《光电仪器系统设计》期末复习

《光电仪器系统设计》复习

注：以下题目的答案仅供参考，部分题目的答案可能不够完整与严格。

第一章概论

一、什么是光电仪器，其基本作用有那些？

以光学原理为基础，综合采用电子、计算机、机械等其他技术的各类仪器，用于对物质实体及其属性进行观察、监测、测定、验证、传输、变换、显示、分析处理与控制。

二、光电仪器的基本构成包括哪几部分，涉及哪些内容？

光电仪器的构成——三大部分

●机械部分：仪器的传动机构、联接机构、调整机构和壳体等

●电子与微机控制部分：各种电子线路、照明、显示和计算机控制等

●光学部分：由各种透镜、棱镜、平面镜、光栅和光纤等元件组合而成

三、光电仪器设计的指导思想是什么？

(1) 仪器的性能指标确定要合理，综合考虑应用场合和整体性能

(2) 经济性：不盲目追求复杂、高级方案，尽可能采用最简单、最经济的设计方案满足所提出的功能要求。

(3) 可靠性：可靠性差，就没有使用价值。

(4) 环保与安全性：不污染环境，对操作人员没有伤害。

(5) 效率：尽可能提高测量速度

(6) 寿命：充分考虑器件的寿命，易耗元件的更换，维护的方便。

(7) 封装和造型：总体结构安装、部件建的造型、细部美化等都要考虑，尽量使产品。

(8) 操作方便：操作要符合人们的习惯，尽可能节省人的体力和脑力。

四、光电仪器设计的原则是什么？

(1) 从原理上提高性能的原则

(2) 精度匹配原则：在分析基础上，对各部分精度分配恰当

(3) 最短传动链原则：影响精度的测量和传动链最短，零部件最少

(4) 零部件的标准化、系列化和通用化原则

(5) 便于加工和生产的原则

(6) 最佳性价比的原则

五、光学仪器如何进行分类？

①按光学工作原理：

●反射原理：采用各种反射镜及其组合：潜艇观察镜、反光镜等

●成像原理：显微、望远、投影、照相、OCT等

●物理光学：干涉、衍射、偏振等

●导波光学：纤维光学和波导光电仪器等

②按经典光学应用分类：

●观察仪器：望远镜、显微镜等

●测量仪器：测距仪、干涉仪、OCT等

●瞄准：

●摄像：照相机

③按光谱波段分类：

●可见光仪器：目视光学仪器、可见光成像仪器

●红外光学仪器：红外夜视仪器、空间红外探测仪器

●紫外光学仪器：紫外成像仪器、光刻机器

④按现代光学用途分类：

●民用光电仪器：普通目视光学仪器、可见光成像仪器、CCD观察及成像仪器等

●军用光电仪器：观测仪器、头盔夜视仪、空间红外探测仪器、各种军用装备等

●空间光电仪器：飞机机载光电仪器、卫星光电仪器

六、光学仪器设计包括哪些程序？

(1) 确定设计任务：根据用户需求、发展要求来确定

(2) 调研：了解国内外同类产品、性能和特点

(3) 分析设计任务，制定设计任务书

(4) 方案设计：

①实现功能分析；

②确定采用技术方案的原理，建立模型；

③主要参数的确定，形成实现仪器功能的可行性方案的组合

④确定几个较佳方案（优化分析）

⑤技术经济的评价

⑥计算机模拟

(5) 技术设计

①确定可行性方案，进行总体结构设计；

②零部件的设计；

③性能分析和设计优化；

④技术经济的评价

⑤提交设计图，计算说明书，分析和评价的设计说明书和明细表等

(6) 制造样机，性能测试和完善：编写设计说明书、使用说明书和检定规程。

根据测试结果，修正设计，最后设计定型。

第二章现代光电仪器的设计方法

一、为什么要考虑光电仪器人机工程设计，如何考虑？

（1）目的：设计出最适于人操作的仪器、最方便使用的操纵器、最醒目的控制盘、最不容易读错的显示器、舒适的座椅以及适宜的工作环境，使工作者不产生心理上的压抑感和紧张感，甚至体验到舒适、安定和亲切。

（2）方法：①通过样机试制听取消费者和操作人员的反映；②主动学习和利用人机工程学的理论和方法，可以争取时间、少走弯路和减少人力浪费。二、人眼的视野范围是多大？最佳视区是多大，如何计算？

①人眼的焦距：f=-16.68 mm，f’=22.29 mm，瞳孔直径2~8 mm，瞳孔到角膜顶点距离约为4 mm。

②视野：头部和眼球不动时，人眼的视野范围水平方向为120°，垂直方向为130°（上60°，下70°）。

最佳视线：水平下线10 °方向上

最佳视区：±5 °，水平从眼轴算，垂直从最佳视线算

良好视区：水平方向30 °，垂直方向＋10 °~ -30 °

最大视区：水平方向120 °，垂直方向＋60 °~ -70 °

三、优化设计的目的是什么？方法包括？

优化设计设计就是将优化技术应用于设计过程，目的是获得比较理想的设计参数，从而提高设计质量和速度。

设计方法：分为直接法和求导法。①直接法是直接计算函数值、比较函数值，以此作为迭代的基础；②求导法是以多变量函数极值理论为依据，利用函数形态作为迭代收敛的基础

四、仪器优化设计中的三次设计包括？参数设计目的？

（1）系统设计（2）参数设计（3）允差设计

参数设计是高质量产品的重要阶段。目的是从庞大的组合关系中找出最好的参数搭配关系，使质量最稳定可靠。结果是通过第二次设计，使产品的质量在精度和稳定性方面获得很大提高。

五、可靠性设计有什么特点？

①在对失效可能性的认识和评价上，常规设计用安全系数，可靠性设计采用可靠度或其他可靠性指标，因此对失效可能性的认识和评价更合理；

②可靠型设计除了引入可靠度或其他可靠性指标外，还对仪器的安全系数作了统计分析，得出的安全系数更科学，可靠性设计对仪器安全度的评价一般有两个：即可靠度和安全系数。

六、什么是可靠性实验，包括哪些，目的是什么？

可靠性实验：为确定仪器可靠性特征参量进行的实验

可靠性实验分为破坏性实验和非破坏性实验，主要包括寿命实验、可靠性增强实验、可靠性鉴定实验等。

（1）发现仪器在设计、材料、工艺等方面的缺陷，为改进设计提供依据；

（2）提供可行数据作为工作状态、维修成本等估计用。

第三章光学系统设计基础

一、基本的光学系统有那些？