1)设轴承为刚体，主轴为变形体，则主轴前端挠度(见图4-53b)为
4—6。 表4-6 各种轴系的对比
(4-36)
1．基座与支承件设计基本要求是什么?
2．何谓导轨的导向精度?导轨设计有哪些要求?举出4种以上的导轨组合，并说明其特点。 3．气体静压导轨有哪些类型?各有何特点?提高其刚度和承载能力有哪些方法? 4．什么是主轴的回转精度?主轴系统设计的基本要求是什么? 5．提高主轴系统的刚度有几种方法?
6．密珠轴系有何特点?密珠轴系的设计要点有哪些?
7．液体动压滑动轴系获得液体摩擦的条件是什么?使用它时应注意些什么? 8．气体静压轴系的主要结构参数如何选取? 9．什么是微位移技术?
10．柔性铰链有何特点?设计的主要参数有哪些?
11．采用柔性铰链的微动工作台与其他方案相比有何优点? 12．微驱动技术有哪些方法?
13．试述压电效应和电致伸缩效应在机理上有何不同? 14．试总结各种微位移机构的原理及特点。
第五章
■*电路与软件系统是测控仪器中的重要组成部分，它担负着信息的传递和处理以及对目标进行控制的重要任务。
■*作用主要是对传感器的输出信号进行采集和处理，按照测控系统的功能与要求进行相应的运算并将测量结果进行显示，或者输出控制信号，使得执行机构执行相应的动作。
■对于测量电路，当输入量的变化小于数字电路的一个最小数字所对应的被测量值时，数字系统将没有变化，这一误差称为量化误差。
对于模拟电路系统，为了减小量化误差，一方面可以提高模拟电路的放大倍数，提高测量电路的分辨力，降低量化误差(当然，这是以降低量程为代价的)；另一方面可以提高数字电路的位数，减小量化误差的数值，例如将A／D电路的位数增加到12位、16位或者更高(其成本也相应提高)。此外，可以在模拟电路部分增加细分电路，提高分辨力，以此来减小量化误差。
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■ 对于输出模拟信号的传感器而言(见图5-2)，放大电路和滤波电路一般是必需的。对于需要交流激励信号的传感器而言，还需振荡器和调制解调器。很多测控场合还需运算电路，来实现一些简单的运算和数据处理任务。对于采用计算机和微处理器的场合，常常还需模／数转换电路。
图5-2 传感器输出模拟信号的测量电路组成
对于输出数字信号的传感器而言，计数器和锁存器一般是必需的(见图5-3)。对于传感器输出数字信号
与后续电路不匹配(如TTL信号与CMOS信号等)的场合，
图5．3 传感器输出数字信号的测量电路
还需电平转换电路。对于传感器输出正弦波的场合，还需整形电路将正弦波转变为方波。对于传感器输出连续脉冲的场合，还需辨向电路判断被测量变化的方向。为了进一步提高分辨力和精度，还常常采用细分电路。
■ 对于模拟信号，调理电路一般包括放大电路(含阻抗匹配)、滤波电路、调制解调电路等。对于数字信号，调理电路一般包括整形电路、细分电路、辨向电路等。
■ 图5-9为典型的四细分辨向电路。其输入信号采用具有一定相位差(通常为90°)的两路方波信号。细分的原理，是基于两路方波在一个周期内具有两个上升沿和两个下降沿，利用单稳提取两路方波信号的边沿实现四细分。而辨向则是根据两路方波相位的相对导前和滞后的关系作为判别依据，实现辨向。
图5—9 四细分电路原理
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图5-10 四细分电路信号波形a)正向波形 b)反向波形
按照模拟／数字转换的原理，
双积分式．A_／D转换器转换精度高，抗干扰性能好，价格便宜，但转换速度慢，用于速度要求不高的场合，常用器件有ADC-EK8B、ADC-EKl0B等。
逐次逼近式A／D转换器速度快、精度较高，使用较多，常用器件有ADC0809、AD574等。并行比较式A／D转换器速度快，但分辨力不高，常用器件有AD9012、AD9022。
∑-△式A／D转换器具有位数高、速度快、串行输出的特点，常用器件有AD7705、AD7714、ADCl213等。
有些A／D转换器内部还带有可编程放大器、多路开关或三态输出锁存器等。例如8位A／D转换器ADC0809内部含有8路多路开关；12位A／D转换器AD363不但有16通道(或双8通道)多路开关，而且还有放大器和采样保持器。
还有专门供数字显示用，可直接输出BCD码的A／D转换器，如AD7555等。 1．测控电路一般由哪几部分组成?各有什么作用? 2。影响测控电路精度的因素有哪些?各有什么影响?
3．传感器输出模拟信号时，测量电路一般由哪几部分构成?试举例说明。 4．传感器输出数字信号时，测量电路一般由哪几部分构成?试举例说明。 5．测量电路中的信号放大环节的设计应考虑哪些因素?试说明理由。 6．测量电路中的模／数转换环节的设计应考虑哪些因素?试说明理由。
7．试分析：由微处理器和由微型计算机构成的中央处理系统的区别?举例说明各自的应用场合。 8．控制电路中的数／模转换环节的设计应考虑哪些因素?试说明理由。 9．控制电路中如何实现信号的隔离保护? 10．举例说明电源稳定性对测控系统的影响。
11．电路系统何时一点接地?何时多点接地?用图示说明。 12。测控软件的设计一般应遵循哪些原则? 13。提高电路系统可靠性的措施有哪些? 14．提高效件系统可靠性的措施有哪些?
第六章 光电系统设计
一、光电系统的组成
光电系统是测控仪器的重要组成部分。测控仪器中的光电系统的组成框图如图6．1所示。 光源是传递信息的媒介，是光电系统的源头。光源发出的光经过
光学系统后成为汇聚光束、发散光束、平行光束，或其他形式的结构光束，作为载波作用于被测对象。 光学变换可通过各种光学元器件，如透镜、平面镜、棱镜、光栅、码盘、波片、偏振器、调制器、狭缝、
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滤波器等来实现。经光学变换后的光载波中含有被测对象的信息，称为光信息。光信息被 光电检测器接收，并转换为易于处理的电信号，再经 电路和逻辑变换等处理，最后显示被测量，或用于探测。
由组成框图可以看出，光电系统的设计主要是研究光信息的检测、传输和变换中的核心技术的设计问题。
图6-l 光电系统的组成
■主动系统与被动系统是指携带信息的光源(光煤介)是人为制造的还是自然辐射的。若光电系统的照明是人工光源，如白炽灯、发光管、半导体激光器、He-Ne激光器等，被测信息通过调制的方法加载到光载波上去，然后用光电接收系统进行检测，这种光电系统称为主动光电系统。如果光电系统的照明光源是自然光(如太阳光)或者用不是为光电系统特殊设计的光源来携带光信息，这种光电系统称为被动光电系统。
■不论是用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，光电检测不是直接检测光强而是检测干涉条纹的振幅、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。
二、电磁波谱
■ 麦克斯韦理论指出，光是一种电磁波，但它在整个电磁波谱中，只占有很狭的范围。电磁波也称电磁辐射，其重要的特征参数是波长(或频率)，整个电磁波谱按波长排列。波长从0.01~1000μm，或频
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率从3×10～3×10Hz范围属于光学波段，它包括紫外辐射，可见光和红外辐射三部分(见图2—1)。通常，波长短于0．88μm的是紫外辐射，波长从0.38～0.78μm的是可见光，波长从0．78～1000μm的是红外辐射。人眼能感觉出光有不同的颜色，实质上是波长不同的光在人眼中所引起的不同感觉。图2-2表示一个所谓标准观察者的眼睛对各种波长辐射的相对灵敏度。从图中看，人眼对波长为0．55μm的黄绿光反映最敏感。
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表2—2 辐射度系统参量和光度系统参量
注，Ω-立体角， A-面积， t-时间， φ-光源表面面积元与给定方向垂直面的夹角． ■表12-1 常用光度学的名称、符号、单位、公式及说明
2．光谱功率谱分布
光源输出的功率与光谱有关，即与光的波长λ有关，称为光谱的功率分布。常见的有4种典型的分布，如图6—6所示。
图6—6 典型光源功率谱分布 a)线状光谱 b)带状光谱 c)连续光谱 d)复合光谱
图a为线状光谱，如低压汞灯光谱；图b为带状光谱，如高压汞灯光谱；图c为连续光谱，如白炽灯、卤素灯光谱；图d为复合光谱，它由连续光谱与线状、带状光谱组合而成，如荧光灯光谱。
在选择光源的时候，为了最大限度地利用光能，应选择光谱功率分布的峰值波长与光电器件的灵敏波长相一致；对于目视测量，一般可以选用可见光谱辐射比较丰富的光源；对于目视瞄准，为了减轻人眼的疲劳，宜选用绿光光源；对于彩色摄像则应该采用白炽灯、卤素灯作光源。同样对于紫外和红外测量，也宜选用相应的紫外灯(氙灯、紫外汞灯)和红外灯。 ■ 能形成干涉现象的装置是干涉仪，它的主要作用是将光束分成两个沿不同路径或同路径传播的光束，在其中一路中引入被测量，产生光程差后，再重新合成为一束光，以便观察干涉现象。
在干涉仪设计时，应注意遵守测控仪器设计的阿贝原则、变形量小原则、差动比较原则及误差补偿原
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