《機電一體化產(chǎn)品》PPT課件

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1、機 電 一 體 化 產(chǎn) 品 電 子 照 相 機 電 子 手 表 電 子 化 洗 衣 機 電 子 秤 一 、 傳 統(tǒng) 的 照 相 機 結(jié) 構 單 鏡 頭 反 光 式 照 相 機 原 理 示 意 圖焦 距 調(diào) 整 光 圈 傳 統(tǒng) 的 照 相 機 是 一 個 光 學 機 械 裝 置 ， 其 主 要 的 部 件 有 ： 光 圈 鏡 間 快 門 目 鏡 膠 卷 焦 距 調(diào) 整直 接 取 景 式 照 相 機 原 理 示 意 圖 （ 1） 鏡 頭 （ 包 括 光 圈 機 構 ）（ 2） 調(diào) 焦 機 構（ 3） 快 門 機 構（ 4） 取 景 器（ 5） 輸 片 系 統(tǒng) （ 包 括 卷 片 機 構 和 倒 片

2、 機 構 ）（ 6） 機 身 其 中 光 圈 機 構 、 調(diào) 焦 機 構 、 快 門 機 構 、 輸 片 系 統(tǒng) 屬 于 機 械 裝置 ， 而 鏡 頭 （ 其 中 的 光 圈 機 構 除 外 ） 、 取 景 器 基 本 上 屬 于 光 學 系統(tǒng) 。 二 、 照 相 機 的 基 本 性 能 要 求 若 要 獲 得 一 張 理 想 的 照 片 ， 攝 影 時 必 須 采 用 ： 正 確 的 曝 光 量 準 確 的 焦 距 調(diào) 整 相 應 的 光 圈 大 小 正 確 的 曝 光 量 使 得 照 片 的 影 像 層 次 豐 富 ； 準 確 的 焦 距 調(diào) 整 確 保 照 片 上 的 影 像 清 晰 ；

3、 光 圈 大 小 調(diào) 節(jié) 可 以 改 變 攝 影 的 景 深 范 圍 ， 滿 足 攝 影 技 巧 的要 求 。 后 景 深 前 景 深 H L 因 此 ， 照 相 機 應 該 具 備 的 控 制 功 能 為 ： 曝 光 量 控 制 （ 包 括 光 圈 控 制 和 快 門 控 制 ） 焦 距 控 制 光 圈 控 制 顯 然 ， 對 于 照 相 機 來 說 ， 光 圈 控 制 、 快 門 控 制 和 焦 距 控 制 是其 最 基 本 的 性 能 。 在 傳 統(tǒng) 的 光 學 機 械 式 照 相 機 上 ： 準 確 地 調(diào) 整 焦 距 和 選 擇 相 應 的 光 圈 大 小 （ 手 動 方 式 ） 曝

4、 光 量 的 確 定 憑 經(jīng) 驗 或 借 助 其 它 檢 測 手 段 三 、 自 動 曝 光 控 制 技 術 能 夠 對 曝 光 量 實 施 控 制 的 照 相 機 出 現(xiàn) 于 七 十 年 代 。 當 時 ， 日本 的 一 些 廠 家 開 始 生 產(chǎn) 有 自 動 曝 光 （ 控 制 ） 功 能 的 照 相 機 。 根 據(jù) 其 控 制 方 式 方 面 的 差 別 ， 可 分 為 ： 自 動 光 圈 （ 快 門 先 決 或 快 門 優(yōu) 先 ） 式 自 動 快 門 （ 光 圈 先 決 或 光 圈 優(yōu) 先 ） 式 程 序 式 1 自 動 光 圈 控 制 技 術 自 動 光 圈 式 照 相 機 在 使

5、用 時 ， 根 據(jù) 被 攝 物 的 狀 況 和 拍 攝 目 的 ，先 用 手 動 方 式 將 快 門 速 度 調(diào) 好 ， 然 后 通 過 測 光 量 和 膠 片 的 感 光 度自 動 控 制 光 圈 大 小 。 由 于 七 十 年 代 的 電 子 技 術 和 集 成 電 路 制 造 水 平 還 不 高 ， 早 期的 自 動 光 圈 控 制 是 用 表 頭 控 制 實 現(xiàn) 的 。 表 頭 控 制 方 式 的 測 光 元 件 采 用 硫 化 鎘 （ CdS） 光 敏 電 阻 ， 其 阻值 隨 照 射 光 強 度 增 加 而 減 小 。 由 于 外 界 光 線 強 度 不 同 ， 外 電 源 通過

6、光 敏 電 阻 所 產(chǎn) 生 的 電 流 與 光 線 強 度 成 正 比 。 此 電 流 流 過 一 個 靈敏 的 小 型 電 流 表 ， 表 針 的 偏 轉(zhuǎn) 角 度 與 電 流 大 小 成 正 比 ， 即 表 針 的偏 轉(zhuǎn) 角 度 與 光 線 強 度 成 正 比 。 光 線 ， R ， 電 流 ， 表 針 擺 動 角 度 光 線 ， R ， 電 流 ， 表 針 擺 動 角 度 攝 影 時 ， 硫 化 鎘 光 敏 電 阻 進 行 測 光 ， 電 流 表 的 指 針 R隨 光 線 強度 發(fā) 生 偏 轉(zhuǎn) 。 如 果 被 攝 物 較 暗 ， 指 針 偏 轉(zhuǎn) 角 度 就 小 （ 偏 A端 ） ， 梯 級

7、 定 位板 與 指 針 相 遇 時 的 位 移 量 較 小 。 當 被 攝 物 較 亮 時 ， 指 針 偏 轉(zhuǎn) 角 度 較 大 ， 梯 級 定 位 板 的 位 移 量也 較 大 。 2 自 動 快 門 控 制 技 術 自 動 快 門 式 照 相 機 在 攝 影 時 ， 首 先 手 動 設 定 光 圈 大 小 ， 然 后通 過 測 光 量 和 膠 片 的 感 光 度 自 動 控 制 快 門 速 度 。 這 種 自 動 曝 光 方式 的 特 點 是 能 夠 滿 足 攝 影 時 對 景 深 的 要 求 。 自 動 控 制 快 門 也 被 稱 為 電 子 快 門 。 電 子 快 門 一 般 是 由 機

8、 械 快門 機 構 和 電 子 延 時 器 組 成 。 快 門 運 動 的 動 力 是 機 械 彈 簧 的 拉 力 或扭 力 ， 快 門 的 最 高 速 度 仍 受 彈 簧 動 力 和 機 械 傳 動 的 限 制 ， 而 電 子延 時 器 只 是 在 低 于 快 門 最 高 速 度 的 范 圍 以 內(nèi) 控 制 曝 光 時 間 長 短 的作 用 。 3 程 序 式 自 動 曝 光 技 術 只 要 攝 影 者 確 定 了 攝 影 方 式 ， 通 過 程 序 式 自 動 曝 光 控 制 就 可自 動 優(yōu) 先 選 定 光 圈 大 小 或 快 門 速 度 ， 然 后 再 進 行 自 動 曝 光 控 制

9、。 通 常 程 序 式 自 動 曝 光 的 攝 影 方 式 有 ： （ 1） 人 像 方 式 采 用 大 光 圈 （ 小 景 深 ） ,自 動 快 門 控 制 ； （ 2） 風 景 方 式 采 用 小 光 圈 （ 大 景 深 ） ， 自 動 快 門 控 制 ； （ 3） 運 動 方 式 采 用 較 高 的 快 門 速 度 ， 保 證 得 到 動 作 停 頓的 清 晰 照 片 ， 自 動 光 圈 控 制 。 四 、 自 動 調(diào) 焦 控 制 技 術 1 光 電 式 自 動 調(diào) 焦 用 于 柯 尼 卡 C35AF照 相 機 的 自 動 調(diào) 焦 機 構 是 一 種 微 型 光 電 式自 動 調(diào) 焦 組

10、 件 ， 其 工 作 原 理 見 下 圖 。 這 種 自 動 調(diào) 焦 方 式 的 缺 點 主 要 是 ： （ 1） 不 能 對 線 條 結(jié) 構 重 復 而 又 有 一 定 規(guī) 律 的 景 物 （ 如 磚 墻 、鐵 絲 網(wǎng) 等 ） 進 行 自 動 調(diào) 焦 ； （ 2） 自 動 調(diào) 焦 必 須 在 光 線 充 足 的 條 件 下 進 行 ， 如 果 光 線 較暗 ， 調(diào) 焦 精 度 明 顯 下 降 。 2 超 聲 波 式 自 動 調(diào) 焦 這 種 自 動 調(diào) 焦 方 式 主 要 用 在 美 國 寶 麗 來 （ Polaroid） 公 司 生產(chǎn) 的 一 次 成 像 照 相 機 上 。 在 這 種 照

11、相 機 上 裝 有 聲 納 測 距 系 統(tǒng) ， 工 作 時 主 動 發(fā) 射 超 聲 波 ，再 根 據(jù) 回 波 的 延 時 來 測 定 被 攝 物 到 照 相 機 的 距 離 。 主 動 式 超 聲 波 自 動 調(diào) 焦 方 式 在 黑 暗 環(huán) 境 下 也 不 會 失 靈 ， 因 此這 種 照 相 機 可 以 在 夜 間 用 閃 光 燈 拍 攝 出 清 晰 的 照 片 。 這 種 自 動 調(diào) 焦 方 式 的 缺 點 是 ： 玻 璃 和 雨 水 等 會 反 射 超 聲 波 ，因 此 在 透 過 玻 璃 、 雨 水 攝 影 時 ， 調(diào) 焦 效 果 較 差 。 3 紅 外 線 （ 主 動 ） 自 動 調(diào)

12、 焦 近 年 來 ， 在 自 動 調(diào) 焦 的 照 相 機 中 ， 大 多 裝 備 了 紅 外 線 自 動 調(diào)焦 機 構 。 這 類 照 相 機 通 過 紅 外 發(fā) 射 管 發(fā) 出 紅 外 線 ， 然 后 由 光 電 元件 接 收 被 攝 物 反 射 回 來 的 光 束 ， 測 量 被 攝 物 到 照 相 機 的 距 離 。 較 多 的 紅 外 線 自 動 調(diào) 焦 照 相 機 采 用 電 荷 耦 合 器 件 CCD（ Charge Couple Device） 傳 感 器 作 為 光 電 元 件 ， 其 原 理 如 下 圖所 示 。 通 過 照 相 機 的 紅 外 發(fā) 光 二 極 管 發(fā) 出 紅

13、 外 光 ， 經(jīng) 鏡 片 聚 焦 后 射向 前 方 。 由 于 被 攝 物 到 照 相 機 的 距 離 不 同 ， 反 射 到 CCD上 的 紅 外線 照 射 位 置 不 同 。 根 據(jù) 反 射 回 來 的 紅 外 線 光 點 在 CCD上 的 位 置 ，確 定 被 攝 物 與 照 相 機 之 間 的 距 離 。 固 態(tài) 圖 像 傳 感 器 固 態(tài) 圖 像 傳 感 器 的 功 能 是 把 傳 感 器 受 光 面 的 光 像 分 解 成 許 多像 元 ， 并 將 它 們 轉(zhuǎn) 換 為 電 信 號 ， 然 后 順 序 地 輸 送 出 去 。 大 部 分 固 態(tài) 圖 像 傳 感 器 的 核 心 部 分

14、 是 CCD（ Charge Couple Device， 電 荷 耦 合 器 ） ， 其 原 理 如 下 圖 所 示 。 CCD作 為 讀 出 移 位 寄 存 器 ， 順 序 地 將 電 信 號 在 輸 出 端 串 行 輸 出 。 根 據(jù) 光 敏 二 極 管 的 排 列 方 式 ， CCD可 分 為 ： 線 陣 CCD 和 面 陣CCD。 線 陣 CCD 已 能 達 到 4096 像 素 ； 面 陣 CCD 已 能 達 到 2048 2048 像 素 。 由 于 光 敏 二 極 管 排 列 整 齊 、 尺 寸 和 位 置 精 確 ， 每 個 光 敏 二 極管 的 光 電 荷 量 不 僅 含

15、有 光 照 度 的 信 息 ， 而 且 還 含 有 位 置 信 息 。 固 態(tài) 圖 像 傳 感 器 具 有 小 型 、 輕 便 、 響 應 快 、 靈 敏 度 高 、 穩(wěn) 定性 好 和 壽 命 高 等 優(yōu) 點 ， 并 且 以 光 為 媒 介 進 行 非 接 觸 測 量 ， 可 以 達到 危 險 地 點 ， 因 而 得 到 廣 泛 應 用 。 其 主 要 用 途 為 ： （ 1） 物 位 、 尺 寸 、 形 狀 、 表 面 質(zhì) 量 、 表 面 溫 度 等 ； （ 2） 作 為 光 學 信 息 處 理 的 輸 入 環(huán) 節(jié) ， 例 如 電 視 攝 像 、 傳 真 、 掃描 儀 、 數(shù) 字 化 的 復

16、 印 機 等 。 五 、 傻 瓜 照 相 機 對 于 生 活 照 片 ， 一 般 人 只 要 求 畫 面 清 晰 ， 曝 光 正 確 。 此 外 ，大 多 數(shù) 業(yè) 余 攝 影 者 要 求 照 相 機 的 結(jié) 構 越 簡 單 越 好 ， 操 作 越 簡 便 越好 ， 價 錢 越 低 越 好 。 因 此 ， 隨 著 自 動 曝 光 技 術 、 自 動 調(diào) 焦 技 術 的 出 現(xiàn) 和 發(fā) 展 ， 照相 機 生 產(chǎn) 廠 家 根 據(jù) 市 場 的 需 要 ， 生 產(chǎn) 出 一 種 使 用 簡 便 、 價 格 低 廉 、室 內(nèi) 外 拍 攝 均 可 的 照 相 機 ， 俗 稱 傻 瓜 照 相 機 。 這 類 照

17、 相 機 有 一 些 共 同 的 特 點 ： （ 1） 小 型 化 （ 2） 操 作 簡 便 （ 3） 內(nèi) 藏 閃 光 燈 （ 4） 適 于 抓 拍 和 快 拍 （ 5） 價 格 低 廉 （ 6） 可 靠 性 高 ， 故 障 率 低 后 景 深 前 景 深 H L 超 焦 距 調(diào) 焦 方 式 傻 瓜 照 相 機 雖 然 幾 乎 不 用 攝 影 者 進 行 調(diào) 節(jié) 和 控 制 就 可 完 成 拍攝 ， 但 傻 瓜 照 相 機 不 屬 于 真 正 意 義 上 的 自 動 照 相 機 ， 它 們 一 般 只采 用 了 自 動 光 圈 控 制 技 術 。 六 、 數(shù) 碼 照 相 機 數(shù) 碼 照 相 機

18、 也 被 稱 為 數(shù) 字 式 照 相 機 。 數(shù) 碼 照 相 機 在 測 光 方 式 、曝 光 方 式 和 對 焦 方 式 的 控 制 技 術 方 面 與 普 通 照 相 機 基 本 相 同 ， 但在 影 像 的 記 錄 方 式 上 截 然 不 同 。 數(shù) 碼 照 相 機 采 用 CCD器 件 代 替 膠 卷 ， 把 影 像 的 光 信 號 轉(zhuǎn) 變 為模 擬 電 信 號 ， 經(jīng) 過 A/D轉(zhuǎn) 換 后 ， 存 入 存 儲 器 （ 主 要 為 半 導 體 存 儲器 ） 。 數(shù) 碼 照 相 機 一 般 都 帶 有 液 晶 顯 示 ， 在 攝 像 時 可 作 為 取 景 器 ，在 攝 像 后 及 時

19、觀 看 攝 取 的 影 像 ， 有 選 擇 地 存 儲 影 像 。 數(shù) 碼 照 相 機 上 有 與 計 算 機 的 接 口（ USB接 口 ） ， 可 把 存 儲 的 影 像 信 息 輸入 到 計 算 機 ， 進 行 影 像 顯 示 、 編 輯 、 修改 、 存 儲 和 打 印 輸 出 ， 還 可 以 通 過 網(wǎng) 絡傳 輸 照 片 。 有 些 數(shù) 碼 照 相 機 還 有 視 頻 輸 出 插 口 ，可 接 到 電 視 機 顯 示 影 像 。 七 、 小 結(jié) 1 外 部 因 素 往 往 是 機 電 一 體 化 技 術 發(fā) 展 的 原 因 和 動 力 。 2 了 解 產(chǎn) 品 的 應 用 背 景 和

20、技 術 要 求 是 機 電 一 體 化 產(chǎn) 品 開 發(fā)的 基 礎 。 3 當 產(chǎn) 品 或 系 統(tǒng) 內(nèi) 的 信 息 以 數(shù) 字 量 形 式 存 在 時 ， 機 電 一 體化 技 術 可 以 充 分 發(fā) 揮 其 作 用 。 4 產(chǎn) 品 的 使 用 方 法 應 盡 量 簡 單 ， 盡 可 能 使 之 傻 瓜 化 。 5 產(chǎn) 品 和 系 統(tǒng) 的 自 動 化 程 度 應 適 度 。 電 子 照 相 機 電 子 手 表 電 子 化 洗 衣 機 電 子 秤 手 表 是 一 種 計 時 儀 器 ，分 為 機 械 手 表 和 電 子 手 表 兩 大 類 。 一 、 機 械 手 表 的 結(jié) 構 機 械 手 表 是

21、 以 發(fā) 條 為 動 力 ，通 過 一 系 列 的 機 構 帶 動 指 針 實 現(xiàn)計 時 的 ， 右 圖 為 其 機 構 示 意 圖 。 普 通 機 械 手 表 的 基 本 結(jié) 構 可以 分 成 六 個 系 統(tǒng) ： 2 原 動 系 統(tǒng) 原 動 系 統(tǒng) 由 發(fā) 條 等 零 件 組 成 ， 是 手 表 工 作 的 動 力 源 ， 對 于 手表 走 時 是 否 準 確 有 直 接 的 關 系 。 3 傳 動 系 統(tǒng) 傳 動 系 統(tǒng) 是 將 原 動 系 統(tǒng) 的 動 力 傳 遞 到 擒 縱 系 統(tǒng) 的 中 間 環(huán)節(jié) 。 1 上 條 撥 針 系 統(tǒng) 該 系 統(tǒng) 要 實 現(xiàn) 兩 個 功 能 ： （ 1） 上

22、 緊 發(fā) 條 ， 為 手 表 走 時 提 供 動 力 ； （ 2） 撥 動 時 針 和 分 針 ， 調(diào) 整 時 間 。 4 擒 縱 系 統(tǒng) 通 過 擒 縱 齒 輪 與 叉 瓦 之 間 的運 動 ， 使 手 表 傳 動 件 的 運 動 由 圓周 運 動 （ 擒 縱 輪 ） 轉(zhuǎn) 變 為 往 復 運動 （ 擒 縱 叉 ） ， 給 調(diào) 速 系 統(tǒng) 的 擺輪 游 絲 補 充 能 量 。 5 調(diào) 速 系 統(tǒng) 調(diào) 速 系 統(tǒng) 的 主 要 機 件 是 擺 輪 和 游 絲 ， 用 來 控 制 傳 動 系 統(tǒng) 的 轉(zhuǎn)動 速 度 ， 使 傳 動 系 統(tǒng) 按 照 計 時 要 求 的 轉(zhuǎn) 速 轉(zhuǎn) 動 。 6 指 針 系

23、 統(tǒng) 其 作 用 是 通 過 秒 針 、 分 針 和 時 針 轉(zhuǎn) 動 ， 顯 示 時 間 。 二 、 機 械 手 表 的 缺 點 從 機 械 結(jié) 構 來 說 ， 機 械 手 表 已 達 到 較 完 善 的 程 度 ， 但 在 使 用中 還 存 在 一 些 不 足 之 處 ： 1 對 于 普 通 機 械 手 表 ， 需 要 人 工 每 24小 時 左 右 上 一 次 發(fā) 條 。 2 等 時 性 較 差 ， 即 當 上 足 發(fā) 條 時 走 時 偏 快 ， 發(fā) 條 不 足 時 走時 偏 慢 。 3 結(jié) 構 比 較 復 雜 ， 零 部 件 較 多 ， 普 通 的 機 械 手 表 由 140150個 零

24、 件 組 成 。 4 走 時 精 度 較 差 。 按 照 我 國 國 家 標 準 （ GB 4033） 規(guī) 定 ，機 械 一 級 手 表 的 每 日 走 時 誤 差 允 許 在 55秒 之 內(nèi) ， 這 是 目 前 機 械 手表 標 準 的 最 高 精 度 。 機 械 手 表 走 時 精 度 不 高 主 要 是 由 其 調(diào) 速 系 統(tǒng) 采 用 擺 輪 游 絲 機構 所 決 定 的 。 鐘 表 的 走 時 誤 差 可 用 下 式 來 確 定 t ff 86400式 中 t 日 差 ， 秒 /日 ； f 調(diào) 速 系 統(tǒng) （ 振 蕩 器 ） 的 頻 率 偏 差 ， Hz； f 調(diào) 速 系 統(tǒng) （ 振

25、蕩 器 ） 的 固 有 （ 振 蕩 ） 頻 率 ， Hz。 由 上 式 可 知 ， 日 差 與 調(diào) 速 系 統(tǒng) 的 振 蕩 頻 率 誤 差 成 正 比 ， 與 調(diào)速 系 統(tǒng) 的 振 蕩 頻 率 成 反 比 。 振 蕩 頻 率 誤 差 越 小 ， 振 蕩 頻 率 越 高 ，則 日 差 越 小 。 但 是 ， 在 技 術 上 減 小 振 蕩 頻 率 誤 差 比 較 困 難 。 因 此 ， 為 了 提高 機 械 手 表 的 走 時 精 度 必 須 提 高 擺 輪 游 絲 的 振 蕩 頻 率 。 解 決 問 題 的 主 要 思 路 ： 提 高 計 時 裝 置 的 振 蕩 頻 率 來 減 小 計 時誤

26、差 。 三 、 晶 體 管 擺 輪 游 絲 式 電 子 手 表 （ 結(jié) 構 改 進 型 ） 這 種 手 表 的 調(diào) 速 系 統(tǒng) 仍 采 用 擺 輪 游 絲 系 統(tǒng) ， 只 是 在 擺 輪 上 裝有 永 久 性 磁 鋼 。 在 靠 近 磁 鋼 處 有 一 線 圈 ， 用 晶 體 管 作 為 線 圈 電 流的 換 向 開 關 。 線 圈 形 成 的 變 化 的 磁 場 不 斷 變 換 對 磁 鋼 的 作 用 力 ，使 擺 輪 保 持 持 續(xù) 不 斷 的 往 復 運 動 ， 以 保 障 手 表 能 夠 準 確 地 計 時 。 這 種 電 子 手 表 的 優(yōu) 點 是 用電 池 作 為 能 源 ， 可

27、以 ： 免 去 上 發(fā) 條 走 時 的 等 時 性 好 走 時 誤 差 約 為 15秒 /日 由 于 這 種 電 子 手 表 仍 采 用擺 輪 游 絲 系 統(tǒng) ， 其 最 高 振 蕩 頻率 只 能 達 到 10Hz， 因 而 走 時 精度 難 以 進 一 步 提 高 。 四 、 音 叉 式 電 子 手 表 （ 原 理 改 進 型 ） 這 種 電 子 手 表 是 根 據(jù) 物 理 學 上 的音 叉 諧 振 原 理 ， 在 音 叉 的 兩 個 叉 頭 繞上 線 圈 ， 當 輸 入 換 向 電 流 時 ， 兩 個 線圈 產(chǎn) 生 吸 引 力 或 排 斥 力 ， 以 此 不 斷 地輸 入 能 量 ， 使

28、音 叉 持 續(xù) 不 停 地 振 動 。 這 種 電 子 手 表 省 去 了 擺 輪 游 絲 機構 ， 簡 化 了 機 械 結(jié) 構 ， 并 且 把 振 蕩 頻率 提 高 到 400 Hz， 走 時 誤 差 為 5秒 /日 。 這 種 電 子 手 表 存 在 的 主 要 問 題 是 ： 制 造 困 難 （ 棘 輪 直 徑 為 3 mm， 有 200個 齒 ） 機 械 磨 損 （ 棘 輪 采 用 鈹 青 銅 ） 抗 震 性 能 差 （ 棘 輪 的 齒 高 為 0.10 mm） 五 、 指 針 式 石 英 電 子 手 表 （ 原 理 改 進 型 ） 這 種 電 子 手 表 利 用 石 英 晶 體 在

29、兩 端 受 到 電 壓 作 用 產(chǎn) 生 的 壓電 效 應 ， 使 石 英 晶 體 成 為 振 蕩 源 （ 振 蕩 頻 率 215Hz） ， 經(jīng) 分 頻 電路 的 16次 分 頻 ， 獲 得 一 個 0.5Hz頻 率 的 信 號 ， 再 經(jīng) 過 放 大 、 整 形后 ， 去 驅(qū) 動 步 進 電 機 ， 帶 動 傳 動 齒 輪 和 指 針 齒 輪 來 計 時 。 由 于 石 英 諧振 器 頻 率 很 高 ，可 達 到 32768 Hz，因 而 走 時 精 度 可大 大 提 高 ， 走 時誤 差 為 0.5秒 /日 。 與 機 械 式 手 表 相 比 ， 這 種 手 表 多 了 一 種 功 能 ：

30、停 秒 功 能 。 六 、 數(shù) 字 式 石 英 電 子 手 表 （ 原 理 改 進 型 ） 這 是 一 種 全 電 子 化 的 手 表 ， 表 中 沒 有 運 動 的 機 械 構 件 。 這 種 手 表 的 石 英振 蕩 器 的 振 蕩 頻 率 也是 32768 Hz。 這 一 振蕩 頻 率 經(jīng) 集 成 電 路 中的 分 頻 電 路 15次 分 頻后 ， 輸 出 1 Hz的 標 準電 信 號 ， 送 入 計 數(shù) 器進 行 “ 時 、 分 、 秒 ”和 “ 月 、 日 、 星 期 ”的 計 數(shù) ， 并 存 入 寄 存器 中 。 注 意 ： 數(shù) 字 式 石 英 電 子 表 走 時 精 度 與 指

31、針 式 石 英 電 子 表 處 于 同 一等 級 （ 走 時 誤 差 0.5秒 /日 ） 。 由 于 數(shù) 字 式 石 英 電 子 表 的 關 鍵 元 器 件 是 集 成 電 路 ， 隨 著 電 子技 術 的 飛 速 發(fā) 展 ， 集 成 電 路 的 功 能 不 斷 增 強 ， 為 開 發(fā) 數(shù) 字 式 石 英電 子 表 的 功 能 提 供 了 便 利 條 件 。 因 此 ， 具 有 各 種 新 功 能 的 數(shù) 字 式 石 英 電 子 表 層 出 不 窮 ， 已 遠遠 超 過 手 表 的 功 能 范 疇 。 目 前 已 出 現(xiàn) 的 新 產(chǎn) 品 有 ： 雙 顯 示 手 表 、 計 算 器 手 表 、

32、報 時 器手 表 、 收 音 機 手 表 、 電 視 機 手 表 、 傳 呼 機 手 表 、 血 壓 計 手 表 、 脈搏 計 手 表 、 溫 度 計 手 表 、 字 典 手 表 等 。 七 、 高 精 度 電 子 手 表 電 子 手 表 發(fā) 展 非 常 迅 速 ， 新 型 電 子 手 表 不 斷 涌 現(xiàn) 。 這 里 僅 介紹 一 種 超 高 頻 石 英 手 表 和 一 種 電 波 鐘 。 1. 超 高 頻 石 英 手 表 這 種 石 英 手 表 的 原 理 與 指 針 式 石 英 手 表 基 本 相 同 ， 差 別 僅 在于 前 者 的 石 英 諧 振 器 具 有 更 高 的 振 蕩 頻 率

33、 和 更 多 級 次 的 分 頻 電 路 ，從 而 進 一 步 提 高 手 表 的 走 時 精 度 。 這 種 手 表 采 用 4000kHz的 超 高 頻 振 蕩 源 ， 走 時 精 度 為 5秒 /年 。 2. 電 波 鐘 電 波 鐘 是 通 訊 裝 置 與 石 英 鐘 表 結(jié) 合 的 產(chǎn) 物 。 電 波 鐘 利 用 石 英 鐘 表 實 現(xiàn) 計 時 的 基 本 功 能 ， 使 用 無 線 電 接 收裝 置 接 收 標 準 報 時 臺 發(fā) 出 的 標 準 時 間 信 號 ， 用 來 校 準 石 英 鐘 表 。 一 般 電 波 鐘 在 一 天 內(nèi) 多 次 校 準 時 間 ， 因 而 電 波 鐘

34、 的 計 時 精 度與 標 準 報 時 臺 的 原 子 鐘 的 計 時 精 度 相 同 。 目 前 ， 原 子 鐘 的 計 時 精 度 為 30萬 年 誤 差 1秒 。 時 間 手 表 產(chǎn) 量 電 子 表 產(chǎn) 量 電 子 表 所 占 比 例 指 針 表 數(shù) 字 表 1974年 2億 200萬 1 1983年 5億 3.45億 69% 1987年 5.8億 2.37億 2.30億 78.1% 1990年 7.5億 4.05億 2.42億 85.9%世 界 電 子 手 表 生 產(chǎn) 情 況 統(tǒng) 計 世 界 手 表 市 場 上 ， 最 昂 貴 的 手 表 是 機 械 手 表 （ 最 多 達 120鉆

35、） 。 世 界 電 子 手 表 市 場 上 ， 高 檔 手 表 全 部 是 指 針 式 石 英 電 子 表 。 八 、 小 結(jié)1 要 從 某 些 關 鍵 性 的 因 素 入 手 提 高 產(chǎn) 品 或 系 統(tǒng) 的 功 能 和 質(zhì) 量 。2 產(chǎn) 品 的 功 能 要 與 其 性 能 匹 配 。3. 在 線 校 準 技 術 對 提 高 計 量 和 測 試 精 度 是 一 種 行 之 有 效 的 方 法 。4 產(chǎn) 品 的 開 發(fā) 應 充 分 考 慮 使 用 者 的 習 慣 和 愛 好 。 電 子 照 相 機 電 子 手 表 電 子 化 洗 衣 機 電 子 秤 本 節(jié) 僅 以 桶 式 洗 衣 機 為 例 ，

36、 介 紹 機 電 一 體 化 技 術 在 洗 衣 機 方面 的 應 用 。 一 、 機 電 式 洗 衣 機 1 普 通 單 缸 式 和 雙缸 式 洗 衣 機 普 通 的 單 缸 和 雙 缸 洗衣 機 的 功 能 較 少 ， 一 般 都是 采 用 機 械 式 定 時 器 來 控制 洗 衣 機 波 輪 的 轉(zhuǎn) 動 和 換向 ， 以 及 甩 干 桶 的 轉(zhuǎn) 動 。 這 類 洗 衣 機 不 屬 于機 電 一 體 化 產(chǎn) 品 ！ 2 機 械 控 制 式 全 自 動 洗 衣 機 早 期 的 全 自 動 洗 衣 機 大 都 采 用 機 械 式 的 控 制 器 來 實 現(xiàn)多 種 洗 滌 方 式 的 程 序 （

37、 順 序 ） 控 制 。 這 類 洗 衣 機 通 過 人 工設 定 控 制 器 的 洗 滌 方 式 ， 能 夠 自 動 地 完 成 指 定 的 洗 滌 全 過程 。 但 這 類 洗 衣 機 也 不 屬 于 機 電 一 體 化 產(chǎn) 品 ！ 機 電 一 體 化 洗 衣 機 二 、 機 電 一 體 化 洗 衣 機 1 采 用 微 機 控 制 的 全 自 動 洗 衣 機 采 用 微 機 （ 單 片 機 ） 控 制 的 全 自 動洗 衣 機 的 功 能 比 機 械 控 制 式 全 自 動 洗 衣機 更 多 ， 同 時 控 制 方 面 更 為 靈 活 。 以 國 產(chǎn) 小 天 鵝 洗 衣 機 （ XQB33

38、82型 ） 為 例 ， 除 了 設 有 “ 牛 仔 、 羊 毛 、標 準 、 輕 柔 、 快 速 ” 五 種 設 定 的 洗 滌方 式 程 序 以 外 ， 還 備 有 千 余 種 自 編 程序 供 使 用 者 選 擇 。 這 種 洗 衣 機 具 有 四種 水 流 方 式 和 兩 種 波 輪 （ 電 機 ） 轉(zhuǎn) 速 ，可 以 顯 示 洗 滌 剩 余 時 間 、 自 動 報 警 、自 動 偏 置 調(diào) 整 。 這 種 洗 衣 機 的 最 大 優(yōu) 點 是 給 予 使 用 者 足 夠 的 自 由 操 作 的 空 間 ，使 用 者 可 以 根 據(jù) 自 己 的 習 慣 和 要 求 來 自 編 洗 衣 程 序

39、 。 但 是 ， 如 果 使 用 者 對 自 編 洗 衣 程 序 的 方 法 不 熟 悉 ， 那 么 這 種自 編 洗 衣 程 序 的 功 能 則 形 同 虛 設 。問 題 ： 能 否 研 制 一 種 類 似 于 傻 瓜 照 相 機 式 的 洗 衣 機 ？ 2 模 糊 控 制 洗 衣 機 這 類 洗 衣 機 采 用 單 片 機 實 現(xiàn) 模 糊 控 制 。 理 論 上 ,模 糊 控 制 洗 衣機 上 只 需 設 一 個 控 制 鍵 。 使 用 者 只 需 按 下 這 個 控 制 鍵 ， 洗 衣 機 就可 自 動 完 成 洗 滌 過 程 。 （ 1） 模 糊 控 制 洗 衣 機 的 基 本 控 制

40、 原 理 模 糊 控 制 洗 衣 機 的 基 本 控 制 原理 為 ： 1） 根 據(jù) 傳 感 器 檢 測 到 的 布 質(zhì) 、布 量 和 衣 物 的 臟 污 程 度 ， 通 過 模 糊推 理 確 定 洗 滌 劑 的 投 放 量 、 水 位 、水 流 、 脫 水 時 間 。 2） 根 據(jù) 洗 滌 過 程 中 桶 內(nèi) 水 的 混 濁 度 的 變 化 ， 實 時 模 糊 控 制洗 滌 時 間 。 3） 根 據(jù) 漂 洗 后 桶 內(nèi) 水 的 混 濁 度 確 定 是 否 結(jié) 束 漂 洗 。 （ 2） 檢 測 傳 感 器 1） 混 濁 度 傳 感 器 混 濁 度 傳 感 器 一 般 采 用 紅 外 光 電 傳

41、 感 器 。 混 濁 度 傳 感 器 浸 泡在 洗 衣 桶 的 溶 液 內(nèi) ， 主 要 由 一 個 紅 外 發(fā) 射 管 和 一 個 紅 外 接 收 管 組成 。 紅 外 發(fā) 射 管 發(fā) 出 一 定 強 度 的 紅 外 光 ， 紅 外 接 收 管 在 溶 液 的 另一 側(cè) 接 收 紅 外 光 。 根 據(jù) 紅 外 接 收 管 接 收 到 的 紅 外 光 的 強 度 ， 就 可以 確 定 溶 液 的 混 濁 程 度 。 可 以 通 過 溶 液 的 混 濁 度 確 定 漂 洗 過 程 是 否 應 該 結(jié) 束 ， 通 過 溶液 混 濁 度 的 變 化 率 判 斷 洗 衣 過 程 是 否 應 該 結(jié) 束

42、。 2） 布 質(zhì) 布 量 傳 感 器 布 質(zhì) 布 量 的 檢 測 一 般 在 洗 滌 之 前 進 行 。 在 一 定水 位 的 前 提 下 ， 布 質(zhì) 布 量 不 同 ， 產(chǎn) 生 的 布 阻 抗 不 同 。 測 量 布 質(zhì) 布 量 時 ， 先 向 洗 衣 桶 內(nèi) 加 入 一 定 量的 水 ， 起 動 電 機 帶 動 波 輪 轉(zhuǎn) 動 ， 然 后 突 然 切 斷 電源 。 電 機 靠 慣 性 繼 續(xù) 旋 轉(zhuǎn) ， 但 此 時 電 機 處 于 發(fā) 電狀 態(tài) ， 會 產(chǎn) 生 一 定 的 感 應 電 勢 。 由 于 不 同 的 布 質(zhì) 布 量 會 形 成 不 同 的 布 阻 抗 ，而 不 同 的 布 阻

43、抗 對 電 機 產(chǎn) 生 不 同 的 制 動 效 果 。 經(jīng) 過 大 量 試 驗 ， 歸 納 出 模 糊 推 理 規(guī) 則 ， 就 能根 據(jù) 感 應 電 勢 的 大 小 和 持 續(xù) 時 間 長 短 ， 推 斷 出 布質(zhì) 布 量 。 為 了 減 少 推 斷 誤 差 ， 需 反 復 檢 測 幾 次 ， 再 進 行數(shù) 學 處 理 。 3） 水 位 傳 感 器 水 位 測 量 采 用 LC水 位 傳 感 器 。 傳 感 器 內(nèi)的 電 感 電 容 與 外 電 路 構 成 LC振 蕩 器 ， 水 位 的高 低 影 響 電 感 值 的 大 小 ， 因 而 影 響 傳 感 器 的振 蕩 頻 率 。 由 其 振 蕩

44、 頻 率 就 可 測 得 水 位 。 （ 3） 模 糊 控 制 洗 衣 機 的 工 作 過 程 模 糊 控 制 洗 衣 機 的 工 作 過 程 如 右 圖 所 示 。注 意 ： 目 前 模 糊 控 制 洗 衣 機 并 非 一 鍵 控 制 ，并 且 洗 滌 劑 由 人 工 放 入 。 三 、 小 結(jié) 1. 機 電 式 的 控 制 裝 置 也 能 夠 實 現(xiàn) 順 序 控 制 度 功 能 ， 但這 類 控 制 裝 置 已 很 少 應 用 。 2. 機 電 一 體 化 產(chǎn) 品 的 設 計 和 開 發(fā) 過 程 中 要 貫 徹 “ 把 方便 送 給 用 戶 ， 將 麻 煩 留 給 自 己 ” 的 原 則

45、。 電 子 照 相 機 電 子 手 表 電 子 化 洗 衣 機 電 子 秤 電 子 秤 是 一 種 裝 備 了 電 子 元 件 的 稱 重 設 備 。 電 子 秤 具 有 稱量 速 度 快 、 讀 數(shù) 方 便 、 適 于 在 較 惡 劣 的 環(huán) 境 下 工 作 等 優(yōu) 點 ， 并且 便 于 與 計 算 機 技 術 結(jié) 合 而 實 現(xiàn) 稱 重 技 術 的 自 動 化 。 因 此 ， 電子 秤 在 工 礦 企 業(yè) 、 能 源 交 通 、 商 業(yè) 貿(mào) 易 和 科 學 技 術 等 部 門 得 到廣 泛 應 用 。 電 子 秤 的 種 類 繁 多 ， 這 里 只 介 紹 一 些 應 用 較 為 廣 泛電

46、 子 秤 。 一 、 電 子 秤 的 稱 重 精 度 概 念 1 稱 重 精 度 電 子 秤 的 稱 重 精 度 一 般 用 一 個 比 例 系 數(shù) 來 表 示 ： Full Scale 2 四 角 誤 差 對 于 案 秤 和 臺 秤 都 存 在 由 于 被 稱 重 物 在 秤 臺 上 放 置 的 位 置 差別 造 成 的 稱 重 誤 差 。 ） （ 滿 量 程 稱 重 量最 大 稱 重 誤 差稱 重 精 度 .100 SF 二 、 案 秤 案 秤 是 一 種 小 型 的 秤 ， 其 最 大 稱 重 量 不 超 過 25公 斤 ， 多 用 于 商業(yè) 貿(mào) 易 。 根 據(jù) 案 秤 的 工 作 原

47、理 可 分 為 機 械 式 案 秤 和 電 子 計 價 秤 兩 大類 。 1 機 械 式 案 秤 機 械 式 案 秤 可 分 為 杠 桿 式 和 彈 簧 式 兩 種 ， 下 面 介 紹 一 種 典 型 的杠 桿 式 案 秤 單 標 尺 游 鉈 增 鉈 并 用 案 秤 ， 其 工 作 原 理 如 圖 所 示 。 羅 伯 威 爾 機 構 2 電 子 計 價 秤 電 子 計 價 秤 的 量 程 一 般 在 3 15公 斤 ， 并 帶 有 計 價 功 能 。 在 電 子 計 價 秤 上 采 用 了 以 鋁 合 金 為 彈 性 體 材 料 的 雙 復 梁 式 結(jié)構 的 稱 重 傳 感 器 。 這 種 型

48、 式 的 稱 重 傳 感 器 精 度 高 （ 非 線 性 誤 差0.02%FS， 重 復 性 誤 差 0.01%FS） ， 并 可 通 過 挫 磨 修 正 四 角 誤 差 ，因 而 可 以 簡 化 電 子 計 價 秤 的 結(jié) 構 。 與 機 械 式 案 秤 相 比 ， 電 子 計 價 秤 具 有 以 下 優(yōu) 點 ： （ 1） 稱 量 速 度 快 ； （ 2） 稱 重 精 度 高 ； （ 3） 讀 數(shù) 準 確 ； （ 4） 能 自 動 計 算 金 額 ； （ 5） 有 許 多 附 加 功 能 （ 如 累 計 、 刨 皮 等 ） 。 三 、 臺 秤 臺 秤 是 一 種 使 用 較 廣 泛 的 衡

49、器 ， 其 承 載 器呈 平 臺 狀 。 1 機 械 式 臺 秤 傳 統(tǒng) 的 臺 秤 是 機 械 式 臺 秤 ， 其 結(jié) 構 為 空間 杠 桿 機 構 ， 其 工 作 原 理 可 簡 化 為 如 下 圖 所示 。 2 機 電 結(jié) 合 式 汽 車 衡 機 械 式 臺 秤 稱 重 速 度 慢 ， 讀 數(shù) 不準 確 ， 因 此 有 些 廠 家 將 其 進 行 改 造 ，成 為 機 電 結(jié) 合 的 汽 車 衡 。 3 電 子 汽 車 衡 電 子 汽 車 衡 是 一 種 典 型 的 電 子 化 臺 秤 ， 其 機 械 結(jié) 構 和 電 子 電路 具 有 代 表 性 。 最 簡 單 的 電 子 汽 車 衡

50、的 結(jié) 構 原 理 如 下 圖 所 示 。 目 前 ， 電 子 汽 車 衡大 多 采 用 無 基 坑 型 式 。在 稱 重 量 較 大 或 秤 臺 較長 的 情 況 下 ， 秤 臺 高 度較 高 。 為 了 降 低 秤 臺 高 度 ， 電 子 汽 車 衡 生 產(chǎn) 廠 家 采 取 了 一 些 措 施 。有 的 電 子 汽 車 衡 采 用 了 以 下 結(jié) 構 。由 于 電 子 汽 車 衡 的 結(jié) 構 屬 于 梁 式 結(jié) 構4 m ax PlM WM有 些 電 子 汽 車 衡 采 取 了 增 加 支 點 的 方 案 為 了 避 免 直 接 增 加 支 點 造 成 的 秤 臺 上 翹 ， 可 以 采

51、用 柔 性 鉸 結(jié) 構 。有 些 電 子 汽 車 衡 采 用 分 段 梁 結(jié) 構 為 了 減 少 傳 感 器 的 數(shù) 量 ， 有 的 汽 車 衡 采 用 了 以 下 結(jié) 構 四 、 電 子 皮 帶 秤 電 子 皮 帶 秤 用 來 稱 量 皮 帶 機 上 輸 送 物 料 的 重 量 。 1 稱 重 原 理 設 皮 帶 上 輸 送 的 物料 是 均 勻 分 布 的 ， 皮 帶運 行 的 速 度 是 恒 定 的 ，在 某 一 時 間 間 隔 t 內(nèi) ， W= q v t 式 中 q 皮 帶 上 單 位 長 度 的 物 料 重 量 ， kg/m; v 皮 帶 的 運 行 速 度 ， m/s。皮 帶 輸

52、 送 的 物 料 的 重 量 W 為 在 生 產(chǎn) 實 際 中 ， 皮 帶 上 輸 送 的 物 料 不 是 均 勻 分 布 的 ， 而 且 皮帶 的 運 行 速 度 也 有 一 定 變 化 ， 即)(tqq 和 )(tvv 因 此 皮 帶 輸 送 物 料 的 重 量 W應 該 考 慮 這 一 動 態(tài) 變 化 情 況 。 當 時 間 間 隔 為 dt 時 ， 由 于 dt 時 間 間 隔 非 常 短 ， 在 dt 時 間 內(nèi)皮 帶 輸 送 的 物 料 重 量 為 dttvtqdW )()(在 時 間 間 隔 t 內(nèi) ， 皮 帶 輸 送 物 料的 重 量 為 t dttvtqW 0 )()( 由 上

53、 式 可 看 出 ， 要 稱 出 皮 帶 上 輸 送 物 料 的 重 量 需 要 準 確 測 量皮 帶 上 單 位 長 度 的 物 料 重 量 和 皮 帶 的 運 行 速 度 。在 實 際 稱 重 時 ， 一 般 用 求 和 來 代 替 積 分 計 算 ttvtqW )()( （ 1） q(t)的 測 量 方 法 在 皮 帶 機 上 卸 去 幾 個 相 鄰 的 托 輥 （ 1 6個 托 輥 ） ， 裝 上 一 個稱 重 的 皮 帶 秤 架 ， 秤 架 上 安 裝 與 卸 去 托 輥 數(shù) 量 相 同 的 托 輥 。 用 稱重 傳 感 器 可 測 出 秤 架 段 皮 帶 上 的 物 料 重 量 Q

54、(t)。 再 考 慮 秤 架 段 皮帶 的 長 度 L， 就 可 得 到 皮 帶 上 單 位 長 度 物 料 的 平 均 重 量 ： LtQtqtq )()()( （ 2） v(t)的 測 量 一 般 在 皮 帶 機 的 返 程 皮 帶 處 安 裝 一 個 測 速 輥 ， 返 程 皮 帶 通 過摩 擦 力 帶 動 測 速 輥 轉(zhuǎn) 動 。 測 速 輥 帶 動 一 個 測 速 發(fā) 電 機 或 光 電 編 碼器 發(fā) 出 與 皮 帶 速 度 相 應 的 電 壓 信 號 或 脈 沖 信 號 。 LtQtqtq )()()( 電 子 皮 帶 秤 稱 重 模 型 中 用 平 均 單 位 長 度 物 料 重

55、量 代 替 瞬 時 單位 長 度 物 料 重 量是 否 合 理 ， 是 電 子 皮 帶 秤 稱 重 是 否 精 確 的 關 鍵 。 ni i ttvtqLttvtqW 1 )()(1)()( 3 秤 架 的 結(jié) 構 秤 架 的 結(jié) 構 形 式 主 要 有 ： （ 1） 單 杠 桿 式 （ 2） 雙 杠 桿 式 （ 3） 全 懸 浮 式 五 、 小 結(jié) 1. 當 機 電 一 體 化 產(chǎn) 品 采 用 單 片 機 進 行 信 息 處 理 后 ， 其 功 能 的開 發(fā) 具 有 很 大 潛 力 ； 2. 在 解 決 一 些 工 程 問 題 時 ， 經(jīng) 常 從 物 理 模 型 和 數(shù) 學 模 型 入 手 ，結(jié) 合 工 程 上 的 特 點 進 行 適 當 的 數(shù) 學 處 理 ， 并 選 擇 實 用 的 檢 測 手 段 。