第章光机电一体化系统的

第一章光机电一体化系统的组成与应用第一页，编辑于星期五：十九点四十四分。章节安排光机电一体化系统的组成与实例2光机电一体化的相关技术4光机电一体化的概念31光机电一体化的特点33光机电一体化的发展趋势5第二页，编辑于星期五：十九点四十四分。§1-1光机电一体化的概念光机电一体化的概念萌芽可以追溯到德国提出的精密工程技术，精密工程技术定义为光、机、电一体化的综合技术，如图1-1所示。精密工程技术机械技术光学技术电工与电子技术电工与电子机械光学机械光电子技术图1-1精密工程技术的定义第三页，编辑于星期五：十九点四十四分。光学软件微电子学信息处理与控制相关技术机械学光机电一体化精密工程技术的定义从某种程度上说明了光机电一体化的涵义。一般认为，光机电一体化是由光学、机械学、微电子学、信息处理与控制和软件等各种相关技术交叉融合而构成的群体技术。第四页，编辑于星期五：十九点四十四分。光机电一体化是在机电一体化的基础上引入光学技术而形成的一门新技术。光学技术不是简单地加盟机电一体化技术，而是渗透在机电一体化的各个组成部分。第五页，编辑于星期五：十九点四十四分。在传感器方面的应用航空中心利用原有的测距传感器测量卫星的高度误差为7-10m利用激光的单色性强而制作的激光测距仪而用了激光测量仪测量的误差仅为1~2cm提高了测量的精度和量程第六页，编辑于星期五：十九点四十四分。§1-2光机电一体化的组成与实例图1-2为光机电一体化的组成，它大体包括4个部分，本体结构、计算机控制器、驱动装置、传感器。一、光机电一体化的组成第七页，编辑于星期五：十九点四十四分。控制器由计算机和输入输出口组成；控制系统分类：开环系统和闭环系统控制算法：在控制器中完成本体结构光机电一体化产品所有功能的支撑结构，完成系统的结构功能第八页，编辑于星期五：十九点四十四分。传感器将被测对象的状态转化为电信号的装置执行装置按照控制器发出的指令，将电信号转换为机械能驱动装置的类型：电动、气动、液动第九页，编辑于星期五：十九点四十四分。脑心脏骨骼五官四肢控制系统动力装置检测装置执行机构机械本体光机电一体化各组成部分的关系与人体的脑、心脏、四肢、骨骼、五官相似第十页，编辑于星期五：十九点四十四分。电子元器件对电磁干扰和放射线的干扰非常敏感电动伺服系统的抗电磁干扰和放射线干扰的性能较差，在实际工作中容易引起误操作光子元件和机械部件可以有效防护电磁及放射线的干扰在环境恶劣的条件下，用光子元件和机械部件组成的光-气伺服系统代替电子元器件构成的电动伺服系统是最佳选择。二、光机电一体化的实例（1）光-气伺服系统vs电动伺服系统第十一页，编辑于星期五：十九点四十四分。（2）VCD放像器VCD和CD类似，只是结构更加复杂。VCD盘面上以坑、岛形式记载着声音和图像信息当光盘放进影碟机的托架上，主轴伺服系统带动托架和光盘作高速旋转运动拾讯头的物镜将激光束聚焦后照射到光盘的面，盘面上的坑、岛对投射激光的反射强弱不同反射光通过光电转换、解调电路、将声音和图像信息分开，分别送到放音系统和图像显示设备VCD放像机（激光影碟机）是典型的光机电一体化产品第十二页，编辑于星期五：十九点四十四分。实例光盘存储一．光盘存储的类型1、用光盘记录用光盘也称“写后直读型”(draw)盘它兼有写入和读出两种功能，并且写入后不需处理即可直接读出所记录的信息可用作信息的追加记录这类系统根据记录介质和记录方式的不同又可分为作一次写入和可擦重写两类。第十三页，编辑于星期五：十九点四十四分。2、专用再现光盘专用再现光盘也称“只读”型(readnly)。只能用来再现由专业工厂事先复制的光盘信息不能由用户自行追加记录．各种各样光盘第十四页，编辑于星期五：十九点四十四分。光盘第十五页，编辑于星期五：十九点四十四分。二、光盘存储的特点CompanyLOGO1)存储密度高、容量大2)写入读出率高3)存储寿命长4)每信息位的价格最低，易复制、寿命长5)有随机寻址能力，随机存取时间小于60ms6)光盘存储是非接触写入读出，防尘耐污染，操作方便，易与计算机联机使用第十六页，编辑于星期五：十九点四十四分。三、光盘存储的工作原理在光盘上写入信息的装置称作光盘记录系统光盘存储技术是利用激光在介质上写入并读出信息存储介质最早是非磁性的，以后发展为磁性介质非磁性的写入的信息不能抹掉，是不可逆的存储介质用磁性介质进行光存储记录时，可以抹去原来写入的信息，并能够写入新的信息，可擦可写反复使用第十七页，编辑于星期五：十九点四十四分。能从光盘上读出数据的装置是光盘重放系统。大多数光盘装置具有记录和重放的双重功能。1、只读型实例：光盘存储第十八页，编辑于星期五：十九点四十四分。原理将载有音频、视频或文件信息的调制激光束被聚焦透镜缩小成直径1um左右的光点高能量密度的细束激光加热光盘的记录介质表面，使局部位置发生永久性变形，这造成介质表面光学特性的二值化改变光盘的截面形状第十九页，编辑于星期五：十九点四十四分。由于光盘是旋转的，而写入头是平移的，在光盘面上会形成轨迹为螺旋状的一系列微小凹坑或其它形式的信息记录点这些信息点的不同编码方式就代表了被存储的信息数据第二十页，编辑于星期五：十九点四十四分。读出数据时，与写入信息相同，光盘转动，读数头作平移运动，即合成螺旋运动将照射激光束聚焦在光盘信息层上当激光束全部照在光盘信息层的平坦区域时，反射光为亮纹而当部分激光束落到凹坑底部时，反射光为暗纹只要用光电检测器接收反射回来的被信息点调制的光强，就可得到：“0”或“1”的信号读出数据时第二十一页，编辑于星期五：十九点四十四分。2．可擦型同只读型类似，只是在激光束照射光盘时，使光盘表面的磁性膜磁化或使介质表面结晶状态发生变化。另一种光存方法采用基于光热磁效应的光磁盘装置基本设备也和光盘装置相类似，主要的区别在于采用的是磁性的记录介质在细束激光的调制作用下，通过改变磁介质的磁化方向完成信息的存储第二十二页，编辑于星期五：十九点四十四分。读出时在信息读出时不是检测光的反射率而是通过检测反射光的偏振状态检测信息点处的磁化方向第二十三页，编辑于星期五：十九点四十四分。四．光盘存储系统的关键技术光学系统机械系统信号处理系统伺服跟踪系统M1M2M4M3光盘存储系统主要包括：光学系统、机械系统、伺服跟踪系统和信号处理系统。第二十四页，编辑于星期五：十九点四十四分。光盘存储系统的核心装置是光盘驱动器，它是一种超精密光电子装置。光盘驱动器第二十五页，编辑于星期五：十九点四十四分。光盘驱动器的组成框图第二十六页，编辑于星期五：十九点四十四分。1． 光学系统(1)激光聚束光路(2)写入光调制器(3)循迹跟踪反射镜(4)光电检测系统2．  机械系统(1)转台机构(2)滑板机构(3)光电头机构3． 控制系统(1)转台恒速控制系统(2)滑板位移控制系统(3)调焦控制系统(4)循迹跟踪系统4． 信号处理系统(1)写入信号处理器(2)读出信号处理器(3)控制器总结第二十七页，编辑于星期五：十九点四十四分。§1.3光机电一体化的特点特点小型化、轻型化知识密集柔性化、智能化高精度、多功能可靠性高第二十八页，编辑于星期五：十九点四十四分。§1.4光机电一体化的相关技术1.机械技术2.光学技术3.信息处理技术4.系统集成技术5.检测与传感技术6.自动控制技术7.伺服驱动技术第二十九页，编辑于星期五：十九点四十四分。§1.4光机电一体化的相关技术1.机械技术2.光学技术3.信息处理技术4.系统集成技术5.检测与传感技术6.自动控制技术7.伺服驱动技术第三十页，编辑于星期五：十九点四十四分。微型化未来的光机电一体化技术将朝着微型化、智能化、模块化、数字化、网络化、集成化的方向发展。微电子学、光学、计算机与控制技术的每一个新的进步都会极大的推动光机电一体化技术的发展。智能化模块化数字化集成化§1.5光机电一体化的发展趋势第三十一页，编辑于星期五：十九点四十四分。机器人为采用螺旋桨的直升飞机，可自动控制姿态、按事先指定的路线飞行。μFR-II通过市场上销售的锂离子电池驱动。通过采用精工爱普生的陀螺仪“XV-3500CB”等，机身（不包括电池）的重量减轻了0.3g，仅为8.6g。包括电池在内，全部重量为12.3g。微型化－μFR-II微型飞行机器人第三十二页，编辑于星期五：十九点四十四分。MFR-II微型飞行机器人螺旋桨长136mm，高约85mm。第三十三页，编辑于星期五：十九点四十四分。微型内窥镜最新型的M2A微型内窥镜，也叫“装在药丸里的相机”。用M2A微型内窥镜做检查不会给病人带来痛苦，还可以帮助医生看见人体长达21英尺的小肠内发生的病变，如不明显的内出血、侵犯胃肠道的克罗恩病，及小肠生长的肿瘤等。第三十四页，编辑于星期五：十九点四十四分。微型内窥镜第三十五页，编辑于星期五：十九点四十四分。智能化机器人图片机器人动画第三十六页，编辑于星期五：十九点四十四分。模块化第三十七页，编辑于星期五：十九点四十四分。数字化第三十八页，编辑于星期五：十九点四十四分。END!第三十九页，编辑于星期五：十九点四十四分。