测控仪器设计第2章——第2节.ppt

精度（误差）分析 如何进行仪器误差分析： 寻找仪器误差源； 分析计算各个源误差对仪器精度的影响； 精度综合。根据②所得到的结果估计仪器的总误差，并判断仪器总误差是否满足设计要求。满足设计成功；不满足设计失败，需要进行调整。 精度：是误差的反义词。误差大精度低；误差小精度高 所以，仪器精度分析又称为仪器误差分析 2 第二节 仪器误差的来源与性质 原理误差 系统误差 制造误差 运行误差 随机误差 仪器误差：指仪器本身所具有的误差。在仪器制成以后，在规定的使用条件之下，仪器误差就已经基本确定。 仪器误差产生的原因： 难点 3 仪器设计中采用了近似的理论、近似的数学模型、近似的机构和近似的测量控制电路所引起的误差。它只与仪器的设计有关，而与制造和使用无关。具体情况有： 一、原理误差 4 （一）线性化： 将仪器的实际非线性特性近似地视为线性，采用线性的技术处理措施来处理非线性的仪器特性，由此而引起原理误差。 激光扫描测径仪 1—激光器 2、3—反射镜 4—透镜 5—多面棱镜 6—透镜 7—被测工件 8—透镜 9—光电二极管 激光测径仪工作原理P26 激光测径仪原理动画演示 6 激光扫描测径仪 1—激光器 2、3—反射镜 4—透镜 5—多面棱镜 6—透镜 7—被测工件 8—透镜 9—光电二极管 注意之处： 1. 测量时（5）转动而（7）不动，（6）和（8）之间的光为平行光； 2.（5）、（6）之间的距离=（6）的焦距； 3.（5）转动 ωt，激光反射光束转动 2ωt。 7 激光测径仪实物图 8 激光测径仪实物 9 某品牌激光测径仪技术参数 激光测径仪的工作原理： 通过光电二极管来测量激光光束被工件遮挡的脉冲数，将脉冲数乘以脉冲当量（mm/脉冲），即可得到被测直径大小。 原理误差发生在哪里？ 11 设计中近似地认为在与光轴垂直方向上激光光束的扫描线速度是匀速的 激光扫描光束在距透镜光轴为±y 的位置与多面棱体旋转角度之间的关系： 在与光轴垂直方向上的扫描线速度为 y f 2ωt 假定： 实际： 计数脉冲频率为M＝2.5MHz，则脉冲当量q： 设计中近似地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 12 该原理误差有多大？ 13 引起的原理误差 仪器指示的被测直径 在 T 时间段内所计脉冲数 设钢丝直径为 d0，所用时间为T 想要减小  小， 大。 假定f=150.2mm不变 1mm -3.7X10-6mm 10mm -3.7X10-3mm 50mm -0.46mm 将上面的T带入 14 产生原理误差的根本原因是将实际为非线性的扫描速度简化视为线性。 理论上扫描速度为： 实际扫描速度为： 一旦设计完成，此误差也就确定。 小结： 15 （二）近似数据处理方法 模/数转换过程中的量化误差 若模/数转换有效位为n，输入模拟量的变化范围为V0 ，通常用二进制最小单位（量子 ）去度量一个实际的模拟量，当 时，模/数转换结果为 由此产生量化误差，不会超过一个 。 图2—7 量化误差 a)量化过程 b) 量化误差 量化误差 3-bit ADC Amplitude code width Time 0 20 100 120 140 40 60 80 10.00 10.75 7.50 6.25 5.00 3.75 2.50 1.25 0 111 110 100 011 010 001 000 23=8份 1份=1.25V 216=65536份 1份=0.0001526V 16-bit ADC 17 （三）机械结构 凸轮 为了减小磨损，常需将动杆的端头设计成半径为 r 的圆球头，将引起误差： 18 凸轮机构的组成及其特点 凸轮1 当凸轮作等速转动时，迫使从动件完成某种预期的运动。 凸轮1 从动件 2（或称推杆） 机架3 19 凸轮机构的分类： （一）按凸轮的形状分： 盘形凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮 20 盘形凸轮：最基本的形式，结构简单，应 用最为广泛 移动凸轮：凸轮相对机架做直线运动 圆柱凸轮：空间凸轮机构 21 （二）按从动件上高副元 素的几何形状分： 尖顶从动件 滚子从动件 平底从动件 22 尖顶从动件：尖端能以任意复杂的凸轮