清华光电精密仪器设计课件01仪器设计概论

课程特点时间安排课程要求光电精密仪器设计概论与误差1课程特点培养整体思考方式。综合应用学过的知识学习方法：注意查文献和参考书注意学术报告与论文的书写与宣读方式概论与误差21．中文主题词，课本（有一个背景知识）2．中英文主题词，文献。如SCI,EI。(and/or)3．参考文献和作者名，(前后）追溯。4．杂志中的原理图（自己选课题时）5．年底的总目录查文献概论与误差3查资料影响因子：期刊前两年发表的文献在当年的平均被引用次数I=(C2+C3)/(A2+A3)例：95年出1037篇，A2=103794年出1054篇，A3=105495年文献在96年被引用24189次，C2=2418994年文献在96年被引用25170次，C3=25170I=23.605次/篇反映了文献的参考价值和成果的影响力概论与误差4杂志名影响因子速度(周)内容Appl.Opt.1.0748-12光学理论应用Opt.Comm.1.258<8侧重光学Meas.Sci.Technol.0.7378-12任何测量Opt.Eng.0.63612光学应用Rev.Sci.Instr.1.15512任何测量Opt.Las.Eng,0.47212光学应用Opt.LasTechnol.0.27712光学应用Opt.Lett.2.4878光学理论应用Nature27.371-2新发现与发明Science24.681-2新发现与发明概论与误差5查资料中文期刊： 中国激光 光学学报 仪器仪表学报 计量学报

光学技术：接收综述文章 光学精密工程：接收综述文章 激光技术：接收综述文章概论与误差6上课方式与时间安排课程设计与仪器课相结合，课堂讨论与讲课结合讲课+设计（曾）6周，实验1周，讲课+设计（王）6周，综合设计3周概论与误差7教材：光电精密仪器设计，殷纯永主编，机械工业出版社Opticalcomponents,systems,andmeasurementtechniques,编者：RajpalS.Sirohi现代干涉技术，殷纯永主编，天津大学出版社注意多看参考文献和参考书！！概论与误差8要求：仪器课：上课+实验+作业+考试检查方式：开卷考试60%，上课+作业+实验40%课程设计：误差分析30%+光学系统30%+自选40%检查方式：大作业+提问或笔试（因人而异）作业直接、按时交三层西面报箱。过期不收。房间：3106，Tel：88049概论与误差9第一章仪器设计概论仪器特点：高精度，高速度，交叉仪器分类：计量，观测记录，控制分析仪器组成：信息获取与信息处理光学精密机械定位，传感器，光电转换，信号处理，电机驱动，计算机控制等仪器设计原则：阿贝原则，运动性，光学自适应概论与误差10仪器组成多功能与高精度如显微镜：放大镜，目视显微镜，扫描电镜（STM）共焦显微镜，近场光学，光钳，微操作仪器的组成：如：光学精密机械定位，传感器，光电转换，信号处理，电机驱动，计算机控制

概论与误差11白光外差干涉外差傅立叶分光概论与误差12计量仪器：7个标准量，标准传递仪器分类：长度（米）：一米是光在真空中1/299792458s时间间隔内所经路径的长度时间（秒）：铯-133原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9,192,631,770个周期的持续时间电流:（安培） 真空中，截面积可以忽略的两根相距1m的无限长平行圆直导线内通以等量恒定电流时，若导线间相互作用力在每米长度上为210-7N,则每根导线中的电流为1A热力学温度：（K）水的三相点热力学温度的1/237.16物质的量（摩尔）是一系统的物质的量，改系统中所包含的基本单元数于与0.012千克碳12的原子数相等发光强度：（坎德拉）光源在给定方向上的发光强度，该光源发出频率为5401012Hz的单色辐射，且在此方向上的辐射强度为1/683瓦特每球面度单色光在给定方向上的辐射强度质量（千克）国际千克元器质量观察与记录仪器：摄像，光盘（快速，大容量，蓝光）控制与分析仪器：光谱仪，色谱仪，生物芯片等？测量Measurement:以确定量值为目的的操作？计量Metrology：实现单位统一、量值准确可靠的活动概论与误差13仪器设计原则：阿贝原则:仪器的读数刻尺安放在被测尺寸的延迟线上。图？运动分解:X导轨绕x,y,z轴转动在x,y,z方向的误差

？瞄准？测量概论与误差14爱彭斯坦原则

h’f’平行光概论与误差15C1:4LC2:2(+L)C1-C2=2(L-)爱彭斯坦原则概论与误差16运动学原则保留自由度数=6-约束数平面上最多3个约束，直线上最多两个约束约束为点接触约束点应远离。约束面垂直于欲限制的自由度方向。

？设计一个可重复定位的基板，考虑加工和约束?确定6轴机床刀具姿态要几个靶子，如何布置概论与误差17光学自适应原则自适应光学王慎博士论文，北理工概论与误差18光学自适应原则双波长干涉测量Opt.Comm.104,241-244？一般折射率测量方法？双波长法的问题概论与误差19光学自适应原则现代干涉测量技术，pp.541-542概论与误差20光学自适应原则全息光栅？分析光束角飘对曝光的影响BSBS概论与误差21光学自适应原则空气抖动的补偿测量风洞中昆虫翅膀扇动力高固有频率，高检测灵敏度昆虫扇翅力测量概论与误差22其它原则测量链最短变形最小基准统一精度匹配经济性原则概论与误差23本章小结与要求仪器设计原则计量Metrology与测量Measurement

(7个标准量）会查资料，分析仪器或测量方法的全貌，及关键技术，存在问题，发展趋势概论与误差24第二章精度分析与精度设计基本概念误差分析方法仪器误差分配测量方法的误差分析与改进概论与误差25基本概念误差分类：性质：随机误差randomerror

系统误差systematicerror

相对误差relativeerror时间特性：静态，动态误差间关系：独立，非独立误差=测量值-真值（truevalue)概论与误差262.误差表示基本概念绝对误差：有大小，方向，量刚相对误差：反应精细度，ppm(partpermillion)标准偏差(Standarddeviation)测量结果：相关系数，残差概论与误差27基本概念3.测量结果的数据处理算数平均值残余误差单次测量的均方误差粗大误差判断算术平均值的均方误差测量结果的极限误差测量结果剔除粗大误差以后？多次平均是否能减小量化误差概论与误差28相关系数，残差UsingAmeasuredby…asareference,thatmeasuredby…hasastandarddeviationof…概论与误差29基本概念4.仪器的精度指标准确度：Accuracy（系统误差）精密度：Precision(一般不用，表示一致程度，随机误差）不确定度：Uncertainty（用偏差表示，分散性）重复性：Repeatability（相同条件下使用相同仪器，短时间）复现性：Reproducibility（可变条件：原理，方法，观察者，仪器，地点，使用条件，时间，长时间）动态范围：Dynamicrange(相对值）准确度高精密度低准确度低精密度高概论与误差30误差分析方法误差来源：原理误差，制造误差（基准面），运行误差（振动，温度）。误差分析方法：微分，几何，作用线与瞬时臂（自学）误差合成：随机误差的合成：方差运算，相关性系统误差的合成：代数和总误差计算方法：找出误差，判断相关性。概论与误差31误差分析：几何法

Zf’概论与误差32仪器误差分配等公差法：对各个误差源给予相同的公差等影响法：误差源对仪器的总误差贡献相同，考虑传递系数试探法：先分配，根据实验调整优化设计：分析：原理误差，局部系统误差，总系统误差补偿：阿贝原则，共路原则，自动补偿等分辨率=1/3—1/5仪器精度总误差<1/3—1/10仪器误差（仪器选型）概论与误差33仪器误差分配例：水准仪设计与选型1.测量原理与总误差2.仪器部件组成3.部件参数调研4.误差分配5.设计概论与误差34测量方法的误差分析与改进?

干涉仪稳频误差10-6，要求测量误差+/-1

m，L=？什么条件？L？中L是什么？5000概论与误差35干涉仪：现代干涉测量技术，殷纯永主编，天津大学出版社

：真空中波数，

=1/

0，

0单位

mp:气压：mmHgt：温度度，e’饱和蒸气压f：湿度，单位Pa，t1,t’是干、湿温度值

?

使用双波长测量是否可以不测空气折射率(不考虑湿度）概论与误差36？双波长干涉测量的问题?误