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第一章 测控仪器设计概论1

第一节 测控仪器的概念和组成1

一、测控仪器的概念1

二、测控仪器的组成2

第二节 测控仪器及其设计的发展状况与趋势5

一、测控仪器的发展状况和发展趋势5

二、测控仪器设计的发展概况7

第三节 测量仪器通用术语及定义14

第四节 对测控仪器设计的要求和设计程序17

一、设计要求17

二、设计程序18

思考题19

第二章 仪器精度理论20

第一节 仪器精度理论中的若干基本概念20

一、测量误差20

二、精度21

三、仪器的静态特性与动态特性22

第二节 仪器误差的来源与性质25

一、原理误差26

二、制造误差29

三、运行误差29

第三节 仪器误差的分析32

一、误差独立作用原理33

二、微分法34

三、几何法35

四、作用线与瞬时臂法36

五、数学逼近法43

六、控制系统的误差分析法44

七、其他方法46

第四节 仪器误差的综合47

一、随机误差的综合47

二、系统误差的综合48

三、仪器总体误差的合成48

第五节 仪器误差的分析合成举例49

一、数字显示式立式光学计原理与结构49

二、数字显示式立式光学计精度分析50

第六节 仪器精度设计54

一、仪器精度指标的确定54

二、误差分配方法57

思考题60

第三章 测控仪器总体设计62

第一节 设计任务分析62

第二节 创新性设计63

一、创新设计思维能力的培养64

二、创新设计方法65

第三节 测控仪器设计原则66

一、阿贝（Abbe）原则及其扩展66

二、变形最小原则及减小变形影响的措施72

三、测量链最短原则79

四、坐标系基准统一原则79

五、精度匹配原则82

六、经济原则82

第四节 测控仪器设计原理83

一、平均读数原理83

二、比较测量原理87

三、补偿原理91

第五节 测控仪器工作原理的选择和系统设计93

一、传感器的选择与设计93

二、标准量及其细分方法的选用99

三、数据处理与显示装置的选取101

四、运动方式与控制方式的确定104

第六节 测控仪器主要结构参数与技术指标的确定104

一、从精度要求出发来确定仪器参数——光学灵敏杠杆的杠杆比的确定105

二、从测量范围要求出发确定仪器参数——小模数渐开线齿廓偏差检查仪的结构参数的确定106

三、从误差补偿要求来确定参数——电容压力传感器的结构参数确定108

四、从仪器精度和分辨力要求出发确定仪器参数——光栅式刀具预调仪光电部分结构参数的选择109

第七节 测控仪器的造型设计110

一、外形设计110

二、人机工程112

思考题113

第四章 精密机械系统的设计115

第一节 仪器的支承件设计115

一、基座与立柱等支承件的结构特点和设计要求115

二、基座与立柱等支承件的结构设计118

第二节 仪器的导轨及设计123

一、导轨的功用与分类123

二、导轨部件设计的基本要求123

三、导轨设计应遵守的原理和准则129

四、滑动摩擦导轨及设计130

五、滚动摩擦导轨及设计134

六、静压导轨及设计要点140

七、设计时导轨选择要点147

第三节 主轴系统及设计151

一、主轴系统设计的基本要求151

二、精密油膜滑动轴承轴系结构及设计159

三、滚动摩擦轴系及设计161

四、气体静压轴承轴系结构及设计168

五、液体静压轴承轴系及设计171

六、液体动压轴承轴系173

七、设计时轴系选择要点175

第四节 伺服机械系统设计176

一、伺服系统的分类177

二、伺服驱动装置178

三、机械传动装置178

四、伺服系统的精度180

五、伺服系统的误差校正181

第五节 微位移机构及设计182

一、常用的微位移机构182

二、微驱动器件186

三、柔性铰链188

四、精密微动工作台设计要点191

思考题192

第五章 电路与软件系统设计193

第一节 电路与软件系统概述193

一、电路与软件系统的作用193

二、电路与软件系统的组成193

三、电路与软件系统的设计要求195

四、电路与软件系统的设计准则199

第二节 测控电路设计201

一、测量电路的设计201

二、中央处理系统设计211

三、控制电路设计219

四、电源设计225

五、电路系统的抗干扰技术229

第三节 测控仪器的软件设计238

一、软件系统的作用与特点238

二、软件设计的原则239

三、软件设计的方法与过程239

四、常用应用软件240

第四节 可靠性与故障诊断技术243

一、电路系统的可靠性243

二、软件系统的可靠性245

三、故障诊断技术248

第五节 电路与软件系统的设计举例248

思考题253

第六章 光电系统设计254

第一节 测控仪器光电系统的组成和类型254

一、光电系统的组成254

二、光电系统的类型255

第二节 光电系统的特性256

一、光电特性256

二、光谱特性及光谱匹配256

三、光电灵敏度特性（光谱响应率）256

四、频率响应特性257

五、光电系统的探测率D和比探测率D257

第三节 光电系统的设计原则258

一、匹配原则258

二、干扰光最小原则258

三、共光路原则260

第四节 光电测量系统中的光源及照明系统261

一、光源的基本参数261

二、光电测量中的常用光源262

三、照明系统267

四、光源及照明系统的选择270

第五节 直接检测系统的设计271

一、直接检测光电系统的工作原理272

二、光功率直接检测光电系统的设计273

三、距离检测光电系统的设计279

四、几何中心与几何位置光电检测系统设计284

五、直接检测光电系统中的光学参数的确定287

第六节 相干变换与检测系统设计291

一、光学干涉和干涉测量291

二、干涉条纹光强检测法及其设计292

三、干涉条纹相位检测法及其设计296

四、干涉条纹的外差检测系统297

第七节 光电系统设计举例——激光干涉仪的设计301

一、干涉仪的一般特性及设计要点301

二、激光干涉测长仪设计302

思考题310

参考文献311