测控仪器设计（第3版）内容简介

本书为高等工科院校“测控技术与仪器”专业“十一五”规划教材。本书从总体设计出发，用创新设计思想组织光、机、电、计算机相结合的测控仪器设计内容。 本书首先系统地论述了测控仪器的精度理论、总体设计的理论方法、然后分析了在总体设计时如何考虑测控仪器设的精密机械系统、电路与软件系统、光电系统设计的主要问题与方法。

本书内容荟萃了近代仪器设计的有关资料和科研成果，体系新颖，具有相当的深度和广度。使用与仪器、机械、电子、光电类专业师生和从事仪器仪表科研、计量、生产开发的工程技术人员学习和参考。

第3版前言

第2版前言

第1版前言

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3282100433B

第1章 概论

第2章 测控仪器总体设计

第3章 仪器误差分析

第4章 测控仪器硬件电路设计

第5章 测控仪器软件设计

第6章 测控仪器设计实例

参考文献

……2100433B

《测控仪器设计》是测控技术与仪器专业系列教材，从总体设计出发，以现代测控仪器的理念组织编写测控仪器设计的相关内容。《测控仪器设计》首先系统地论述测控仪器的设计思想和设计步骤，在此基础上给出测控仪器的设计原则，并简单介绍了仪器的可靠性设计；然后对仪器的精度设计的理论和方法进行介绍；之后分析了仪器的硬件设计和软件设计方法；最后结合前面章节介绍的理论和方法，给出了两个典型的测控仪器设计实例。

全书内容整合了现代测控仪器设计的相关资料和最新科研成果，具有应用性和实践性强的特点。适用于仪器仪表类专业师生和从事仪器仪表研究、设计、生产和开发的工程技术人员学习和参考。

本书为“十五”国家规划教材，主要作为“测控技术与仪器”专业本科生教材，同时可供相关领域工程技术和研究人员及相邻专业研究生参考。与第1版相比更注重共性内容讲解，拓宽适用面。

本书主要介绍工业生产和科学研究中常用的测量与控制电路的各个功能块和总体连接，使读者熟悉怎样运用电子技术来解决测量与控制中的任务，在电子技术与测量、控制间架起一座桥梁，合理地进行电路总体设计和功能块的选用。

内容包括：测控电路的功用和对它的主要要求，类型、组成和发展趋势；低漂移、高性能测量放大器、隔离和可控放大电路；精密测量中为了将信号与噪声分离、提高信噪比而采用的各种调幅、调频、调相、脉冲调宽和解调电路，以及各种RC有源滤波电路、集成滤波器、跟踪滤波器；为了完成复杂的测量与控制任务而采用的代数、微积分(含PID)、特征值运算电路，以及采样保持、电压与电流、频率转换电路和模拟数字转换电路；增量式数字测量中常用的细分与辨向电路；频率、相位、脉冲参数等电量测试电路；数字和模拟系统中应用的连续信号的脉宽控制和变频控制电路，二值和可编程逻辑控制电路，以及数字控制电路；并通过几个典型的测控系统的剖析，使读者对测控系统整体及测控电路在其中的作用有进一步的了解。全书围绕精度、灵活性、快速响应、可靠性等主要要求对电路进行分析。图书在版编目(CIP)数据