《精密仪器设计》教学大纲

《精密仪器设计》教学大纲课程编码：08265023课程名称：精密仪器设计英文名称：DesignofPreciseInstrument开课学期：7学时/学分：48/3（其中实验学时：10）课程类型：专业课开课专业：测控技术与仪器选用教材：校内讲义主要参考书：[1]浦昭邦，王宝光.测控仪器设计.北京：机械工业出版社，2001[2]薛实福，李庆祥.精密仪器设计.北京：清华大学出版社，1991[3]陈林才，张鄂.精密仪器设计.北京：机械工业出版社，1991[4]孙恒.机械原理.北京：人民教育出版社，1983[5]吴国安.光谱仪器设计.北京：科学出版社，1978一、课程性质、目的与任务本课程是为测控技术与仪器专业的本科生而设置的专业必修课。通过本课程的学习，使学生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，培养学生综合运用所学知识与技术进行仪器设计的能力。二、教学基本要求第1章系统掌握精密仪器的基本工作原理、结构和主要技术，第2章了解精密仪器中光学、机械结构的工作原理及应用，第3章掌握光机电一体化技术在精密仪器设计中的设计方法，第4章注重培养学生的设计和动手能力，采用理论与实践相结合，培养和提高学生分析问题和解决问题的能力，使学生完成本门课程的学习任务之后，能够综合运用所学知识与技术进行仪器设计。三、各章节内容及学时分配第一章概论（2学时）了解精密仪器特点、内容、分类、设计要求及仪器的组成结构。1-1精密仪器概述1-2精密仪器的重要性和展望1-3精密仪器的设计要求和程序1-4精密仪器结构组成考核要求了解：精密仪器特点、内容、分类及本课程的要求。理解：精密仪器设计要求。掌握：精密仪器结构的分析。第二章仪器的精度理论（6学时）（说明：*为自学内容）了解精度理论的基本概念、掌握精度分析和精度设计的步骤和方法。2-1*精度理论的基本概念1、误差2、精度2-2*误差的处理和评定1、系统误差2、随机误差3、粗大误差4、测量数据的处理2-3仪器的精度分析1、误差的来源2、误差的传递分析计算方法3*、仪器误差的综合2-4仪器的精度设计1、误差分配的依据和过程2、仪器精度指标的确定方法3、误差的分配方法2-5精度设计举例考核要求了解：精度理论的基本概念。理解：精度分析和精度设计的关系和作用。掌握：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（8学时）了解精密仪器设计的基本原则，掌握精密仪器的设计原理和总体设计内容，熟悉精密仪器的总体设计过程。3-1总体设计的相关知识1、总体设计的前提条件2、设计原则3、设计原理3-2总体设计内容1、工作原理的选择和系统设计2、仪器的其它主要结构方案的确定3、主要参数和技术指标的确定4、系统简图的绘制5、总体布局的考虑6、总体精度的分配7、造型与设计8、总体设计报告3-3总体设计举例考核要求了解：精密仪器设计的基本原则。理解：精密仪器的设计原理和总体设计内容。掌握：精密仪器的总体设计方法和步骤。第四章精密机械系统（8学时）了解精密仪器常用的机械机构：传动机构、导向机构、执行机构的作用、组成、特点及设计方法。掌握精密仪器常用的传动机构、导向机构、执行机构的结构分析方法。4-1机械传动机构1、基本概念2、齿轮传动机构（副）3、螺旋传动机构4、连杆机构5、凸轮机构6、传动机构应用举例4-2导向机构1、精密仪器导轨的作用和构成2、精密仪器导轨的类型3、表征精密仪器导轨的主要质量指标4、导轨的设计方法及步骤4-3执行机构1、精密仪器执行机构的组成及常用部件2、微动机构（微位移机构）分类3、执行机构结构分析4、精密微动机构设计要点考核要求了解：精密仪器常用的传动机构、导向机构、执行机构设计方法。理解：精密仪器常用的传动机构、导向机构、执行机构的作用、组成、特点。掌握：精密仪器常用的传动机构、导向机构、执行机构的结构分析。第五章控制系统（8学时）了解精密仪器的控制系统的基本概念、组成、分类、基本要求。掌握开环伺服系统及闭环伺服系统的组成、主要部件、设计步骤。5-1概述1、基本概念2、伺服系统分类3、伺服系统的基本结构4、伺服系统的基本要求5、伺服系统设计方法及步骤5-2开环伺服系统1、步进电动机原理2、步进电机的驱动控制系统组成及实现3、开环控制的伺服系统设计5-3闭环伺服系统（自学或选讲：4学时）1、直流伺服电动机原理2、直流伺服电动机控制系统3、闭环伺服系统设计考核要求了解：精密仪器的控制系统的基本概念、组成、分类、基本要求。理解：开环伺服系统及闭环伺服系统的组成、主要部件的工作原理。掌握：开环伺服系统及闭环伺服系统的设计步骤和方法。第六章计算机系统（4学时）了解精密仪器的计算机系统的特点、功能、组成、分类、基本要求。6-1精密仪器的计算机系统概述6-2精密仪器的计算机系统举例考核要求了解：精密仪器的计算机系统的基本要求、分类及发展。理解：精密仪器的计算机系统的特点、功能、组成。掌握：虚拟仪器技术在精密仪器设计中的应用。第七章、精密仪器设计实例（6学时）通过对便携式近红外光谱仪器*、激光干涉仪*设计分析，掌握精密仪器的特点、要求、结构及设计方法。7-1近红外光谱仪器*设计1、设计分析2、主要模块设计7-2激光干涉仪*设计第5章任务分析第6章总体设计第7章详细设计说明：*内容可根据情况有所变动，介绍其它的精密仪器。考核要求了解：光谱仪器*、激光干涉仪*的工作原理、结构、类型。理解：精密仪器的特点及要求。掌握：精密仪器的设计方法和过程。四、实验：b)实验目的与任务使学生更深刻地理解和掌握精密仪器的基本工作原理、结构和主要技术和设计方法，培养和提高学生分析问题和解决问题的能力，要求学生完成设计性的实验题目。c)实验教学基本要求（1）了解精密仪器中机械系统的工作原理及主要结构，掌握AutoCAD设计精密机械系统的方法。（2）掌握精密仪器控制系统的设计方法，采用单片机系统实现步进电动机的运动控制。（3）掌握光机电一体化的精密仪器的设计方法，完成精密仪器的总体设计。（4）掌握精密仪器计算机控制系统的设计方法，采用Labview设计精密仪器的计算机控制系统，实现系统人机界面交换。d)实验教材或指导书自编实验指导书e)实验项目一览表序号实验项目内容提要实验类型学时分配主要仪器设备实验地点备注1精密机械系统设计采用AutoCAD设计一套精密机械系统，画出总装图设计4计算机、CAD校内实验室利用课外时间2-4学时完成设计，课上完成CAD制图2步进电动机控制系统设计实现步进电动机转角、速度、方向、定位的控制设计4单片机开发系统、步进电动机校内实验室利用课外时间2-4学时完成设计，课上焊接电路、调试系统3便携式近红外光谱仪器总体设计根据要求完成便携式近红外光谱仪器总体设计设计2计算机校内实验室利用课外时间4-6学时完成设计，课上查资料、整理设计报告4步进电动机控制计算机系统设计采用单片机、L297、MAX232