重庆大学测控仪器试卷答案10版本.doc

重庆大学 测控仪器设计 课程试卷一、 选择题：本题选项中只有一项正确，请将正确的(a)、(b)、(c)、填在相应的横线上。(12分，每空4分)1.1. 在光学度盘式圆分度测量装置中，当采用在度盘圆周上均布3个读数头的结构并取3个读数头读数值的平均值作为读数值时，则不可以消除 A 阶谐波误差对读数精度的影响。(3N阶不可消除，N为整数）(a) 3，6，9，12，15， ； (b) 1，2，3，4，5， ；(c) 1，2，4，5，7，8，10，11， ； (d) 2，4，6，8，10，。1.2. 相对误差有两种表示方法, 关于相对误差的两种表示方法描述正确的是 A 。(a) 引用误差不大于额定相对误差；(b) 引用误差一定小于额定相对误差；(c) 引用误差一定大于额定相对误差；(d) 引用误差不小于额定相对误差。1.3单位冲击响应函数是在 A 对仪器特性的描述。(a.单位冲击响应函数 b.频率响应函数 c.传递函数）(a) 时域；(b) 频域；(c) 复频域。二、 多选题：本题为多项选择题，仔细阅读有关内容，将正确的选项填在相应的横线上。多选或少选均视为解答不正确。(4分、26分)2.1. 图1为激光干涉系统的误差自动补偿式光路布局（LC为参考光路的光程，Lm为测量光路的初始光程），下面描述正确的是 ABC (a) 当LmLC时测量镜向右移动;(c) 误差能相互补偿式光路布局对提高仪器精度有利;(d) 当LmLC时测量镜向左移动;(e) 当LmLC时测量镜向右移动. 图1.2.2一米激光测长机的原理如图2所示，根据要求做出选择：(26分)2.2.1 针对一米激光测长机标准量系统描述正确的有 ABD ；(3分)(a) 激光干涉系统；(b) 增量码标准量系统；(c) 绝对码标准量系统；(d) 数字式标准量系统；(e) 模拟式标准量系统。2.2.2 用该仪器进行测量时必须先对零，描述正确的有 BC ；(3分)(a) 主要为了消除测量误差； (b) 主要为了确定相对零位基准； (c) 主要是因为使用了增量码标准量系统； (d) 主要是因为一种操作习惯； (e) 测量时可以省去先对零这一步骤。2.2.3 尾座因底座变形在垂直平面内有倾角会引起仪器误差，总体设计时应采取措施抑制或消除它们的影响。关于采取的抑制或消除尾座因底座变形在垂直平面内有倾角的影响措施及采取措施前后引起的测量误差描述正确的有 ABE ；(5分)(a) 固定角隅棱镜9与尾座5固结在一起；(b) 固定角隅棱镜的锥顶安放在尾杆10的轴线离底座导轨面等高的同一平面内；(c) 尽可能减小固定角隅棱镜9和尾杆10在水平面内的距离d；(d) 可动角隅棱镜12的锥顶位于测量主轴11的轴心线上(以便符合阿贝原则)；(e) 只要采取合理的措施, 可以消除该项误差的影响；(f) 该项误差属于阿贝误差, 只可以尽可能减小, 不可消除；(g) 只要采取合理措施, 误差为二次微小误差, 可以忽略。2.2.4 尾座在水平面内产生摆角会引起仪器误差，总体设计时应采取措施抑制或消除它们的影响，关于采取的抑制或消除尾座在水平面内产生摆角的影响措施及采取措施前后引起的测量误差描述正确的有 (c) , (f) ；(5分)选项同 题2.2.3。2.2.5 测量头架因底座变形在垂直平面内有倾角会引起仪器误差，总体设计时应采取措施抑制或消除它们的影响。关于采取的抑制或消除测量头架因底座变形在垂直平面内有倾角的影响措施及采取措施前后引起的测量误差描述正确的有 (d) , (g) ；(5分)选项同 题2.2.3。2.2.6 测量头架在水平面内产生摆角会引起仪器误差，总体设计时应采取措施抑制或消除它们的影响，关于采取的抑制或消除测量头架在水平面内产生摆角的影响措施及采取措施前后引起的测量误差描述正确的有 (d) , (g) ；(5分)选项同 题2.2.3。图2. 一米激光测长机的原理1一底座 2一干涉仪箱体 3一测量头架 4一工作台 5一尾座 6一电动机与变速箱 7一闭合钢带 8一电磁离合器 9一固定角隅棱镜 10一尾杆 11一测量主轴 12一可动角隅棱镜 13一激光器 14一分光镜三、 简述题：图3为双频激光干涉仪的组成及原理。回答下列问题：(15分)3.1指出各组成单元的名称及功能（5分）1 双频激光器 2 1/4波片 3扩束器 4分光镜 5，12透光轴与纸面成45 8偏振分光镜9固定反射镜10可动反射镜3.2说明双频激光干涉仪的工作原理（5分）激光器放在轴向磁场内，发出的激光为方向相反的右旋圆偏振光和左旋圆偏振光，其振幅相同，但频率不同，分别表示为f1和f2。经分光镜M1，一部分反射光经检偏器射入光电元件D1作为基准频率f基 (f基f1f2)。另一部分通过分光镜M1的折射光到达分光镜M2的a处。频率为f的光束完全反射，经滤光器变为线偏振光f，投射到固定棱镜M并反射到分光镜M2的b处。频率为f1的光束折射经滤光器变为线偏振光f1，投射到可动棱镜M4后也反射到分光镜M2的b处，两者产生相干光束。若M4移动，则反射光的频率发生变化而产生“多卜勒效应，其频差为多卜勒频差f。频率为ff1f的反射光与频率为f的反射光在b处汇合后，经检偏器射入光电元件D，得到频率为测量频率f测f(f1f)的光电流，这路光电流与经光电元件D后得到频率为f基的光电流同时经放大器进入计算机，经减法器和计数器，即可算出差值f，并按下式计算出可动棱镜M4的移动速度v和移动距离l。即可算出差值f，并按下式计算出可动棱镜M4的移动速度v和移动距离L。3.3比较与迈克尔逊激光干涉仪的区别（5分）图3. 双频激光干涉仪双频激光干涉仪特点：(1) 接受信号为交流信号，前置放大器为高倍数的交流放大器，不用直流放大，故没有零点漂移等问题。(2) 利用多普勒效应，计数器计频率差的变化，不受激光强度和磁场变化的影响。在光强度衰减90%时仍可得到满意的信号，这对于远距离测量是十分重要的，同时在近距离测量时又能简化调整工作。(3) 测量精度不受空气湍流的影响，无需预热时间。迈克尔逊激光干涉仪特点：1.它是利用分振幅法产生双光束以实现干涉 2.主要用于长度和折射率的测量 3通过调整该干涉仪，可以产生等厚干涉条纹，也可以产生等倾干涉条纹四、 如图4所示示意了在直线导轨上传感器的两种安装方式：A. 外侧安装方式 (Outboard sensor location)；B 内侧安装方式 (Inboard sensor location)。回答下列问题：(14分)4.1. 如果该导轨构成了某长度测量仪器，而且被测工件安装在导轨滑板的最右边。当导轨的滑板在运动过程中产生与导向方向成的倾角（如图4(b)）时，分别分析传感器的两种安装方式引起的测量误差；(8分)答案：1.内侧安装方式 =（）/22. 外侧安装方式 右边=0 左边=4.2. 结合4.1的结论说明传感器的两种安装方式的优缺点。(6分)答案：内侧安装外侧安装1阿贝误差小阿贝误差大2传感器受到保护传感器易受损3安装困难安装容易4接近热源远离热源五、 分析与设计：如图5所示示意了激光扫描测径仪的工作原理。根据图5回答下列问题：（29分）4.1. 详细说明激光扫描测径仪的工作原理（6分） 氦氖激光器1射出的激光经过反射镜3，透镜4（用来减小光束的发散），反射镜2和同步电动机带动的多面棱镜5，在经过透镜6对被侧工件7进行扫描，然后经过透镜8由光敏二极管9接收。在激光光束被工件遮挡的时间内，计数器所记的脉冲数就代表了被测工件的直径。4.2分析激光扫描测径仪的原理误差 (7分)设计中近似的认为在与光轴垂直方向上激光光束的扫描线速度是均匀的，即 实际上激光扫描线速度V0随着光束离光轴的距离y的不同而变化 离光轴垂直距离越大，扫描速度越高。这使得该仪器的测得值总是小于被测直径的真值，从而引起原理误差4.3. 如何基于激光扫描的原理实现大直径的测量，给出原理示意图及相应文字描述（4分)4.4基于图5所示的激光扫描测径仪的原理设计其测控系统电路，要求给出详细电路原理示意图及相应文字描述(12分)(a) 直线导轨上传感器的两种安装方式(b) 示意图图4. 传感器的安装及其优缺点图5. 激光扫描测径仪的工作原理4、 分析与设计：如图4所示示意了高精度激光两座标测量仪校正导轨转角的工作原理。根据图4回答下列问题。4.1 详细说明高精度激光两座标测量仪校正导轨转角的工作原理。4.2详细说明高精度激光两座标测量仪采用校正导轨转角措施的原因及意义4.3 图4采用分离元件实现了校正系统的测量及控制系统，仿照上述功能设计以计算机为核心的校正系统的测量及控制系统，要求绘出详细的电路原理图，并辅助文字说明，两者缺一不可。答案：4.1采用激光干涉小角度测量系统测量导轨在运动过程中的转角，将转角测量信号进行处理向送到直流升压器，驱动压电陶瓷执行器，使导轨产生相反方向的转角，以校正导轨运动过程中的倾角。4.2对于高精度测量系统，单靠提高导轨的加工精度来保证系统