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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3

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6

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15

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19

思考题19

第二章 仪器精度理论21

第一节 仪器精度理论中的若干基本概念21

一、测量误差21

二、精度23

三、仪器的静态特性与常用精度指标23

四、仪器的动态特性与其精度指标24

第二节 仪器误差的来源与性质27

一、原理误差27

二、制造误差31

三、运行误差32

第三节 仪器误差的分析35

一、误差独立作用原理35

二、微分法36

三、几何法38

四、作用线与瞬时臂法39

五、数学逼近法45

六、控制系统的误差分析法46

七、蒙特卡洛方法48

八、其他方法53

第四节 仪器误差的综合53

一、随机误差的综合54

二、系统误差的综合55

三、仪器总体误差的合成55

第五节 仪器误差的分析合成举例56

一、数字显示式立式光学计原理与结构56

二、数字显示式立式光学计精度分析57

第六节 仪器精度设计61

一、仪器精度指标的确定62

二、误差分配方法64

思考题67

第三章 测控仪器总体设计69

第一节 设计任务分析69

第二节 创新性设计70

一、创新设计思维能力的培养71

二、创新设计方法72

第三节 测控仪器设计原则73

一、阿贝（Abbe）原则及其扩展73

二、变形最小原则及减小变形影响的措施79

三、测量链最短原则85

四、坐标系基准统一原则86

五、精度匹配原则89

六、经济原则89

第四节 测控仪器设计原理90

一、平均读数原理90

二、比较测量原理95

三、补偿原理99

第五节 测控仪器工作原理的选择和系统设计101

一、传感器的选择与设计101

二、标准量及其细分方法的选用107

三、数据处理与显示装置的选取109

四、运动方式与控制方式的确定112

五、测控仪器的智能化设计与总线方式的选择112

第六节 测控仪器主要结构参数与技术指标的确定118

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119

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120

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122

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123

第七节 测控仪器的造型设计124

一、外形设计124

二、人机工程126

思考题127

第四章 精密机械系统的设计129

第一节 精密机械系统现代设计方法129

一、精密机械系统的计算机辅助设计129

二、模块化设计131

三、反求工程设计132

第二节 仪器的支承件设计133

一、基座与立柱等支承件的结构特点和设计要求133

二、基座与立柱等支承件的结构设计136

第三节 仪器的导轨及设计141

一、导轨的功用与分类141

二、导轨部件设计的基本要求141

三、导轨设计应遵守的原理和准则146

四、滑动摩擦导轨及设计148

五、滚动摩擦导轨及设计151

六、静压导轨及设计要点157

七、设计导轨时选择的要点164

第四节 主轴系统及设计168

一、主轴系统设计的基本要求168

二、精密油膜滑动轴承轴系结构及设计176

三、滚动摩擦轴系及设计178

四、气体静压轴承轴系结构及设计185

五、液体静压轴承轴系及设计187

六、液体动压轴承轴系189

七、设计时轴系选择要点191

第五节 伺服机械系统设计193

一、伺服系统的分类193

二、伺服驱动装置195

三、机械传动装置195

四、伺服系统的精度196

五、伺服系统的误差校正196

第六节 微调与微位移机构及设计197

一、微调机构197

二、微位移机构及设计199

思考题208

第五章 电路与软件系统设计210

第一节 电路与软件系统概述210

一、电路与软件系统的作用210

二、电路与软件系统的组成210

三、电路与软件系统的设计要求212

四、电路与软件系统的设计准则216

第二节 测控电路设计方法217

一、测量电路的设计217

二、中央处理系统设计227

三、控制电路设计236

四、电源设计242

五、电路系统的抗干扰技术246

第三节 测控仪器的软件设计258

一、软件系统的作用与特点258

二、软件设计的原则259

三、软件设计的方法与过程259

四、常用应用软件260

第四节 可靠性与故障诊断技术263

一、可靠性设计的作用、原则与方法263

二、电路系统的可靠性264

三、软件系统的可靠性266

四、故障诊断技术269

思考题269

第六章 光电系统设计271

第一节 测控仪器光电系统的组成和类型271

一、光电系统的组成271

二、光电系统的类型272

第二节 光电系统的特性273

一、光电特性273

二、光谱特性及光谱匹配273

三、光电灵敏度特性（光谱响应率）273

四、频率响应特性274

五、光电系统的探测率D和比探测率D＊274

第三节 光电系统的设计原则274

一、匹配原则275

二、干扰光最小原则275

三、共光路原则276

第四节 光电测量系统中的光源及照明系统277

一、光源的基本参数277

二、光电测量中的常用光源279

三、照明系统284

四、光源及照明系统的选择286

第五节 直接检测系统的设计288

一、直接检测光电系统的工作原理288

二、光功率直接检测光电系统的设计289

三、距离检测光电系统的设计295

四、几何中心与几何位置光电检测系统设计301

五、直接检测光电系统中的光学参数的确定304

第六节 相干变换与检测系统设计307

一、光学干涉测量基本公式308

二、干涉条纹光强检测法及其设计309

三、干涉条纹相位检测法及其设计313

四、干涉条纹的外差检测系统314

第七节 光电系统设计举例——激光干涉仪的设计318

一、干涉仪的一般特性及设计要点318

二、激光干涉测长仪设计319

思考题327

参考文献328