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第1章 精密仪器设计概论 1

1.1仪器科学的内涵及其发展 1

1.1.1仪器科学的内涵 1

1.1.2仪器科学的发展 7

1.2航空航天精密仪器 14

1.2.1航空航天精密仪器的研究现状 14

1.2.2航空航天精密仪器的发展趋势 25

1.3精密仪器的基本组成与设计 27

1.3.1精密仪器的基本组成 27

1.3.2精密仪器设计的主要问题 31

1.3.3精密仪器设计的指导思想 32

1.3.4精密仪器设计的基本要求 33

1.3.5精密仪器设计的任务分析 38

1.3.6精密仪器设计的程序步骤 40

习题 41

第2章 精密仪器的设计思路 42

2.1精密仪器的总体设计 42

2.1.1精密仪器的设计原理 42

2.1.2精密仪器的设计方法 49

2.1.3精密仪器的设计内容 56

2.1.4精密仪器的参数与指标 58

2.2精密仪器设计中的主要因素 60

2.2.1精密仪器设计中的温度因素 60

2.2.2精密仪器设计中的力学因素 67

2.2.3精密仪器设计中的材料因素 71

2.2.4精密仪器设计中的其他因素 75

2.3精密仪器设计中的基本原则 76

2.3.1阿贝原则 77

2.3.2测量链最短原则 79

2.3.3封闭原则 80

2.3.4基面统一原则 80

2.3.5经济原则 81

2.3.6运动学原则 82

2.3.7粗精分离原则 82

2.3.8价值系数最优原则 83

习题 84

第3章 精密仪器的误差分析 85

3.1误差分析的基本问题 85

3.1.1误差的概念及其内涵 85

3.1.2误差分析的目的与意义 89

3.1.3误差的分析及其评定 89

3.2误差的来源及其计算 94

3.2.1误差的主要来源 94

3.2.2误差计算的方法 95

3.2.3有效数字及其运算 101

3.3误差合成的常用方法 102

3.3.1仪器误差的分类 103

3.3.2同类误差的合成 104

3.3.3综合误差的合成 107

3.4误差溯源及其算法 109

3.4.1微分法 110

3.4.2几何法 111

3.4.3投影法 112

3.4.4瞬时臂法 112

3.5精度设计与误差分配 116

3.5.1仪器的精度设计 116

3.5.2仪器的误差分配 118

3.5.3仪器的精度校验 120

习题 123

第4章 精密机械系统设计 124

4.1支承件的结构与设计 124

4.1.1支承件的结构特性 124

4.1.2支承件的设计要求 126

4.2导轨系统的设计 128

4.2.1导轨的类型 129

4.2.2导轨的设计指标 130

4.2.3滑动摩擦导轨设计 133

4.2.4滚动摩擦导轨设计 139

4.2.5流体摩擦导轨设计 144

4.2.6弹性摩擦导轨设计 146

4.3主轴系统的设计 147

4.3.1主轴系统的要求 147

4.3.2圆锥轴系设计 153

4.3.3圆柱轴系设计 158

4.3.4滚动摩擦轴系设计 160

4.3.5流体摩擦轴系设计 166

4.4精密工作台的设计 168

4.4.1工作台的性能要求与组成 168

4.4.2导轨形式的选择 170

4.4.3导轨的特性分析 173

习题 177

第5章 精密机械伺服系统设计 178

5.1机械伺服系统的组成与性能 178

5.1.1机械伺服系统的组成及其特征 178

5.1.2精密机械伺服系统的设计要求及性能指标 182

5.1.3伺服系统设计的一般步骤 183

5.2伺服系统的执行元件 184

5.2.1执行元件的分类及其特点 184

5.2.2直流伺服电动机 185

5.2.3步进电动机 190

5.2.4交流伺服电动机 194

5.3电力电子变流技术 198

5.3.1开关器件特性 199

5.3.2变流技术 201

5.4伺服系统的设计 204

5.4.1开环伺服系统的设计 205

5.4.2闭环伺服系统的设计 210

习题 228

第6章 精密光学系统设计 230

6.1光学仪器的基本组成 230

6.2光辐射源及其特征 231

6.2.1辐射的基本定律 231

6.2.2光谱的选择性 233

6.2.3常见的辐射源 234

6.2.4辐射的传输 234

6.3人眼及其光学系统 236

6.3.1人眼的基本结构 236

6.3.2人眼的光学特性 237

6.3.3人眼的视觉特性 239

6.4光学系统的像差及像质评价 243

6.4.1光学系统的像质评价 243

6.4.2光学系统的像差公差 248

6.5光学系统总体设计原则 249

6.5.1光孔转接原则 249

6.5.2物像空间不变原则 250

6.6照明系统设计 251

6.6.1照明方式与设计 251

6.6.2照明系统的要求 253

6.7典型光学系统设计 254

6.7.1望远系统设计 254

6.7.2显微镜的设计 258

6.8光电传感系统设计 267

6.8.1光电效应及光电传感器 267

6.8.2光电系统设计 276

6.9光学系统设计的具体过程和步骤 279

习题 281

第7章 精密定位系统设计 282

7.1微动器件及系统 282

7.1.1压电、电致伸缩器件 284

7.1.2磁致伸缩器件 289

7.1.3电热式微动机构 293

7.1.4机械式微动机构 294

7.2光栅定位测量系统 297

7.2.1莫尔条纹的定位测量 298

7.2.2莫尔条纹的读数系统 303

7.2.3光栅副的设计 305

7.2.4莫尔条纹的影响因素 306

7.2.5莫尔条纹信号的细分 308

7.3激光干涉定位测量系统 314

7.3.1激光干涉仪的原理 314

7.3.2干涉仪的误差分析 315

7.3.3典型干涉仪的结构 316

7.3.4激光干涉仪光路的设计原则 318

7.3.5提高干涉测量精度的措施 319

7.4其他编码器 322

7.4.1线纹尺与度盘 322

7.4.2码尺与码盘 324

7.4.3旋转变压器 325

7.4.4磁栅 327

习题 330

第8章 航天陀螺系统设计 331

8.1卫星姿态的控制 331

8.1.1被动姿态控制 332

8.1.2半被动姿态稳定和半主动姿态控制 333

8.1.3主动姿态控制 334

8.2 控制力矩陀螺的原理与结构 335

8.2.1控制力矩陀螺的原理 335

8.2.2磁悬浮控制力矩陀螺 339

8.3磁悬浮控制力矩陀螺设计 341

8.3.1磁悬浮转子系统设计 341

8.3.2框架伺服系统 368

8.4控制力矩陀螺在航天器上的应用 375

8.4.1控制力矩陀螺的动力学基础 375

8.4.2单框架控制力矩陀螺系统构形设计及分析 377

8.4.3各种指标分析 380

8.4.4单框架控制力矩陀螺系统的控制律 381

8.4.5单框架控制力矩陀螺的控制律 383

习题 387

习题及参考答案 388

参考文献 412