度I当进行反馈控制时，控制方法和算法不易实现等。提高灵颍度,可以提高信嗓比和分推力，从而得至像高的则更精度。但灵敏度南高，刎里褥曲窄，称定性也往往前差。选择
22、适当的则触潞形式，选取合适的熟IS段，可以显著笈小丰线性误差。可以通过适当设计或增加朴信和校正环节，降低手续性误震。灵敏度与系统的里程及分辩力是相互关联的指标，需爰统筹考虑峋应速度稣对于整个则控系统而言,峋应速度应百包括传侬的响应速度和啦与软件利谢。应速度两个方面。因此，电笳与软件系统的1向应速Jg也是十分重要的一个环节。1、注意各个环节的速度匹取I可越。避免a现某一环节速度对砧和过浦搦极端情况。2、橄件系统而言，计算机的主瘫高，位宽越高，软件运行速度就越快，指令仇郁寸间就越姮，系统响应通度就越快可等要一是在工艺上提高电胳系统元罟件本身的可靠性，将元25件失效的昱劣向降找到最1氐程度；二是在系
23、统结构设计方面接高系统的可靠性和台理性，避免设计不当造成可靠性下降；三是存硬件和软件中增加适当措施。济要经性求系统的成本与精度之间呈几何猫美系，随音精度的不断提高，成本据加的圉g远远超过精度的增加注度。因此，确定适宜的、合理的目标精度是非常主要的。另一方面,绣务性设计的尺度，必须以满足精度和可拿性为前提。1、硬件设窗的选材应基于保证性能、降低价格的原贝I，在考虑初期投入的同时还必须考日后系统的运营和维护费用。2、软件系统尽可能自主开发，便于长期维护和升级，也可以保证软件系统懈济性。3亚电路与软件系统过程申应注意硬件与软件的说比和平衡.应灵活运用“以软代短”或“以徒蝴”的方法，寻求开发时间、经济
24、性与性A邺折衷决定硬件与软件的比重。1、简述测控仪器设计中一般的设计要求包括哪些方面？主要的设计程序包括哪些？设计要求：精度要求检测效率要求可靠性要求经济性要求使用条件要求造型要求设计程序：确定设计任务设计任务分析调查研究总体方案设计技术设计制造样机样机鉴定或蛉收样机设计定型后进行小批量生产2、简述测控仪器的设计原则，并稍作说明阿贝原则该原则指出，为使量仪能给出正确测量结果，必须将仪器的读数可先吃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应顺序排成一条直线最小变形原则该原则指出，应尽量避免在仪器工作过程中，因受力变化或因温度变化而引起的仪器结构变形或仪器状态
25、和参数的变化，并使之对仪器精度的影响量小测量捱最姮原则测量琏最短原则则是指构成仪器测蚩琏环节的构件数目应最少坐标系基准统一原则这条原则是指，在设计零件时，应该使零件的设计基面、工艺基面和测量基面一致起来，符合这个原则才能使工艺上或测量上能够较经济的获得规定的精度要求而避免附加的误差精度匹配原则在对仪器进行精度分析的基础上，根据仪器中各部分各环节对仪器精度影响的不同，分别对各部分个环节提出不同的精度要求和恰当的精度分配，这就是精度匹配原则经济原则经济原则是一切工作都要遵守的一条基本而重要的原则3、简述测控仪器的设计原理，并稍作简述平均读数原理在计量学中，利用多次读数取其平均值，通常能够提高读数精
26、度。利用这一原理来设计仪器的读数系统，即称之为平均读数原理比较测量原理包括位移量同步比较测量原理、差动比较测量原理、零位比较测量原理补偿原理应用补偿法进行误差补偿是应注意的问题有补偿环节补偿方法补偿要求综合补偿4、线纹尺、度盘、码盘都是绝对码标准量的例子，根据它们的起始和终止的位置就可以确定所对应的线位移或转角，与测量的中间过程无关。绝对码标准量的抗干扰能力优于增量马标准量，它不受停电、断线等意外故障以及测量中间过程的影响，并易于恢复测量光栅、激光干涉条纹等属于增量马标准量。它的优点是可按需要任意设置零位，这样可以不必通过两点的绝对坐标差去确定位移或转角。有的熠量马标准量还设有绝对零位。熠量马
27、标准量需从测量条件、屏蔽、电路等方面采取措施，以提高其抗干扰能力5、导轨运动的不平稳现象产生的原因是什么？如何加以改善？原因：导轨运动的不平稳现象主要是因为“爬行”现象。导致爬行现象的原因有导轨间的静、动摩擦系数差值较大动摩擦系数随速度变化系统刚度差改善：要减小爬行，影视临界速度降低，即应减小动摩擦力与静摩擦力之差AF,熠加系统阻尼和增加弹性环节刚度。当运动部分润滑较好时也可使爬行减小6、试述线性直流稳定电源和开关型稳定电源的工作原理，说明其特点和优势。线性直流稳定电源的原理是，靠调整管之间的电压来稳定输出，因此线性电源的出特点是工作在线性区，稳定性高，纹波小，可靠性高，易做成多路。输出连续可
28、调，但是体积大、较笨重、效率相对较低开关型直流稳定电源的功率器件调整管不是工作在线性区，而是工作在饱和区及止区，即始终处于功率开关状态，开关电源因此而得名。开关电源的优点是体积小，重量轻，稳定可靠，尤其是输入电压范围很宽；块点相对于线性电源来说文波较大7、干扰耦合的方式主要有哪些？分别是怎么形成的？干扰耦合的方式主要有静电稿合电磁稿合共阻抗耦合漏电澹相合静电相合亦称电容性羯合，产生的原因主要是由于两个电子器件或者两电路之间存在寄生电容，经寄生电容是一个电路的电荷影响另一个电路电磁稿合的产生原因主要由于两个电路存在互感，使得一个电路的电流化通过电磁稿合干扰另一个电路共阻抗耦合一般发生在两个电路的
29、电流流经一个公共阻抗其中一个电在该阻抗的压降会影响另一路漏电流耦合主要是由于绝缘不良，而流经绝缘电阻的电流所引起的的干扰8、试述在印刷电路板设计中的布线要摹握的一些原则？（对应电源线，信号线和地线）。电源线的布线原则：电源线和地线要尽量粗，除激小压降外，更重要的是降低耦合噪声。只要允许，还是尽可能用宽线。导线的最小宽度主要有导线与绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流值决定。导线之间的最小距离主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定信号线的布线原则：布线时，尽量避免90折线，使用45折线或圆孤布线，以减少高频信号对外的发射和耦合。布线时尽量减少回路环的面积，以降低感应噪声。尽可能缩短高频元件
30、之间的连线，设法瀛少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。输入端和愉出端用的导线应尽量避免相邻平行。地线的布线原则：数字地与模拟地要分离，最后在一点接于电源地，A/D、D/A片布线也以此为原则。单片机和大功率器件的地线要单独接地，以减少互相干扰。低频模拟电路采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后在并联接地。高频模拟电路采用多点串联接地，地线应短而粗，高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。9、接地设计的两个基本要求是什么？什么是“浮地系统”，有何优劣点？接地设计的两个基本要求是：消除各电路电流流经一个公共地线阻抗时所产生的噪声电压避免形成地环路浮地系统，是指仪器的整个地线系统和大地之间没有欧姆
31、连接，仅以“浮地”作为它的电平基准，即参考电平。浮地系统的优点是不受大地电流的影响。因此，作为系统“地”的参考电平是按水涨船高的原理岁电压的感应而相应的提高。所以，仪器内部的电子器件不会因高电压的干音而击身,这对CoMS电路尤为有利。浮地系统的缺点是，当附近有高压设备时，其机壳易感应车交高电压，形成噪声干扰，因此安全性较差。10、在光学检测系统中，什么是直接检测系统和相干检测系统？各有何特点？不论是相干光源还是非相干光源来携带光信息，而检测器件只直接检测光强度，这种光电系统称为直接检测系统；如果采用相干光源利用光波的振幅、频率、相位来携带信息,光电检测器检测不是直接检测光强而是检测干涉条纹的振
32、幅、频率、或相位则称为相干检测系统。直接检测系统简单、应用范围广，而相干检测具有更高的检测能力和更高的信噪比，因而系统精度更高，稳定性也更好。Ilx说明干涉条纹外差检测原理及特性。(1)原理图6.51光学外差探测原理光学外差检测原理如图a所示。入射信号光波的复振幅和本机振荡参考光波的复振幅分别为Us(t)=alsin(st+s)Uo(t)=a：sin(w5t+0)则在光混频器上的输出光强为它的频谱分布表如图b所示，其中的倍频项与和频项不能被光电器件接受，只有当30和3S足够接近，并使3=3S-30处于探测器的通频带范围内才能被相应。此时探测器的输出信号为，此式为光学外差信号表达式=-二。已知像
33、面的轴向位置误差yyx,=0.1wm,物高y=20wm像高为y,像面到像方焦点间距Y=IOoO也加，求因此引起的仪器误差Ay。22、用游标卡尺测量工件的直径。测量时，活动量爪在尺架(导轨)上移动，由于导轨之间存在间隙，使活动量爪发生倾斜角而带来测量误差，其值为设S=30毫米，=1。卡尺设计不符合仪器设计的哪个原则？求由此带来的误尺寸线不在一条线上，故不符合阿贝原则活动量爪发生假斜角而带来测量误差，其值为A=Stan因为S=30mm,=1所以i=30X0.0?03mm=910-3爱彭斯坦光学补偿方法a)测长机工作原理图b)光学补偿原理补偿阿贝误差工作原理：由尾座内光源照明的双刻线分划板及由读数显
34、微镜读数的Ioomm刻线尺均安置于仪器床身上，并分别位于焦距f相同的两个透镜Nl、N2的焦平面上。反射镜M2、透镜N2及照明光源与尾座连为一体，反射镜Mls透镜Nl与头座连为一体。对于Im测长机而言，仪器床身上装有10块双刻线分划板，每两块相距100mm,每块上面刻有八9之间的一个数字。对零时，双刻线指标成像在100mm刻尺的0刻线位置，即SI点。测量时，若工件长度的基本尺寸为100mm或其整数倍，则需尾座向左移动，若工件长度的基本尺寸除了100mm的整数倍外，还有自0.170Omm的小数时，则还需同时将头座向右移动到所需的数值上。光学补偿原理：由于倾角的影响，在测量线方向上测端将向左移动L=
35、htan值，如无补偿措施，则此值即为阿贝误差。但这时与尾座连为一体的M2.N2也随之倾斜角，这样，新的双刻线指标。通过M2、N2及Ml、Nl便成像到s2点，即s2点相对于si点在刻尺面上也有一挪动量sls2=丘an。这时，由于头座要向左移动L来压紧工件，而使。点的像也同时向左移动L再次与Sl点瞄准。若h=f则hun=ftan于是，由尾座倾斜而带来的阿贝误差，在读数时自动消失了。24、一个长度为L,高度为H的矩形基座，当上表面温度高于下底面温度时会产生上凸下凹的形变，其最大凹凸量为如图所示。（P117）1 .试求证图中所标示位置为最大变形量发生位置。2 .试求最大变形量的关系式。设基座材料的线膨
36、胀系数为a,上下温差为4t因为6=4L2=L8=LH=Lt/H所以=tL:/8H25、主动三角法测距的应用范围是多少？漫反射式和反射式三角法的测量原理？绘图说明，并写出公式。设计要点？（P279）主动三角法测距法用于从数毫米倒数米的精密测距漫反射光的三角法：光源与聚光镜组成的照明部分的光轴垂直被测物表面，照明光被聚光镜汇聚于一点A,光点大小约数十微米，光点被物镜成像与P点。若被测表面轴向位移AZ相应像点由P移至Pl,则由三角关系可得AZ=PPzsin这种方法的测量范围可达数百毫米，分辨率可达lm反射式三角法：即入射光的光轴与接收光的光轴按反射定律位置放匿，用于测量光滑物ppcos（82）体的轴
37、向位移，有图示三角形关系的AZ=三、问答题（每小题10分，共40分）1 .为什么在高精度的圆分度测量装置设计中，在度盘的对径方向上安装两个读数头，这布局可以消除读数误年中哪些次谐波误差？答：在度盘的对径方向上安装两个读数头，并取两个读数头读数值的平均值作为度盘在这转角位置上的读数值。这样，度盘安装偏心或轴系晃动带来的读数误差为正的话，则对读数头II来说，其读数误差必为负，且两者的绝对值相等。因此，当存在着度盘安装偏心或轴系晃动误差时，对径读数取它们的平均值，则可自动消除读数误差。这布局可以消除读数误差中奇数次谐波误差。举例说明减小阿贝误差的方法。答：1）标尺与被测量条线：例如用千分尺测量工件时
38、，被测零件的尺寸线和千分尺的刻线尺在条立线上，完全符合阿贝原则。2）如无法做到则确保导轨没有角运动；例如用游标卡尺测量工件时，活动量爪与尺架（导轨）之间存在间隙，测量时可拧紧活动量爪上的缩紧螺钉消除间隙，避免活动量爪产生倾斜。3）或应跟踪测量，兑出导轨偏移加以补偿。例如将爱彭斯坦光学补偿方法应用于高粘度测长机的读数系统中，通过结构布局随机补偿阿贝误差。2 .密珠釉系有何特点？密珠轴系的设计要点有哪些？答：密珠轴系的特点为密集的滚珠近似于多头螺旋排列，每个滚珠公转时有自己滚道，互不重复。滚珠装配时过盈，相当于预加我荷，起到消除间隙，减小几何形状误差。这种轴系成本低，使用方便，寿命长，祐度高，但承载能力不大。密珠轴系的设计要点有滚珠的密集度：适当提高滚珠密集度，即增加滚珠数量，可以使主轴的“飘移”有所改善。滚珠的排列方式：排列方式必须
