1. 什么是“机电一体化”？以打夯机为例，内含机械与电器，问这是不是机电
一体化产品？
答：机电一体化又称机械电子工程，是机械工程与自动化的一种，英语称为 Mechatronics，它是由英文机械学 Mechanics 的前半部分与电子学 Electronics 的后半部分组合而成。
打夯机不属于机电一体化产品。因为打夯机只是普通的机械加电器，它属 于硬连接或者称为机械连接只能应用在就地或者小范围场合使用，不能满足大 面积和远程控制。而机电一体化就不一样了，它不光有硬连接、机械连接还有 软连接。机电一体化属于同时运用机械、电子、仪表、计算机和自动控制等多 种技术为一体的一种复合技术。它不光可以就地操作，小范围应用，还可以大 面积使用操作，远程监测、控制。 2.机电一体化的技术构成是什么？
答：机械技术、微电子技术、信息技术
3.产品实现机电一体化后，可以取得那些成效？
答：产品实现机电一体化后可以取得的成效：产品性能提高、功能增强、结构 简化、可靠性提高、节约能源、改善操作、提高灵活性等。 4.数字量传感具有哪三种类型？他们有什么区别？
数字传感器按结构可分成三种类型：
1.直接式数字量传感器——其分辨率决定于数字量传感器的位数。
被测物理量→数字编码器→信息提取装置→数字量输出
2.周期计数式数字传感器
它的结构示意图如下图 1 所示。此种结构的位移分辨率对低精度的周期计数式 数字传感器而言，仅由周期信号发生器的性质决定。例如，光栅当长 1mm 有 100 条刻线时，其分辨率即为 0.01mm;对高精度的周期计数式数字传感器而言， 还要考虑到电子细分数。如在 100 倍电子细分数下，此光栅的分辨率就是
0.1μm。此种结构属于增量式结构，结构的特点(位移方向的要求)决定它不但 备有辨向电路，而且周期计数器还具有可逆性质。
辨向电路 被测物 理量 周期信号 发生器 周期计数器 细分电路 转换电路 数字显示 计数 高位 周期 低位 图 1 周期计数式数字量传感器的结构方框图
3.频率式数字传感器
其结构示意图如下图 2 所示。按振荡器的形式，可将此种数字传感器分成带有 晶体谐振器的和不带晶体谐振器的两种。前者，按被测量的作甩点，又分作用 在石英谐振器上的石英晶体谐振式数字传感器和作用在谐振器中储能元件上的
带有晶体谐振器的调频式数字传感器。按采用敏感元件的形式，又可分为简单 的)和差动的两种。
被测输 入量 变频振荡器 差频 恒频振荡器
被测输 入量
+ 变频振荡器 ?f 差频 _ 变频振荡器 -?f
频 倍频 率变换器 示器 —数字 倍频 频变换器 示器 率—数字
数字显 数字显
图 2 频率式数字量传感器的结构方框图
从上述三种类型数字传感器的结构图可以看出，它们都具有抗干扰能力强 以及数字量输出的特点。如考虑到对电源电压的波动，环境温度波动和非线性 等因素的补偿，则精度还可提高。如果采用单片微型计算机去进行信息处理， 诸如补偿、频倍(细分)和数字转换等硬件线路可软件化，不仅使线路简化，还 可使分辨率，测量精度和工作可靠性进一步调高。 2. 数字检测方法有哪三种？三者有什么区别？
三种分别为： ① M 法数字检测
② T 法数字检测 ③ M/T 法数字检测 区别：（1）M 法数字检测测量装置的分辨率在不同的区段是不同的。在低
段的分辨率低（精度低），而在高段的分辨率高（精度高）。
（2）T 法数值检测测量装置的分辨率在不同的区段是不同的，在低段
的分辨率高（精度高），而在高段的分辨率低（精度低）。
（3）M/T 法数字检测测量装置的分辨率是一个常数，与转速的高低无
关。
3. 简述反射传感器的传感原理，为什么带偏振片的反射传感器在被测物体为反
射体时不会产生误振动？
传感原理：自带一个光源和一个光接收装置，光源发出的光经过待测物体 的反射被光敏元件接收，再经过相关电路的处理得到所需要的信息。可以用来 检测地面明暗和颜色的变化，也可以探测有无接近的物体。
原因：偏振反射式光电传感器是把发射器和接收器装入同一个装置内，并 加装偏振滤光系统，在其前方装一块棱镜反光板，以保证当光线遇偏振滤光片 时，仅使偏振滤光片格栅平行方向上振动的光线能够通过，防止高反射率物体 将光线反射回光电传感器的接收器造成传感器的误动作，从而使高反射率物体 进入检测区域时能够被可靠检测
带偏振片的反射传感器：无论是否反射体在遮住光通路后就一定能被检出。
与常规反射传感器的区别：
(1)在发射器与接收器的光通道上分别安装互成直角的偏振片； (2)采用三角反射镜，经它反射的偏振光其振荡面旋转 90°。
图 7 带偏振片的反射传感器工作原理及电气结构
4. 简述图 2-8-2 中四种相位调制型光纤传感器干涉系统的工作原理？
马赫泽德干涉仪如下图 8 所示，G1 G2 是两块有半反射面 A1 A2 的平行平 面玻璃板，M1 M2 是两块反射镜四个反射面通常平行放置，并且各自中心位于 一个平行四边形的四个角上，典型尺寸是 1～2m。光源 S 置于透镜 L1 的焦点上， S 发出的光束经 L1 准直后在 A1 上分为两束，他们分别由 M1、A2 反射和 M2 反 射、A2 透射，进入透镜 L2。两束光的干涉图样可用于置于 L2 焦平面位置的照 相机拍摄下来，如果采用短时间曝光技术，即可得到条纹的瞬间照相。未了解 仪器所产生的干涉条纹性质，假设光源 S 是一个单色点光源，因而入射到半反 射面 A1 的是单色平面波。设透过 A1 并经 M1 反射的平面波的波前为 W1.，而经 A1 和 M2 反射的平面波的相应波前为 W2；引入虚波前 W1，它是 W1 在半反射 A2 中的虚像。一般情况下，W1 和 W2 是互相倾斜的，形成一个空气楔，因此，在 W2 上将形成平行等距的直线条纹，条纹的走向与 W2 和 W1 所形成的空气楔的楔 楞平行。如果使 W2 通过被研究的气流，W2 将发生形变，因而干涉图样的变化 就可以测量出所研究区域的折射率或密度的变化。
图 8 马赫泽德干涉仪
迈克耳逊干涉仪的原理是一束入射光分为两束后各自被对应的平面镜反射 回来，这两束光从而能够发生干涉。干涉中两束光的不同光程可以通过调节干 涉臂长度以及改变介质的折射率来实现，从而能够形成不同的干涉图样。干涉 条纹是等光程差点的轨迹，因此，要分析某种干涉产生的图样，必求出相干光
的光程差位置分布的函数。
若干涉条纹发生移动，一定是场点对应的光程差发生了变化，引起光程差 变化的原因，可能是光线长度 L 发生变化，或是光路中某段介质的折射率 n 发 生了变化，或是薄膜的厚度 e 发生了变化。
G2 是一面镀上半透半反膜，G1 为补偿板，M1、M2 为平面反射镜，M1 是固 定的，M2 和精密丝相连，使其可以向前后移动，最小读数为 10-4mm，可估计到 10-5mm, M1 和 M2 后各有几个小螺丝可调节其方位。当 M2 和 M1’严格平行时， M2 会移动,表现为等倾干涉的圆环形条纹不断从中心“吐出”或向中心“吞进”。 两平面镜之间的“空气间隙”距离增大时，中心就会“吐出”一个个条纹；反
之则“吞进”。M2 和 M1’不严格平行时，则表现为等厚干涉条纹，在 M2 移动时， 条纹不断移过视场中某一标记位置，M2 平移距离 d 与条纹移动数 N 的关系满 足：d=Nλ/2，λ 为入射光波长。
经 M2 反射的光三次穿过 G2 分光板，而经 M1 反射的光通过 G2 分光板只一 次。G1 补偿板的设置是为了消除这种不对称。在使用单色光源时，可以利用空 气光程来补偿，不一定要补偿板；但在复色光源时，由于玻璃和空气的色散不 同，补偿板则是不可或缺的。
如果要观察白光的干涉条纹，臂基本上完全对称，也就是两相干光的光程 差要非常小，这时候可以看到彩色条纹；假若 M1 或 M2 有略微的倾斜，就可以 得到等厚的交线处（d=0）的干涉条纹为中心对称的彩色直条纹，中央条纹由于 半波损失为暗条纹。
图 9 迈克尔逊干涉仪示意图
萨格纳克干涉仪：1913 年萨格纳克发明了一种可以旋转的环形干涉仪。将 同一光源发出的一束光分解为两束，让它们在同一个环路内沿相反方向循行一 周后会合，然后在屏幕上产生干涉，当在环路平面内有旋转角速度时，屏幕上 的干涉条纹将会发生移动，这就是萨格纳克效应。
萨格纳克效应中条纹移动数与干涉仪的角速度和环路所围面积之积成正比。
萨格纳克效应已经得到广泛的应用，由萨格纳克效应研制出的光纤陀螺已 成功地用于航空、航天等领域，是近 20 年发展较快的一种陀螺仪。
定义 1：
机电一体化期末考试试题及答案
