测控仪器设计

1.1.3 仪器发展的趋势

1、发展科学仪器已经成为国家的一项战略措施。 2、当今科学仪器技术最引入注目的发展是在生物、医 学、材料、航天、环保、国防等直接关系到人类生存和 发展的诸多领域中。

发展趋势：高分辨率、高选择性、高灵敏度的活体动态研究
技术、原位技术、非接触（无损）检测技术等。

追求目标：超快时间和超高空间分辨技术。
1.3 测控仪器设计的指导思想(要求)、原则与程 序
1.3.1设计指导思想


1、精度：
对于测量仪器，首要的是精度。根据不同的仪器及不同的测量条件， 选用相应的静态或动态精度特性指标。一般仪器的测量误差取被测件公 差的1/3，有时取被测件公差的1／5或1／10。不应要求仪器所有零件 都高精度，而只应对仪器中直接参与测量的那些零部件规定严格的精度 要求。同时还应采取补偿措施，提高整体精度。

计量仪器
Hale Waihona Puke Baidu

（2）计算仪器：是以信息、数据处理和运算为主的仪器，如各种 专用计算器、通用电子计算机等。 （3）控制仪器与控制装置：是针对控制对象按照生产要求设计制 作的控制装置和自动调整与校正装置。在现代计量测试仪器中，测 量与控制已经密不可分．如在纳米测量技术中，精密工作台的纳米 级精密定位则必须采用带有检测装置的闭环控制系统，否则很难达 到预定的高精度、高效率和高可靠性。 测控仪器：利用测量与控制的理论，采用机、电、光各种计量 测试原理及控制系统与计算机相结合的一种范围广泛的测量仪器。

1.1.2 我国现代测控仪器发展的状况

我国仪器仪表产品与国外的主要差距: 1、品种系列不全，成套水平低。 2、技术性能低、质量差：在精度上较国际水平约低1—2 个等级。 3、标准化程度低。绝大多数产品没有可靠性指标，既影 响制造厂的生产效率，也给用户及维修带来很大的不便。 4、新技术采用缓慢，产品更新换代周期长。 5、产品结构落后、功能少、智能化程度低。 目前与世界先进水平的差距还在不断扩大，大量高档仪 器和重大设备，主要依赖进口。

3、仪器的研制和生产趋向智能化、微型化、集成化、
芯片化和系统工程化。

（1）高精度、高可靠性 （2）高效率 产品生产的快节奏，必然要求测控仪器具有高效 率． （3）高智能化 （4）多维化、多功能化。 多维的测量空间．要求我们研究多维的测量仪器 在许多场合还需要多参数同时测量 （5）研究新原理的新型仪器


1、仪器分类：
A. 从计量测试角度可将仪器分为计量测试仪器、计算仪器和控 制仪器，把计量测试仪器与控制仪器及装置统称为测控仪器。 （1）计量仪器：它是用仪器将被测量取出并与计量标准进行比 较，准确地表示被测量的真实数值。分为： 长度计量仪器 时间频率计量仪器 力学（机械量）计量仪器 热工计量仪器 电磁计量仪器 光学声学计量仪器 电离辐射计量仪器 标准物质计量仪器


4、可靠性
可靠性是指一种产品在一定时间内和一定条件下，不出故障地发挥其 规定功能的概率。常用产品平均寿命、故障率或称失效率、有效性、平均 保养间隔时间或平均寿命等来表示。


2、经济性
采用某种最简单的方案便能满足所提出的功能要求，则此方案便是 最经济的设计方案。因为采用最简单的方案意味着零部件少、元件少、 可靠性高、成本低等。在考虑仪器经济性时，不应仅限于仪器的制造成 本，还应考虑仪器的使用成本。


3、效率
一般情况下，测量或检验效率应与生产制造效率相适应。实际上，测 量效率通常比生产效率低。在这种情况下，则应尽量考虑采用自动化或半 自动化测量方案。提高测量速度，不仅提高了生产率，有时也可以起到提 高精度的作用。（生产效率提高，会缩短测量时间而减少温度变化对降低 测量精度的影响。）




B.从计量测试角度将仪器分为计量仪器和非计量仪器 两大类：
（1）计量仪器： （2）非计量仪器： 指除计量仪器外，借助仪器的作用完成一定任务和程序的各种光、 电精密机械。可分为：


观察仪器
非计量仪器
显示仪器 记录仪器 计算仪器 调节仪器（控制仪）
2、基本组成




仪器种类异常繁多，但不论测控仪器有多大的差别， 我们仍可以从它的功能或其它方面出发将其分为若干 个基本的组成部分。 1．基准部件 2．感受转换部件 3．转换放大部件 4．瞄准部件 5．处理与计算装置 6．显示部件 7．驱动控制器 8．机械结构部件
测控仪器设计
1 测控仪器设计概论
1.1 概述
1.1.1仪器仪表是信息的源头 仪器的概念： 仪器的功能： 研究内容：

1 仪器及检测技术已成为促进当代生产 的主流环节，仪器整体发展水平是国家 综合国力的重要标志之一。
2 先进的科学仪器设备是知识创新和 技术创新的前提

当科研工作可以用现成的商品仪器来完成，这时对仪器的 配置，可以认为是科研上技术条件的后勤工作； 当需靠仪器装备的创新开发来解决科研和生产中的关键问 题时。则探索研究实验方法和仪器设备的研制，就应该是科研 工作的重要组成部分。也是当前所提倡的知识创新．技术创新 研究研究的主体内容之一和创新成就的重要体现形式。 科学技术欲转化为主产力，首先要靠科学仪器仪表去认识 世界。


3．仪器是信息的源头技术

仪器是国家高科技发展水平的标志。 仪器是一种获取信息的工具，起着不可缺少的信息源的作用。仪 器是信息时代的信息获取—处理—利用的源头技术。新技术革命 的关键技术是信息技术。信息技术由测试技术、计算机技术、通 信技术3部分组成。测试技术则是关键和基础。 仪器不是单纯的测控仪器，也不是单纯的精密机械加光学，而是 机、电、光、计算机、材料科学、物理、化学、生物学等先进技 术的高度综合的高技术。


4、测试仪器网络化。这是今后测试技术发展的必然道路。
1.1.4 本课程的目的和要求

1、通过“测控仪器设计”课程的学习。掌握机、光、 电、算技术结合的仪器总体设计有关基础理论知识；

2、初步掌握仪器总体设计和系统设计的方法；
3、初步具有正确估算和分析仪器精度的能力。
1.2 现代测控仪器的分类和基本组成