机电一体化产品PPT资料.ppt

1、,根据其控制方式方面的差别，可分为：自动光圈（快门先决或快门优先）式 自动快门（光圈先决或光圈优先）式 程序式,电子照相机,1自动光圈控制技术 自动光圈式照相机在使用时，根据被摄物的状况和拍摄目的，先用手动方式将快门速度调好，然后通过测光量和胶片的感光度自动控制光圈大小。,由于七十年代的电子技术和集成电路制造水平还不高，早期的自动光圈控制是用表头控制实现的。表头控制方式的测光元件采用硫化镉（CdS）光敏电阻，其阻值随照射光强度增加而减小。由于外界光线强度不同，外电源通过光敏电阻所产生的电流与光线强度成正比。此电流流过一个灵敏的小型电流表，表针的偏转角度与电流大小成正比，即表针的偏转角度与光线强

2、度成正比。,电子照相机,光线，R，电流，表针摆动角度光线，R，电流，表针摆动角度,电子照相机,摄影时，硫化镉光敏电阻进行测光，电流表的指针R随光线强度发生偏转。如果被摄物较暗，指针偏转角度就小（偏A端），梯级定位板与指针相遇时的位移量较小。,当被摄物较亮时，指针偏转角度较大，梯级定位板的位移量也较大。,电子照相机,2自动快门控制技术 自动快门式照相机在摄影时，首先手动设定光圈大小，然后通过测光量和胶片的感光度自动控制快门速度。这种自动曝光方式的特点是能够满足摄影时对景深的要求。,自动控制快门也被称为电子快门。电子快门一般是由机械快门机构和电子延时器组成。快门运动的动力是机械弹簧的拉力或扭力，快

3、门的最高速度仍受弹簧动力和机械传动的限制，而电子延时器只是在低于快门最高速度的范围以内控制曝光时间长短的作用。,电子照相机,3程序式自动曝光技术 只要摄影者确定了摄影方式，通过程序式自动曝光控制就可自动优先选定光圈大小或快门速度，然后再进行自动曝光控制。,通常程序式自动曝光的摄影方式有：（1）人像方式采用大光圈（小景深）,自动快门控制；,（2）风景方式采用小光圈（大景深），自动快门控制；,（3）运动方式采用较高的快门速度，保证得到动作停顿的清晰照片，自动光圈控制。,电子照相机,四、自动调焦控制技术,1光电式自动调焦 用于柯尼卡C35AF照相机的自动调焦机构是一种微型光电式自动调焦组件，其工作原

4、理见下图。,电子照相机,这种自动调焦方式的缺点主要是：（1）不能对线条结构重复而又有一定规律的景物（如砖墙、铁丝网等）进行自动调焦；,（2）自动调焦必须在光线充足的条件下进行，如果光线较暗，调焦精度明显下降。,电子照相机,2超声波式自动调焦 这种自动调焦方式主要用在美国宝丽来（Polaroid）公司生产的一次成像照相机上。,在这种照相机上装有声纳测距系统，工作时主动发射超声波，再根据回波的延时来测定被摄物到照相机的距离。,电子照相机,主动式超声波自动调焦方式在黑暗环境下也不会失灵，因此这种照相机可以在夜间用闪光灯拍摄出清晰的照片。,这种自动调焦方式的缺点是：玻璃和雨水等会反射超声波，因此在透过

5、玻璃、雨水摄影时，调焦效果较差。,电子照相机,3红外线（主动）自动调焦,近年来，在自动调焦的照相机中，大多装备了红外线自动调焦机构。这类照相机通过红外发射管发出红外线，然后由光电元件接收被摄物反射回来的光束，测量被摄物到照相机的距离。,较多的红外线自动调焦照相机采用电荷耦合器件CCD（Charge Couple Device）传感器作为光电元件，其原理如下图所示。通过照相机的红外发光二极管发出红外光，经镜片聚焦后射向前方。由于被摄物到照相机的距离不同，反射到CCD上的红外线照射位置不同。根据反射回来的红外线光点在CCD上的位置，确定被摄物与照相机之间的距离。,电子照相机,电子照相机,固态图像传

6、感器 固态图像传感器的功能是把传感器受光面的光像分解成许多像元，并将它们转换为电信号，然后顺序地输送出去。,大部分固态图像传感器的核心部分是 CCD（Charge Couple Device，电荷耦合器），其原理如下图所示。,CCD作为读出移位寄存器，顺序地将电信号在输出端串行输出。,电子照相机,根据光敏二极管的排列方式，CCD可分为：线阵 CCD 和面阵CCD。,线阵 CCD 已能达到 4096 像素；面阵 CCD 已能达到 20482048 像素。,由于光敏二极管排列整齐、尺寸和位置精确，每个光敏二极管的光电荷量不仅含有光照度的信息，而且还含有位置信息。,电子照相机,固态图像传感器具有小型

7、、轻便、响应快、灵敏度高、稳定性好和寿命高等优点，并且以光为媒介进行非接触测量，可以达到危险地点，因而得到广泛应用。其主要用途为：,（1）物位、尺寸、形状、表面质量、表面温度等；（2）作为光学信息处理的输入环节，例如电视摄像、传真、扫描仪、数字化的复印机等。,电子照相机,五、傻瓜照相机 对于生活照片，一般人只要求画面清晰，曝光正确。此外，大多数业余摄影者要求照相机的结构越简单越好，操作越简便越好，价钱越低越好。,因此，随着自动曝光技术、自动调焦技术的出现和发展，照相机生产厂家根据市场的需要，生产出一种使用简便、价格低廉、室内外拍摄均可的照相机，俗称傻瓜照相机。,这类照相机有一些共同的特点：（1

8、）小型化（2）操作简便（3）内藏闪光灯（4）适于抓拍和快拍（5）价格低廉（6）可靠性高，故障率低,电子照相机,超焦距调焦方式,傻瓜照相机虽然几乎不用摄影者进行调节和控制就可完成拍摄，但傻瓜照相机不属于真正意义上的自动照相机，它们一般只采用了自动光圈控制技术。,电子照相机,六、数码照相机 数码照相机也被称为数字式照相机。数码照相机在测光方式、曝光方式和对焦方式的控制技术方面与普通照相机基本相同，但在影像的记录方式上截然不同。,数码照相机采用CCD器件代替胶卷，把影像的光信号转变为模拟电信号，经过A/D转换后，存入存储器（主要为半导体存储器）。,数码照相机一般都带有液晶显示，在摄像时可作为取景器，

9、在摄像后及时观看摄取的影像，有选择地存储影像。,电子照相机,数码照相机上有与计算机的接口（USB接口），可把存储的影像信息输入到计算机，进行影像显示、编辑、修改、存储和打印输出，还可以通过网络传输照片。,有些数码照相机还有视频输出插口，可接到电视机显示影像。,电子照相机,七、小结 1外部因素往往是机电一体化技术发展的原因和动力。,2了解产品的应用背景和技术要求是机电一体化产品开发的基础。,3当产品或系统内的信息以数字量形式存在时，机电一体化技术可以充分发挥其作用。,4产品的使用方法应尽量简单，尽可能使之傻瓜化。,5产品和系统的自动化程度应适度。,电子照相机,电子照相机电子手表电子化洗衣机电子秤

10、,电子手表 手表是一种计时仪器，分为机械手表和电子手表两大类。,一、机械手表的结构 机械手表是以发条为动力，通过一系列的机构带动指针实现计时的，右图为其机构示意图。普通机械手表的基本结构可以分成六个系统：,电子手表,2原动系统 原动系统由发条等零件组成，是手表工作的动力源，对于手表走时是否准确有直接的关系。,3传动系统 传动系统是将原动系统的动力传递到擒纵系统的中间环节。,1上条拨针系统 该系统要实现两个功能：（1）上紧发条，为手表走时提供动力；（2）拨动时针和分针，调整时间。,电子手表,4擒纵系统 通过擒纵齿轮与叉瓦之间的运动，使手表传动件的运动由圆周运动（擒纵轮）转变为往复运动（擒纵叉），

11、给调速系统的摆轮游丝补充能量。,电子手表,5调速系统 调速系统的主要机件是摆轮和游丝，用来控制传动系统的转动速度，使传动系统按照计时要求的转速转动。6指针系统 其作用是通过秒针、分针和时针转动，显示时间。,电子手表,二、机械手表的缺点 从机械结构来说，机械手表已达到较完善的程度，但在使用中还存在一些不足之处：,1对于普通机械手表，需要人工每24小时左右上一次发条。,2等时性较差，即当上足发条时走时偏快，发条不足时走时偏慢。,3结构比较复杂，零部件较多，普通的机械手表由140150个零件组成。,4走时精度较差。按照我国国家标准（GB 4033）规定，机械一级手表的每日走时误差允许在55秒之内，这

12、是目前机械手表标准的最高精度。,电子手表,机械手表走时精度不高主要是由其调速系统采用摆轮游丝机构所决定的。钟表的走时误差可用下式来确定,式中 t日差，秒/日；f调速系统（振荡器）的频率偏差，Hz；f调速系统（振荡器）的固有（振荡）频率，Hz。,由上式可知，日差与调速系统的振荡频率误差成正比，与调速系统的振荡频率成反比。振荡频率误差越小，振荡频率越高，则日差越小。,电子手表,但是，在技术上减小振荡频率误差比较困难。因此，为了提高机械手表的走时精度必须提高摆轮游丝的振荡频率。,解决问题的主要思路：提高计时装置的振荡频率来减小计时误差。,电子手表,三、晶体管摆轮游丝式电子手表（结构改进型）这种手表的

13、调速系统仍采用摆轮游丝系统，只是在摆轮上装有永久性磁钢。在靠近磁钢处有一线圈，用晶体管作为线圈电流的换向开关。线圈形成的变化的磁场不断变换对磁钢的作用力，使摆轮保持持续不断的往复运动，以保障手表能够准确地计时。,这种电子手表的优点是用电池作为能源，可以：免去上发条 走时的等时性好 走时误差约为15秒/日,由于这种电子手表仍采用摆轮游丝系统，其最高振荡频率只能达到10Hz，因而走时精度难以进一步提高。,电子手表,四、音叉式电子手表（原理改进型）,这种电子手表是根据物理学上的音叉谐振原理，在音叉的两个叉头绕上线圈，当输入换向电流时，两个线圈产生吸引力或排斥力，以此不断地输入能量，使音叉持续不停地振

14、动。,这种电子手表省去了摆轮游丝机构，简化了机械结构，并且把振荡频率提高到400 Hz，走时误差为5秒/日。,这种电子手表存在的主要问题是：,制造困难,（棘轮直径为3 mm，有200个齿）,机械磨损,（棘轮采用铍青铜）,抗震性能差（棘轮的齿高为0.10 mm）,电子手表,五、指针式石英电子手表（原理改进型）,这种电子手表利用石英晶体在两端受到电压作用产生的压电效应，使石英晶体成为振荡源（振荡频率215Hz），经分频电路的16次分频，获得一个0.5Hz频率的信号，再经过放大、整形后，去驱动步进电机，带动传动齿轮和指针齿轮来计时。,由于石英谐振器频率很高，可达到32768 Hz，因而走时精度可大大提高，走时误差为0.5秒/日。,与机械式手表相比，这种手表多了一种功能：停秒功能。,电子手表,六、数字式石英电子手表（原理改进型）这是一种全电子化的手表，表中没有运动的机械构件。,这种手表的石英振荡器的振荡频率也是32768 Hz。这一振荡频率经集成电路中的分频电路15次分频后，输出1 Hz的标准电信号，送入计数器进行“时、分、秒”和“月、日、星期”的计数，并存入寄存器中。,电子手表,注意：数字式石英电子表走时精度与指针式石英电子表处于同一等级