大学物理07_机电一体化产品.ppt

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1、电子照相机电子手表电子化洗衣机电子秤电子照相机电子照相机一、传统的照相机结构一、传统的照相机结构 单镜头反光式照相机原理示意图单镜头反光式照相机原理示意图焦距调整焦距调整光圈光圈电子照相机电子照相机传统的照相机是一个传统的照相机是一个光学光学机械机械装置，其主要的部件有：装置，其主要的部件有：直接取景式照相机原理示意图直接取景式照相机原理示意图（1 1）镜头镜头（包括光圈机构）（包括光圈机构）（2 2）调焦机构）调焦机构（3 3）快门机构）快门机构（4 4）取景器取景器（5 5）输片系统（包括卷片）输片系统（包括卷片 机构和倒片机构）机构和倒片机构）（6 6）机身）机身 其中其中光圈机构、调焦

2、机构、快门机构、输片系统光圈机构、调焦机构、快门机构、输片系统属于机械装属于机械装置，而置，而镜头镜头（其中的光圈机构除外）、（其中的光圈机构除外）、取景器取景器基本上属于光学系基本上属于光学系统。统。电子照相机电子照相机 二、照相机的基本性能要求二、照相机的基本性能要求 若要获得一张理想的照片，摄影时必须采用：若要获得一张理想的照片，摄影时必须采用：正确的正确的曝光量曝光量 准确的准确的焦距焦距调整调整 相应的相应的光圈光圈大小大小 正确的曝光量使得照片的影像正确的曝光量使得照片的影像层次丰富层次丰富；准确的焦距调整确保照片上的准确的焦距调整确保照片上的影像清晰影像清晰；光圈大小调节可以改变

3、摄影的光圈大小调节可以改变摄影的景深范围景深范围，满足摄影技巧的，满足摄影技巧的要求。要求。电子照相机电子照相机 因此，照相机应该具备的因此，照相机应该具备的控制功能控制功能为：为：曝光量曝光量控制（包括控制（包括光圈光圈控制和控制和快门快门控制）控制）焦距焦距控制控制 光圈光圈控制控制 显然显然，对于照相机来说，对于照相机来说，光圈控制、快门控制光圈控制、快门控制和和焦距控制焦距控制是是其最基本的性能。其最基本的性能。在传统的光学机械式照相机上：在传统的光学机械式照相机上：准确地准确地调整焦距调整焦距和和选择相应的光圈选择相应的光圈大小（大小（手动手动方式）方式）曝光量的确定凭经验或借助其它

4、检测手段曝光量的确定凭经验或借助其它检测手段电子照相机电子照相机 三、自动曝光控制技术三、自动曝光控制技术 能够对曝光量实施控制的照相机出现于七十年代。当时，日能够对曝光量实施控制的照相机出现于七十年代。当时，日本的一些厂家开始生产有自动曝光（控制）功能的照相机。本的一些厂家开始生产有自动曝光（控制）功能的照相机。根据其控制方式方面的差别，可分为：根据其控制方式方面的差别，可分为：自动光圈自动光圈（快门先决或快门优先）式（快门先决或快门优先）式 自动快门自动快门（光圈先决或光圈优先）式（光圈先决或光圈优先）式 程序程序式式电子照相机电子照相机 1 1自动光圈控制技术自动光圈控制技术 自动光圈式

5、照相机在使用时，根据被摄物的状况和拍摄目的，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先用手动方式将快门速度调好，然后通过然后通过测光量测光量和和胶片的感光度胶片的感光度自动控制光圈大小。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。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表头控制方式的测光元件采用硫化镉硫化镉（CdSCdS）光敏电阻，其光敏电阻，其阻阻值值随随照射光强度增加而减小照射光强度增加而减小。由于外界光线强度不同，外电

6、源通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，表针的敏的小型电流表，表针的偏转角度偏转角度与与电流大小成正比电流大小成正比，即表针的即表针的偏转角度与光线强度成正比。偏转角度与光线强度成正比。电子照相机电子照相机光线光线，R，电流电流，表针摆动角度，表针摆动角度光线光线，R，电流电流，表针摆动角度，表针摆动角度电子照相机电子照相机 摄影时，硫化镉光敏电阻进行测光，电流表的指针摄影时，硫化镉光敏电阻进行测光，电流表的指针R R随光线强随光线强度发生偏转。度发生偏转。如果如果被摄物较

7、暗，指针偏转角度就小被摄物较暗，指针偏转角度就小（偏（偏A端），端），梯级定位梯级定位板与指针相遇板与指针相遇时的时的位移量较小位移量较小。当被摄物当被摄物较亮较亮时，指针偏转角度较大，梯级定位板的时，指针偏转角度较大，梯级定位板的位移量位移量也也较大较大。电子照相机电子照相机 2 2自动快门控制技术自动快门控制技术 自动快门式照相机在摄影时，首先自动快门式照相机在摄影时，首先手动设定光圈手动设定光圈大小，然后大小，然后通过通过测光量测光量和和胶片的感光度胶片的感光度自动控制自动控制快门速度快门速度。这种自动曝光方这种自动曝光方式的特点是能够满足摄影时对式的特点是能够满足摄影时对景深景深的要求

8、。的要求。自动控制快门也被称为自动控制快门也被称为电子快门电子快门。电子快门一般是由电子快门一般是由机械快机械快门门机构和机构和电子延时器电子延时器组成。快门运动的动力是机械弹簧的拉力或组成。快门运动的动力是机械弹簧的拉力或扭力，扭力，快门的最高速度仍受弹簧动力和机械传动的限制快门的最高速度仍受弹簧动力和机械传动的限制，而电子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。作用。电子照相机电子照相机 3 3程序式自动曝光技术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只要摄影者确定了摄影方式

9、，通过程序式自动曝光控制就可自动优先选定光圈自动优先选定光圈大小大小或快门或快门速度，然后再进行自动曝光控制。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：通常程序式自动曝光的摄影方式有：（1 1）人像方式人像方式采用采用大光圈大光圈（小景深）（小景深）,自动快门自动快门控制；控制；（2 2）风景方式风景方式采用采用小光圈小光圈（大景深），（大景深），自动快门自动快门控制；控制；（3 3）运动方式运动方式采用较高的采用较高的快门快门速度，保证得到动作停顿速度，保证得到动作停顿的清晰照片，的清晰照片，自动光圈自动光圈控制。控制。电子照相机电子照相机 四、自动调焦控制技术四、自动调

10、焦控制技术 1 1光电式自动调焦光电式自动调焦 用于柯尼卡用于柯尼卡C3535AF照相机的自动调焦机构是一种微型光电式照相机的自动调焦机构是一种微型光电式自动调焦组件，其工作原理见下图。自动调焦组件，其工作原理见下图。电子照相机电子照相机 这种自动调焦方式的缺点主要是：这种自动调焦方式的缺点主要是：（1 1）不能对）不能对线条结构重复线条结构重复而又有一定而又有一定规律规律的景物（如砖墙、的景物（如砖墙、铁丝网等）进行自动调焦；铁丝网等）进行自动调焦；（2 2）自动调焦必须在）自动调焦必须在光线充足光线充足的条件下进行，如果光线较的条件下进行，如果光线较暗，调焦精度明显下降。暗，调焦精度明显下

11、降。电子照相机电子照相机 2 2超声波式自动调焦超声波式自动调焦 这种自动调焦方式主要用在美国宝丽来（这种自动调焦方式主要用在美国宝丽来（PolaroidPolaroid）公司生公司生产的一次成像照相机上。产的一次成像照相机上。在这种照相机上装有在这种照相机上装有声纳测距系统声纳测距系统，工作时主动工作时主动发射超声波发射超声波，再根据再根据回波的延时回波的延时来测定被摄物到照相机的来测定被摄物到照相机的距离距离。电子照相机电子照相机 主动式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。这种照相机

12、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这种自动调焦方式的缺点缺点是：是：玻璃和雨水玻璃和雨水等会等会反射超声波反射超声波，因此在透过玻璃、雨水摄影时，调焦效果较差。因此在透过玻璃、雨水摄影时，调焦效果较差。电子照相机电子照相机 3 3红外线（主动）自动调焦红外线（主动）自动调焦 近年来，在自动调焦的照相机中，大多装备了近年来，在自动调焦的照相机中，大多装备了红外线自动调红外线自动调焦机构。焦机构。这类照相机通过这类照相机通过红外发射管红外发射管发出红外线，然后由发出红外线，然后由光电元光电元件件接收被摄物接收被摄物反射回来的光束反射回来的光束，测量被摄物到照相机的，测量被摄物到

13、照相机的距离。距离。较较 多多 的的 红红 外外 线线 自自 动动 调调 焦焦 照照 相相 机机 采采 用用 电电 荷荷 耦耦 合合 器器 件件CCD（ChargeCoupleDevice）传传感感器器作作为为光光电电元元件件，其其原原理理如如下图所示。下图所示。通通过过照照相相机机的的红红外外发发光光二二极极管管发发出出红红外外光光，经经镜镜片片聚聚焦焦后后射射向向前前方方。由由于于被被摄摄物物到到照照相相机机的的距距离离不不同同，反反射射到到CCD上上的的红红外外线线照照射射位位置置不不同同。根根据据反反射射回回来来的的红红外外线线光光点点在在CCD上上的的位位置置，确定被摄物与照相机之间

14、的距离。确定被摄物与照相机之间的距离。电子照相机电子照相机电子照相机电子照相机固态图像传感器固态图像传感器固态图像传感器的功能是把传感器固态图像传感器的功能是把传感器受光面受光面的的光像光像分解成许多分解成许多像元像元，并将它们转换为电信号，然后顺序地输送出去。，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大部分固态图像传感器的核心部分是CCD（ChargeCoupleDevice，电荷耦合器），其原理如下图所示。电荷耦合器），其原理如下图所示。CCD作为作为读出移位寄存器读出移位寄存器，顺序地将电信号在输出端，顺序地将电信号在输出端串行输出。串行输出。电子照相机

15、电子照相机根据光敏二极管的排列方式，根据光敏二极管的排列方式，CCD可分为：线阵可分为：线阵CCD和面阵和面阵CCD。线阵线阵CCD已能达到已能达到4096像素；像素；面阵面阵CCD已能达到已能达到20482048像素。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管的光电荷量不仅含有光照度光照度的信息，而且还含有的信息，而且还含有位置位置信息。信息。电子照相机电子照相机固态图像传感器具有小型、轻便、响应快、灵敏度高、稳定固态图像传感器具有小型、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

16、非接触测量，可以达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：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；物位、尺寸、形状、表面质量、表面温度等；（2）作为）作为光学信息处理的输入环节光学信息处理的输入环节，例如电视摄像、传真、扫，例如电视摄像、传真、扫描仪、数字化的复印机等。描仪、数字化的复印机等。电子照相机电子照相机 五、傻瓜照相机五、傻瓜照相机 对于生活照片，一般人只要求对于生活照片，一般人只要求画面清晰画面清晰，曝光正确曝光正确。此外，。此外，大多数大多数业余摄影者业余摄影者要求照相机

17、的结构越简单越好，操作越简便越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。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、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，俗称室内外拍摄均可的照相机，俗称傻瓜照相机傻瓜照相机。这类照相机有一些共同的特点：这类照相机有一些共同的特点：（1 1）小型化）小型化 （2 2）操作简便）操作简便 （3 3）内藏闪光灯）内藏闪光灯 （4 4）适于抓拍和快拍）适于抓拍和快拍 （5 5

18、）价格低廉）价格低廉 （6 6）可靠性高，故障率低）可靠性高，故障率低电子照相机电子照相机超焦距超焦距调焦方式调焦方式 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，但摄，但傻瓜照相机不属于真正意义上的自动照相机傻瓜照相机不属于真正意义上的自动照相机，它们一般只它们一般只采用了自动光圈控制技术。采用了自动光圈控制技术。电子照相机电子照相机 六、数码照相机六、数码照相机 数码照相机数码照相机也被称为也被称为数字式照相机数字式照相机。数码照相机在测光方式、。数码照相机在测光方式、曝光方式和对焦方式的曝光方式和对焦方式的控制技术控制技术方

19、面与普通照相机基本相同，但方面与普通照相机基本相同，但在在影像的记录方式上影像的记录方式上截然截然不同不同。数码照相机采用数码照相机采用CCD器件代替胶卷器件代替胶卷，把影像的光信号转变为，把影像的光信号转变为模拟电信号，经过模拟电信号，经过A/D转换后，存入存储器（主要为半导体存储器）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数码照相机一般都带有液晶显示液晶显示，在摄像时可作为取景器，在摄像时可作为取景器，在摄像后及时观看摄取的影像，有选择地存储影像。在摄像后及时观看摄取的影像，有选择地存储影像。电子照相机电子照相机 数码照相机上有与计算机的数码照相机上有与计算机的接口接

20、口（USB接口），可把存储的影像信息输接口），可把存储的影像信息输入到计算机，进行影像入到计算机，进行影像显示、编辑、修显示、编辑、修改、存储和打印输出改、存储和打印输出，还可以通过，还可以通过网络网络传输传输照片。照片。有些数码照相机还有有些数码照相机还有视频输出插口视频输出插口，可接到电视机显示影像。可接到电视机显示影像。电子照相机电子照相机 七、小结七、小结 1 1外部因素外部因素往往是机电一体化技术往往是机电一体化技术发展的原因和动力。发展的原因和动力。2 2了解产品的了解产品的应用背景和技术要求应用背景和技术要求是机电一体化产品是机电一体化产品开发开发的基础。的基础。3 3当产品或系

21、统内的信息以当产品或系统内的信息以数字量形式存在时数字量形式存在时，机电一体，机电一体化技术可以化技术可以充分发挥其作用。充分发挥其作用。4 4产品的产品的使用方法使用方法应尽量应尽量简单简单，尽可能使之傻瓜化。，尽可能使之傻瓜化。5 5产品和系统的产品和系统的自动化程度应适度。自动化程度应适度。电子照相机电子照相机电子照相机电子手表电子化洗衣机电子秤电子手表电子手表手表是一种计时仪器，手表是一种计时仪器，分为分为机械手表机械手表和和电子手表电子手表两大类。两大类。一、机械手表的结构一、机械手表的结构 机械手表是以机械手表是以发条发条为动力，为动力，通过一系列的机构带动指针实现通过一系列的机构

22、带动指针实现计时的，右图为其机构示意图。计时的，右图为其机构示意图。普通机械手表的基本结构可普通机械手表的基本结构可以分成以分成六个系统六个系统：电子手表电子手表 2 2原动系统原动系统 原动系统由原动系统由发条发条等零件组成，是手表工作的等零件组成，是手表工作的动力源动力源，对于手，对于手表走时是否准确有直接的关系。表走时是否准确有直接的关系。3传动系统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。节。1 1上条拨针系统上条拨针系统 该系统要实现两个功能：该系统要实现两个功能：（1 1）上紧发条，为手表走时提供动力；）上紧发条，为

23、手表走时提供动力；（2 2）拨动时针和分针，调整时间。）拨动时针和分针，调整时间。电子手表电子手表4擒纵系统擒纵系统通过通过擒纵齿轮擒纵齿轮与与叉瓦叉瓦之间的之间的运动，使手表传动件的运动由运动，使手表传动件的运动由圆圆周运动周运动（擒纵轮）转变为（擒纵轮）转变为往复运往复运动动（擒纵叉），给调速系统的摆（擒纵叉），给调速系统的摆轮游丝补充能量。轮游丝补充能量。电子手表电子手表5调速系统调速系统调速系统的主要机件是调速系统的主要机件是摆轮摆轮和和游丝游丝，用来控制传动系统的转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。动速度，使传动系统按照计时要求的转速转动。6指针系统指针系

24、统 其作用是通过秒针、分针和时针转动，显示时间。其作用是通过秒针、分针和时针转动，显示时间。电子手表电子手表二、机械手表的缺点二、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：中还存在一些不足之处：1 1对于普通机械手表，需要对于普通机械手表，需要人工人工每每2424小时左右小时左右上一次发条上一次发条。2 2等时性较差等时性较差，即当上足发条时走时偏快，发条不足时走即当上足发条时走时偏快，发条不足时走时偏慢。时偏慢。3 3结构结构比较比较复杂复杂，零部件较多，普通的机械手表由零部件较多，普通的机械

25、手表由140140150150个零件组成。个零件组成。4 4走时精度较差走时精度较差。按照我国国家标准（按照我国国家标准（GB 4033 4033）规定，规定，机械一级手表的每日走时误差允许在机械一级手表的每日走时误差允许在5555秒之内，这是目前机械手秒之内，这是目前机械手表标准的最高精度。表标准的最高精度。电子手表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。钟表的构所决定的。钟表的走时误差走时误差可用下式来确定可用下式来确定式中式中t日差，秒日差，秒/日；日；f调速系统（振荡器）的频率偏差，调速系统（振荡器）的

26、频率偏差，Hz；f调速系统（振荡器）的固有（振荡）频率，调速系统（振荡器）的固有（振荡）频率，Hz。由上式可知，由上式可知，日差日差与调速系统的与调速系统的振荡频率误差振荡频率误差成成正比正比，与调与调速系统的速系统的振荡频率振荡频率成成反比反比。振荡频率误差越小，振荡频率越高，振荡频率误差越小，振荡频率越高，则日差越小。则日差越小。电子手表电子手表但是，在技术上但是，在技术上减小振荡频率误差比较困难减小振荡频率误差比较困难。因此，为了提因此，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。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：提高解决问题的主要思路：提高计

27、时装置的计时装置的振荡频率振荡频率来减小计时来减小计时误差。误差。电子手表电子手表三、晶体管摆轮游丝式电子手表（结构改进型）三、晶体管摆轮游丝式电子手表（结构改进型）这种手表的调速系统仍采用这种手表的调速系统仍采用摆轮游丝系统摆轮游丝系统，只是在摆轮上装，只是在摆轮上装有永久性磁钢。在靠近磁钢处有一线圈，用有永久性磁钢。在靠近磁钢处有一线圈，用晶体管晶体管作为线圈电流作为线圈电流的的换向开关换向开关。线圈形成的变化的磁场不断变换对磁钢的作用力，。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。使摆轮保持持续不断的往复运动，以保障手表能够准确地

28、计时。这种电子手表的优点是用这种电子手表的优点是用电池作为能源，可以：电池作为能源，可以：免去上发条免去上发条 走时的等时性好走时的等时性好 走时误差约为走时误差约为1515秒秒/日日 由于这种电子手表仍采用由于这种电子手表仍采用摆轮游丝系统摆轮游丝系统，其最高振荡频，其最高振荡频率只能达到率只能达到1010Hz，因而走时精因而走时精度难以进一步提高。度难以进一步提高。电子手表电子手表 四、音叉式电子手表（原理改进型）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这种电子手表是根据物理学上的音叉音叉谐振原理，在音叉的两个叉头绕谐振原理，在音叉的两个叉头绕上线圈，当输入换向电流时，

29、两个线上线圈，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动。输入能量，使音叉持续不停地振动。这种电子手表省去了摆轮游丝机这种电子手表省去了摆轮游丝机构，简化了机械结构，并且把振荡频构，简化了机械结构，并且把振荡频率提高到率提高到400 400 Hz，走时误差为走时误差为5 5秒秒/日日。这种电子手表存在的主要问题是：这种电子手表存在的主要问题是：制造困难制造困难（棘轮直径为棘轮直径为3mm，有有200个齿）个齿）机械磨损机械磨损（棘轮采用（棘轮采用铍青铜铍青铜）抗震性能差抗震性能差（棘轮的齿高为（棘轮的齿高为0.10mm

30、）电子手表电子手表五、指针式石英电子手表（原理改进型）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（振荡频率电效应，使石英晶体成为振荡源（振荡频率2 21515HzHz），），经分频电经分频电路的路的1616次次分频，获得一个分频，获得一个0.50.5Hz频率的信号，再经过放大、整形频率的信号，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。后，去驱动步进电机，带动传动齿轮和指针齿轮来计时。由于石英谐由于石英谐振器频率很高，振器频率很高，可达到可达到3276

31、8 Hz32768 Hz，因而走时精度因而走时精度可大大提高，走可大大提高，走时误差为时误差为0.50.5秒秒/日日。与机械式手表相比，这种手表多了一种功能：与机械式手表相比，这种手表多了一种功能：停秒功能停秒功能。电子手表电子手表六、数字式石英电子手表（原理改进型）六、数字式石英电子手表（原理改进型）这是一种这是一种全电子化全电子化的手表，表中没有运动的机械构件。的手表，表中没有运动的机械构件。这种手表的石英这种手表的石英振荡器的振荡频率也振荡器的振荡频率也是是32768 Hz32768 Hz。这一振这一振荡频率经集成电路中荡频率经集成电路中的分频电路的分频电路1515次分频次分频后，输出后

32、，输出1 Hz1 Hz的标准的标准电信号，送入计数器电信号，送入计数器进行进行“时、分、秒时、分、秒”和和“月、日、星期月、日、星期”的计数，并存入寄存的计数，并存入寄存器中。器中。电子手表电子手表注意：注意：数字式石英电子表数字式石英电子表走时精度走时精度与指针式石英电子表处于与指针式石英电子表处于同一同一等级等级（走时误差（走时误差0.5秒秒/日日）。）。由于数字式石英电子表的关键元器件是集成电路，随着电子由于数字式石英电子表的关键元器件是集成电路，随着电子技术的飞速发展，技术的飞速发展，集成电路的功能不断增强集成电路的功能不断增强，为，为开发开发数字式石英数字式石英电子表的电子表的功能功

33、能提供了便利条件。提供了便利条件。因此，具有各种因此，具有各种新功能新功能的数字式石英电子表层出不穷，已远的数字式石英电子表层出不穷，已远远超过手表的功能范畴。远超过手表的功能范畴。目前已出现的新产品有：目前已出现的新产品有：双显示手表、计算器手表、报时器双显示手表、计算器手表、报时器手表、收音机手表、电视机手表、传呼机手表、血压计手表、脉手表、收音机手表、电视机手表、传呼机手表、血压计手表、脉搏计手表、温度计手表、字典手表搏计手表、温度计手表、字典手表等。等。电子手表电子手表七、高精度电子手表七、高精度电子手表电子手表发展非常迅速，新型电子手表不断涌现。这里仅介电子手表发展非常迅速，新型电子

34、手表不断涌现。这里仅介绍一种绍一种超高频超高频石英手表和一种石英手表和一种电波钟电波钟。1.超高频石英手表超高频石英手表这种石英手表的原理与指针式石英手表基本相同，差别仅在这种石英手表的原理与指针式石英手表基本相同，差别仅在于前者的石英谐振器具有于前者的石英谐振器具有更高的振荡频率更高的振荡频率和和更多级次的分频电路更多级次的分频电路，从而进一步提高手表的走时精度。从而进一步提高手表的走时精度。这种手表采用这种手表采用4000kHz的超高频振荡源，走时精度为的超高频振荡源，走时精度为5秒秒/年年。电子手表电子手表2.电波钟电波钟电波钟是电波钟是通讯装置通讯装置与与石英钟表石英钟表结合的产物。结

35、合的产物。电波钟利用电波钟利用石英钟表石英钟表实现计时的基本功能，使用无线电接收实现计时的基本功能，使用无线电接收装置接收装置接收标准报时台标准报时台发出的标准时间信号，用来发出的标准时间信号，用来校准校准石英钟表。石英钟表。一般电波钟在一天内一般电波钟在一天内多次校准时间多次校准时间，因而电波钟的计时精度，因而电波钟的计时精度与标准报时台的与标准报时台的原子钟原子钟的计时精度相同。的计时精度相同。目前，目前，原子钟原子钟的计时精度为的计时精度为30万年误差万年误差1秒秒。电子手表电子手表时时间间手表产量手表产量电子表产量电子表产量电子表电子表所占比例所占比例指针表指针表数字表数字表1974年

36、年2亿亿200万万11983年年5亿亿3.45亿亿69%1987年年5.8亿亿2.37亿亿2.30亿亿78.1%1990年年7.5亿亿4.05亿亿2.42亿亿85.9%世界电子手表生产情况统计世界电子手表生产情况统计世界世界手表手表市场上，市场上，最昂贵的手表是机械手表最昂贵的手表是机械手表（最多达（最多达120钻）。钻）。世界世界电子手表电子手表市场上，市场上，高档手表高档手表全部是全部是指针式指针式石英电子表。石英电子表。电子手表电子手表八、小结八、小结1 1要要从某些关键性的因素入手从某些关键性的因素入手提高产品或系统的功能和质量。提高产品或系统的功能和质量。2 2产品的产品的功能功能要

37、与其要与其性能匹配性能匹配。3.3.在线校准在线校准技术对技术对提高提高计量和测试计量和测试精度精度是一种行之有效的方法。是一种行之有效的方法。4 4产品的开发应充分考虑使用者的产品的开发应充分考虑使用者的习惯习惯和和爱好爱好。电子手表电子手表电子照相机电子手表电子化洗衣机电子秤电子化洗衣机电子化洗衣机本节仅以桶式洗衣机为例，介绍机电一体化技术在洗衣机方本节仅以桶式洗衣机为例，介绍机电一体化技术在洗衣机方面的应用。面的应用。一、机电式洗衣机一、机电式洗衣机 1 1普通单缸式和双普通单缸式和双缸式洗衣机缸式洗衣机 普通的单缸和双缸洗普通的单缸和双缸洗衣机的功能较少，一般都衣机的功能较少，一般都是

38、采用是采用机械式定时器机械式定时器来控来控制洗衣机波轮的转动和换制洗衣机波轮的转动和换向，以及甩干桶的转动。向，以及甩干桶的转动。这类洗衣机这类洗衣机不属于不属于机电一体化产品机电一体化产品！电子化洗衣机电子化洗衣机 2 2机械控制式全自动洗衣机机械控制式全自动洗衣机 早期的全自动洗衣机大都采用早期的全自动洗衣机大都采用机械式的控制器机械式的控制器来实现来实现多种洗涤方式的程序（顺序）控制。这类洗衣机通过人工多种洗涤方式的程序（顺序）控制。这类洗衣机通过人工设定控制器的洗涤方式，能够自动地完成指定的洗涤全过设定控制器的洗涤方式，能够自动地完成指定的洗涤全过程。程。但这类洗衣机也但这类洗衣机也不

39、属于不属于机电一体化产品机电一体化产品！机电一体化洗衣机机电一体化洗衣机电子化洗衣机电子化洗衣机 二、机电一体化洗衣机二、机电一体化洗衣机 1 1采用微机控制的全自动洗衣机采用微机控制的全自动洗衣机 采用采用微机（单片机）微机（单片机）控制的全自动控制的全自动洗衣机的洗衣机的功能功能比机械控制式全自动洗衣比机械控制式全自动洗衣机机更多更多，同时，同时控制控制方面更为方面更为灵活灵活。以国产小天鹅洗衣机（以国产小天鹅洗衣机（XQB33XQB338282型）为例，除了设有型）为例，除了设有“牛仔、羊毛、牛仔、羊毛、标准、轻柔、快速标准、轻柔、快速”五种五种设定的设定的洗涤洗涤方式程序以外，还备有方

40、式程序以外，还备有千余种自编程千余种自编程序序供使用者选择。这种洗衣机具有四供使用者选择。这种洗衣机具有四种水流方式和两种波轮（电机）转速，种水流方式和两种波轮（电机）转速，可以显示洗涤剩余时间、自动报警、可以显示洗涤剩余时间、自动报警、自动偏置调整。自动偏置调整。电子化洗衣机电子化洗衣机这种洗衣机的最大优点是这种洗衣机的最大优点是给予使用者足够的自由操作的空间给予使用者足够的自由操作的空间，使用者可以根据自己的习惯和要求来使用者可以根据自己的习惯和要求来自编自编洗衣程序。洗衣程序。但是，如果使用者对自编洗衣程序的方法但是，如果使用者对自编洗衣程序的方法不熟悉不熟悉，那么这种，那么这种自编洗衣

41、程序的功能则自编洗衣程序的功能则形同虚设形同虚设。问题：问题：能否研制一种能否研制一种类似于傻瓜照相机式类似于傻瓜照相机式的洗衣机？的洗衣机？2 2模糊控制洗衣机模糊控制洗衣机 这类洗衣机采用这类洗衣机采用单片机单片机实现实现模糊控制模糊控制。理论上。理论上,模糊控制洗衣模糊控制洗衣机上只需机上只需设一个控制键设一个控制键。使用者只需按下这个控制键，洗衣机就。使用者只需按下这个控制键，洗衣机就可自动完成洗涤过程。可自动完成洗涤过程。电子化洗衣机电子化洗衣机（1）模糊控制洗衣机的基本控制原理）模糊控制洗衣机的基本控制原理模糊控制洗衣机的基本控制原模糊控制洗衣机的基本控制原理为：理为：1）根根据据

42、传传感感器器检检测测到到的的布布质质、布布量量和和衣衣物物的的脏脏污污程程度度，通通过过模模糊糊推推理理确确定定洗洗涤涤剂剂的的投投放放量量、水水位位、水流、脱水时间。水流、脱水时间。2）根根据据洗洗涤涤过过程程中中桶桶内内水水的的混混浊浊度度的的变变化化，实实时时模模糊糊控控制制洗涤时间。洗涤时间。3）根据漂洗后桶内水的）根据漂洗后桶内水的混浊度混浊度确定是否结束漂洗。确定是否结束漂洗。电子化洗衣机电子化洗衣机（2）检测传感器）检测传感器1）混浊度传感器）混浊度传感器混混浊浊度度传传感感器器一一般般采采用用红红外外光光电电传传感感器器。混混浊浊度度传传感感器器浸浸泡泡在在洗洗衣衣桶桶的的溶溶

43、液液内内，主主要要由由一一个个红红外外发发射射管管和和一一个个红红外外接接收收管管组组成成。红红外外发发射射管管发发出出一一定定强强度度的的红红外外光光，红红外外接接收收管管在在溶溶液液的的另另一一侧侧接接收收红红外外光光。根根据据红红外外接接收收管管接接收收到到的的红红外外光光的的强强度度，就就可可以确定溶液的以确定溶液的混浊程度混浊程度。可以通过溶液的可以通过溶液的混浊度混浊度确定确定漂洗过程漂洗过程是否应该结束，通过溶是否应该结束，通过溶液液混浊度的变化率混浊度的变化率判断判断洗衣过程洗衣过程是否应该结束。是否应该结束。电子化洗衣机电子化洗衣机2）布质布量传感器）布质布量传感器布质布量的

44、检测一般在布质布量的检测一般在洗涤之前洗涤之前进行。在一定进行。在一定水位的前提下，水位的前提下，布质布量布质布量不同，产生的不同，产生的布阻抗布阻抗不同。不同。测量布质布量时，先向洗衣桶内加入一定量测量布质布量时，先向洗衣桶内加入一定量的水，起动电机带动波轮转动，然后突然切断电的水，起动电机带动波轮转动，然后突然切断电源。电机靠源。电机靠惯性惯性继续旋转，但此时电机处于发电继续旋转，但此时电机处于发电状态，会产生一定的状态，会产生一定的感应电势感应电势。由于不同的由于不同的布质布量布质布量会形成不同的会形成不同的布阻抗布阻抗，而不同的而不同的布阻抗布阻抗对电机产生不同的对电机产生不同的制动效

45、果制动效果。经过大量试验，归纳出模糊推理规则，就能经过大量试验，归纳出模糊推理规则，就能根据根据感应电势感应电势的的大小大小和和持续时间长短持续时间长短，推断出布，推断出布质布量。质布量。为了减少推断误差，需为了减少推断误差，需反复检测几次反复检测几次，再进行，再进行数学处理。数学处理。电子化洗衣机电子化洗衣机3）水位传感器）水位传感器水位测量采用水位测量采用LC水位传感器。传感器内水位传感器。传感器内的电感电容与外电路构成的电感电容与外电路构成LC振荡器，水位的振荡器，水位的高低影响电感值的大小，因而影响传感器的高低影响电感值的大小，因而影响传感器的振荡频率。由其振荡频率。由其振荡频率振荡频

46、率就可测得水位。就可测得水位。（3）模糊控制洗衣机的工作过程）模糊控制洗衣机的工作过程模糊控制洗衣机的工作过程如右图所示。模糊控制洗衣机的工作过程如右图所示。注意：注意：目前模糊控制洗衣机并非目前模糊控制洗衣机并非一键一键控制，控制，并且洗涤剂由并且洗涤剂由人工人工放入。放入。电子化洗衣机电子化洗衣机三、小结三、小结1.机电式的控制装置机电式的控制装置也能够实现顺序控制度功能，但这也能够实现顺序控制度功能，但这类控制装置已类控制装置已很少应用很少应用。2.机电一体化产品的设计和开发过程中要贯彻机电一体化产品的设计和开发过程中要贯彻“把方把方便送给用户，将麻烦留给自己便送给用户，将麻烦留给自己”

47、的原则。的原则。电子化洗衣机电子化洗衣机电子照相机电子手表电子化洗衣机电子秤 电子秤电子秤 电子秤是一种电子秤是一种装备了电子元件装备了电子元件的的称重设备称重设备。电子秤具有称。电子秤具有称量速度快、读数方便、适于在较恶劣的环境下工作等优点，并量速度快、读数方便、适于在较恶劣的环境下工作等优点，并且便于与计算机技术结合而实现称重技术的自动化。因此，电且便于与计算机技术结合而实现称重技术的自动化。因此，电子秤在工矿企业、能源交通、商业贸易和科学技术等部门得到子秤在工矿企业、能源交通、商业贸易和科学技术等部门得到广泛应用。电子秤的种类繁多，这里只介绍一些应用较为广泛广泛应用。电子秤的种类繁多，这

48、里只介绍一些应用较为广泛电子秤。电子秤。电子秤电子秤 一、电子秤的称重精度概念一、电子秤的称重精度概念 1 1称重精度称重精度 电子秤的称重精度一般用一个电子秤的称重精度一般用一个比例系数比例系数来表示：来表示：FullScale 2 2四角误差四角误差 对于案秤和台秤都存在由于对于案秤和台秤都存在由于被称重物被称重物在秤台上放置的在秤台上放置的位置差位置差别别造成的称重误差。造成的称重误差。电子秤电子秤二、案秤二、案秤 案秤是一种小型的秤，其最大称重量不超过案秤是一种小型的秤，其最大称重量不超过2525公斤，多用于商公斤，多用于商业贸易。根据案秤的工作原理可分为机械式案秤和电子计价秤两大业贸

49、易。根据案秤的工作原理可分为机械式案秤和电子计价秤两大类。类。1 1机械式案秤机械式案秤 机械式案秤可分为杠杆式和弹簧式两种，下面介绍一种典型的机械式案秤可分为杠杆式和弹簧式两种，下面介绍一种典型的杠杆式案秤杠杆式案秤单标尺游铊增铊并用案秤，其工作原理如图所示。单标尺游铊增铊并用案秤，其工作原理如图所示。罗伯威尔机构罗伯威尔机构电子秤电子秤 2 2电子计价秤电子计价秤 电子计价秤的量程一般在电子计价秤的量程一般在3 31515公斤，并带有计价功能。公斤，并带有计价功能。在电子计价秤上采用了以在电子计价秤上采用了以铝合金为弹性体材料铝合金为弹性体材料的双复梁式结的双复梁式结构的称重传感器。这种型

50、式的称重传感器精度高（非线性误差构的称重传感器。这种型式的称重传感器精度高（非线性误差0.02%FS0.02%FS，重复性误差重复性误差0.01%FS0.01%FS），），并可通过并可通过挫磨挫磨修正修正四角误差四角误差，因而可以简化电子计价秤的结构。因而可以简化电子计价秤的结构。电子秤电子秤与机械式案秤相比，电子计价秤具有以下优点：与机械式案秤相比，电子计价秤具有以下优点：（1 1）称量速度快；）称量速度快；（2 2）称重精度高；）称重精度高；（3 3）读数准确；）读数准确；（4 4）能自动计算金额；）能自动计算金额；（5 5）有许多附加功能（如累计、刨皮等）。）有许多附加功能（如累计、刨皮