精密儀器設(shè)計

目錄1 現(xiàn)代精密儀器設(shè)計概論1

1.1 現(xiàn)代精密儀器概述1

1.1.1 儀器儀表是信息的源頭1

1.1.2 我國現(xiàn)代精密儀器發(fā)展的狀況3

1.1.3 國外儀器發(fā)展趨勢5

1.1.4 "精密儀器設(shè)計"課程的目的與要求6

1.2 精密儀器的基本組成7

1.3 精密儀器設(shè)計的指導(dǎo)思想與程序9

1.3.1 指導(dǎo)思想9

1.3.2 設(shè)計程序11

習(xí)題122 精密儀器設(shè)計方法13

2.1 設(shè)計方法概述13

2.2 設(shè)計任務(wù)分析15

2.3 系統(tǒng)參數(shù)與指標(biāo)設(shè)計17

2.3.1 主要參數(shù)與技術(shù)指標(biāo)的內(nèi)容17

2.3.2 確定主要參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)的方法18

2.4 總體方案的制定25

2.4.1 基本設(shè)計原則25

2.4.2 總體方案制定的內(nèi)容40

2.5 典型設(shè)計方法47

2.5.1 優(yōu)化設(shè)計47

2.5.2 可靠性設(shè)計49

2.5.3 虛擬儀器設(shè)計51

習(xí)題54目錄現(xiàn)代精密儀器設(shè)計(第2版)3 儀器精度設(shè)計與分析57

3.1 儀器精度概述57

3.1.1 誤差57

3.1.2 精度(不確定度)59

3.1.3 儀器精度(不確定度)指標(biāo)60

3.2 儀器誤差的來源與分類65

3.2.1 原理誤差65

3.2.2 制造誤差66

3.2.3 運行誤差66

3.3 誤差計算分析方法70

3.3.1 誤差獨立作用原理70

3.3.2 微分法72

3.3.3 幾何法72

3.3.4 逐步投影法73

3.3.5 作用線與瞬時臂法73

3.4 誤差綜合與實例分析77

3.4.1 隨機誤差的合成77

3.4.2 系統(tǒng)誤差的合成78

3.4.3 不同性質(zhì)誤差的合成79

3.4.4 誤差分析計算實例80

習(xí)題824 精密機械系統(tǒng)87

4.1 基座與支承件87

4.1.1 基座與支承件的結(jié)構(gòu)特點87

4.1.2 對基座和支承件的主要技術(shù)要求88

4.1.3 基座與支承件的設(shè)計要點90

4.2 導(dǎo)軌副92

4.2.1 種類及特點92

4.2.2 基本要求94

4.2.3 導(dǎo)軌設(shè)計思路97

4.3 主軸系統(tǒng)100

4.3.1 設(shè)計的基本要求100

4.3.2 主軸的類型102

4.3.3 結(jié)構(gòu)舉例105

4.3.4 幾種軸系的比較106

習(xí)題1065 傳感檢測技術(shù)107

5.1 檢測系統(tǒng)107

5.1.1 測量方法簡介107

5.1.2 傳感檢測系統(tǒng)的構(gòu)成110

5.1.3 檢測系統(tǒng)設(shè)計要點111

5.2 傳感器選擇113

5.2.1 模型與指標(biāo)參數(shù)114

5.2.2 傳感器的分類116

5.2.3 傳感器選擇原則120

5.2.4 典型儀器傳感器121

5.2.5 多傳感器信息融合技術(shù)125

5.3 傳感檢測抗干擾技術(shù)127

5.3.1 噪聲源及噪聲耦合方式127

5.3.2 共模與差模干擾132

5.3.3 屏蔽技術(shù)135

5.3.4 接地技術(shù)138

習(xí)題1406 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計141

6.1 光學(xué)系統(tǒng)的組成與特點141

6.1.1 光學(xué)系統(tǒng)的組成141

6.1.2 光學(xué)系統(tǒng)的特點142

6.2 人眼和光電探測器142

6.2.1 人眼的特征143

6.2.2 光電探測器概述144

6.3 光源147

6.4 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計原則及典型光學(xué)系統(tǒng)的基本參數(shù)149

6.4.1 光學(xué)系統(tǒng)總體設(shè)計原則149

6.4.2 顯微系統(tǒng)及其參數(shù)確定150

6.4.3 投影系統(tǒng)及其參數(shù)確定156

6.4.4 望遠系統(tǒng)及其參數(shù)確定160

6.4.5 照明系統(tǒng)及其參數(shù)確定165

6.5 光電系統(tǒng)參數(shù)170

6.5.1 入瞳直徑的計算170

6.5.2 探測器位于像面上的結(jié)構(gòu)171

6.5.3 光源像大于探測器的結(jié)構(gòu)173

6.5.4 探測器位于出瞳上的結(jié)構(gòu)174

6.6 總體設(shè)計舉例175

6.6.1 FTIR光譜儀器的原理、特點及用途175

6.6.2 技術(shù)指標(biāo)176

6.6.3 設(shè)計方案177

6.6.4 FTIR主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定178

習(xí)題1817 微位移技術(shù)183

7.1 概述184

7.2 柔性鉸鏈187

7.2.1 柔性鉸鏈的類型187

7.2.2 柔性鉸鏈設(shè)計188

7.2.3 典型柔性鉸鏈及應(yīng)用189

7.3 精密致動技術(shù)193

7.3.1 機電耦合致動193

7.3.2 電磁致動197

7.4 典型微位移系統(tǒng)201

7.4.1 柔性支承+壓電致動201

7.4.2 滾動導(dǎo)軌+壓電致動203

7.4.3 彈簧導(dǎo)軌+機械致動204

7.4.4 彈簧導(dǎo)軌+電磁致動205

7.4.5 氣浮導(dǎo)軌206

7.4.6 滑動導(dǎo)軌+壓電致動207

7.4.7 其他微位移系統(tǒng)208

7.5 精密微動系統(tǒng)設(shè)計實例213

7.5.1 微動工作臺設(shè)計要求213

7.5.2 系統(tǒng)設(shè)計中的關(guān)鍵問題分析214

7.5.3 精密微動工作臺的設(shè)計218

7.5.4 微動工作臺的特性分析221

習(xí)題2248 機械伺服系統(tǒng)設(shè)計226

8.1 概述226

8.1.1 伺服系統(tǒng)的分類及閉環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)成和設(shè)計步驟226

8.1.2 設(shè)計要求及性能指標(biāo)228

8.1.3 伺服系統(tǒng)的設(shè)計步驟230

8.2 開環(huán)伺服系統(tǒng)設(shè)計231

8.2.1 步進電機控制系統(tǒng)231

8.2.2 開環(huán)系統(tǒng)的誤差分析與校正232

8.3 閉環(huán)伺服系統(tǒng)設(shè)計236

8.3.1 閉環(huán)伺服系統(tǒng)的基本類型及原理236

8.3.2 設(shè)計舉例: 脈寬調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計和校正241

習(xí)題2519 精密測量技術(shù)254

9.1 精密測量技術(shù)概述254

9.2 瞄準(zhǔn)與對準(zhǔn)技術(shù)255

9.2.1 接觸式瞄準(zhǔn)方法256

9.2.2 非接觸式瞄準(zhǔn)方法267

9.2.3 典型光電對準(zhǔn)系統(tǒng)273

9.3 光柵測量技術(shù)284

9.3.1 測量原理285

9.3.2 光柵系統(tǒng)設(shè)計289

9.3.3 典型光柵測量系統(tǒng)293

9.4 激光干涉測量技術(shù)296

9.4.1 測量原理296

9.4.2 激光干涉測量系統(tǒng)設(shè)計297

9.4.3 雙頻激光干涉測量系統(tǒng)305

習(xí)題30810 精密儀器設(shè)計實例與實驗310

10.1 線寬測量儀自動調(diào)焦系統(tǒng)310

10.1.1 儀器設(shè)計任務(wù)310

10.1.2 系統(tǒng)方案選擇311

10.1.3 清晰度判據(jù)函數(shù)選擇312

10.1.4 最佳物面搜索315

10.1.5 自動調(diào)焦實驗317

10.2 基于光學(xué)立體顯微鏡的微裝配系統(tǒng)318

10.2.1 儀器設(shè)計任務(wù)318

10.2.2 系統(tǒng)方案選擇319

10.2.3 微動工作臺設(shè)計322

10.2.4 系統(tǒng)測量實驗323

10.3 精密儀器設(shè)計綜合實驗327

10.3.1 實驗?zāi)康?27

10.3.2 實驗原理327

10.3.3 實驗儀器328

10.3.4 綜合實驗328

習(xí)題334參考文獻335

全書共分10章，包括現(xiàn)代精密儀器設(shè)計概論、精密儀器設(shè)計方法、儀器精度設(shè)計與分析、精密機械系統(tǒng)、傳感檢測技術(shù)、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計、微位移技術(shù)、機械伺服系統(tǒng)設(shè)計、精密測量技術(shù)、精密儀器設(shè)計實例與實驗。

本書可作為測控技術(shù)與儀器、光學(xué)工程以及機電類專業(yè)大專院校教材，也可供從事儀器科學(xué)與技術(shù)及機電類研究、設(shè)計、制造、調(diào)修的工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)和參考。

一、現(xiàn)代精密儀器設(shè)計概論

1.1 概述

1.2 現(xiàn)代精密儀器的基本組成

1.3 現(xiàn)代精密儀器設(shè)計的指導(dǎo)思想、原則與程序

思考題

二、精密儀器總體設(shè)計

2.1 設(shè)計方法概述

2.2 設(shè)計任務(wù)分析

2.3 主要參數(shù)與技術(shù)指標(biāo)

2.4 總體方案的制定

思考題

三、精密儀器設(shè)計的精度理論

3.1 儀器精度理論中的若干基本概念

3.2 儀器誤差的來源與分析

3.3 儀器誤差的計算分析方法

3.4 儀器誤差的綜合

3.5 儀器精度設(shè)計與誤差分配

3.6 儀器的動態(tài)精度

思考題與習(xí)題

四、精神機械系統(tǒng)

4.1 基座與支承件

4.2 精密x-y工作臺

4.3 主軸系統(tǒng)

思考題與習(xí)題

五、微位移技術(shù)

5.1 概述

5.2 壓電、電致伸縮器件

5.3 電磁控制的微動工作臺

5.4 柔性鉸鏈

5.5 精密微動工作臺的設(shè)計及其特性分析

5.6 其他類型的微位移機構(gòu)

思考題與習(xí)題

六、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計

6.1 概述

6.2 光輻射源及特片

6.3 信噪比的計算方法

6.4 光學(xué)系統(tǒng)基本參數(shù)的確定

6.5 光電系統(tǒng)中參數(shù)的確定

6.6 總體設(shè)計舉例

思考題與習(xí)題

七、定位與測量系統(tǒng)

7.1 概述

7.2 光柵定位測量系統(tǒng)

7.3 激光干涉定位測量系統(tǒng)

7.4 其他編碼器

思考題與習(xí)題

八、瞄準(zhǔn)與對準(zhǔn)系統(tǒng)

8.1 接觸式瞄準(zhǔn)方法

8.2 非接觸式瞄準(zhǔn)方法

8.3 光電自動對準(zhǔn)系統(tǒng)

思考題與習(xí)題

九、自動調(diào)焦系統(tǒng)

十、精密機械伺服系統(tǒng)設(shè)計

十一、微型機電系統(tǒng)

參考文獻