精密仪器设计

本教材是为测控技术与仪器专业的本科生设置的专业必修课《精密仪器设计》编写的教材。教材共设8章，包括概论、仪器的精度理论、仪器的总体设计、光学系统、精密机械系统、电路系统设计、控制系统、精密仪器设计实例。主要介绍精密仪器的机械、光学和电子部分主要结构、基本原理和设计方法，并结合实例从光机电一体化的设计思想突出精密仪器的特点和设计方法。

前言
第一章精密仪器概论
第一节概述
第二节精密仪器的重要性和展望
第三节精密仪器的设计要求和过程
作业与思考题
第二章仪器的精度理论
第一节精度理论的基本概念
第二节误差的处理和评定
第三节仪器的精度分析
第四节仪器的精度设计
作业与思考题
第三章精密仪器总体设计
第一节总体设计的相关基础
第二节总体设计内容
第三节总体设计举例
作业与思考题
第四章机械系统设计
第一节机构设计基础
第二节机械传动机构设计
第三节导向机构设计
第四节微位移机构设计
作业与思考题
第五章光学系统设计
第一节概述
第二节光学基本理论
第三节典型光学元件及成像理论
第四节典型光学系统
作业与思考题
第六章伺服系统设计
第一节概述
第二节开环伺服控制系统设计
第三节闭环伺服控制系统设计
作业与思考题
第七章电路系统设计
第一节电路系统组成与设计要求
第二节电路系统硬件设计
第三节电路系统软件设计
第四节电路系统抗干扰及可靠性设计
作业与思考题
第八章精密仪器设计实例
第一节激光干涉测长仪设计
第二节便携式近红外光谱仪器设计
作业与思考题
实验部分
实验一测量显微镜结构分析设计
实验二精密工作台控制系统设计
实验三精密工作台控制计算机系统设计
实验四单色仪光栅扫描计算机控制系统设计
参考文献

“精密仪器设计”是为测控技术与仪器专业的本科生设置的专业课。本书结合该专业学生的先导课程和知识体系的特点，从理论原理到实验和设计较系统地指导学生的学习实践过程，使之了解本专业的前沿发展现状和趋势，掌握光、机、电一体化的精密仪器的基本工作原理、主要技术、设计方法等工程基础知识和本专业的基本理论知识，具备设计和实施工程实验、对实验结果进行分析、综合运用所学知识与技术进行仪器设计的能力。本书也可作为从事仪器设计、科研、计量、生产的工程技术人员的参考书。
    本书共分八章：
    第一章精密仪器概论。阐述精密仪器的特点、内容、分类、设计要求及其发展趋势，精密仪器的组成结构。
    第二章仪器的精度理论。介绍精度理论的基本概念、精度分析和精度设计的步骤和方法。
    第三章精密仪器总体设计。介绍精密仪器设计的基本原则、设计原理和总体设计内容，精密仪器的总体设计过程。
    第四章机械系统设计。介绍机械系统的组成要素、相关的概念和设计内容，阐述精密仪器中常用的机械传动、导向和微位移机构的组成原理和设计要点，讲解机械结构的分析、运动简图的绘制、传动比的计算。
    第五章光学系统设计。介绍光学系统的基本理论、结构，典型光学元件和系统的成像原理以及光学设计的主要内容。
    第六章伺服系统设计。介绍精密仪器控制系统的基本概念、组成、分类和基本要求，开环伺服系统及闭环伺服系统的组成、主要部件、设计方法与步骤。
    第七章  电路系统设计。介绍精密仪器电路系统组成，软硬件设计方法和提高系统可靠性的措施。  ‘第八章精密仪器设计实例。介绍激光干涉测长仪和近红外光谱仪器的设计要求、结构及设计方法和过程。
    本书由吉林大学王智宏教授（第一至五、八章和实验部分）、刘杰副教授（第六章）、千承辉高级研究员（第七章）共同编写。
    本书参阅了李庆祥、王东生、李玉和编著的《现代精密仪器设计》，浦昭邦、王宝光编著的《测控仪器设计》，殷纯永主编的《光电精密仪器设计》，郁道银、谈恒英编写的《工程光学》等著作，在此对文献作者表示衷心感谢。同时感谢博士生张福东在本书编写和校对过程中所做的工作。
    由于编著者水平有限，书中难免有不当或错误之处，望读者批评指正。
    编著者