第1章测控仪器设计(第2版)》浦昭邦_王宝光讲解47页PPT
第1章测控仪器设计(第2版)》浦昭邦_王宝光教材
2. 热工量计量仪器
测量对象：包括温度、湿度、流量测量仪器，如各种气压计、 真空计、多波长测温仪表、流量计等。
3. 机械量计量仪器
测量对象：如各种测力仪、硬度仪、加速度与速度测量仪，力 矩测量仪、振动测量仪等。
4. 时间频率计量仪器
测量对象：时间、频率等
5. 电磁量计量仪器
测量对象：用于测量各种电量和磁量的仪器，如各种交、直流电流 表、电压表、功率表、电阻测量仪、电容测量仪、静电仪、磁参数测 量仪等。
像卡送到计算机进行图像处理实现精密定位和图像识别与计算，并给出 被检测件的尺寸值、误差值及缺陷状况。
按功能将仪器分成以下几个组成部分：
1 基准部件 2 传感器与感受转换部件 5 信息处理与运算装置 6 显示部件
3 放大部件
4 瞄准部件
7 驱动控制器部件
8 机械结构部件
基准部件
测量的过程是一个被测量与标准量比较的过程，因此，仪器中要
测控仪器的概念
在现代计量测试仪器中，测量与控制已经密不可分，测控仪器则是利 用测量和控制的理论，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。
本课程的要求：
①掌握机、电、光、计算机技术相结合的仪器总体设计的基础理论知识； ②学会如何从设计任务出发，进行总体设计的方法；
量，拾取原始信号并将它转换为易于放大或处理的信号。 不同测量对象可以用不同测量原理的传感器进行感受与转换，因此正
确选用和设计传感器是十分重要的，通常要遵守仪器设计的精度原则和经
济原则等。 常用的传感器有机械式、电子式、光电式、光学式、声学式、压电式
等等，有数千种，选用时一定要分析清楚其工作原理、精度指标、测量范
围、使用场合、特点和成本。同时一定要注意要按照被测参数的定义来选 用和设计传感器。
《测控仪器设计》2015课(第一章)
感受转 换部件
转换放 大部件 驱动控 制部件
机械结 构部件
光电测控技术与装备研究所
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精密仪器设计
Z 向光栅、精密驱动系统及 图像采集系统
Y向工作台、光栅及精 密驱动系统
光源
X向光栅
Harbin Institute of Technology PAGE - 15 -
底座 X工作台 X精密驱动系统
光电测控技术与装备研究所
光电测控技术与装备研究所
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Harbin Institute of Technology PAGE - 23 -
投 影 仪
精密仪器设计
分辨率： 0.010mm；角度5′
光电测控技术与装备研究所
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Harbin Institute of Technology PAGE - 24 -
常用量具
光电测控技术与装备研究所
光电测控技术与装备研究所
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Harbin Institute of Technology PAGE - 12 -
精密仪器设计
二、精密仪器的基本组成
精 密 仪 器
Harbin Institute of Technology PAGE - 换 部 件
转 换 放 大 部 件
光电测控技术与装备研究所
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Harbin Institute of Technology PAGE - 11 -
第一节 精密仪器的分类和组成
光电测控技术与装备研究所
精密仪器设计
精密仪器设计
精密仪器测量分类：
几何量计量仪器 热工量计量仪器 机械量计量仪器 时间频率计量仪器 电磁计量仪器 无线电参数计量仪器 光学与声学参数计量仪器 电离辐射计量仪器
测控仪器设计节PPT课件
对光速的测定。
当时的人们认为光在太空中传播需要
介质“以太”，正如声音的传递需要
介质（空气等）。
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美国物理学家。1852 年12月19日出生于普鲁士斯特 雷诺（现属波兰），后随父母移居美国，毕业于美国海军学 院，曾任芝加哥大学教授，美国科学促进协会主席，美国科 学院院长；还被选为法国科学院院士和伦敦皇家学会会员， 1931年5月9日在帕萨迪纳逝世。
（1）首先要能够正确得到仪器作用方程； （2）对于不能列入仪器作用方程的源误差，不能用
微分法求其对仪器精度产生的影响，例如仪器中经常遇到的 测杆间隙、度盘的安装偏心等，因为此类源误差通常产生于 装配调整环节，与仪器作用方程无关。
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补充：迈克尔逊干涉仪(Michelson interferometer)
c
d
v
t1 t2
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结果： 观察者先看到投出后的球，
后看到投出前的球。
球 投
c
出
d
前
球 投
v c v
出
后
t1
d c
t2
c
d
v
t1 t2
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机械波的传播需要媒质，当时物理学家们认为光波在 宇宙中传播也需要一种媒质----以太。
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十九世纪中叶，麦克斯韦建立了电磁场理论，并预 言了以光速C传播的电磁波的存在。到十九世纪末，实验 完全证实了麦克斯韦理论。电磁波是什么？它的传播速度 C是对谁而言的呢？当时流行的看法是整个宇宙空间充满 一种特殊物质叫做“以太”，电磁波是以太振动的传播。 但人们发现，这是一个充满矛盾的理论。如果认为地球是 在一个静止的以太中运动，那么根据速度叠加原理，在地 球上沿不同方向传播的光的速度必定不一样，但是实验否 定了这个结论。如果认为以太被地球带着走，又明显与天 文学上的一些观测结果不符。
测控仪器设计（第2版）复习重点及答案
测控仪器设计（第2版）复习重点及答案测控仪器设计（第2版）复习重点及答案一、测控仪器设计概论1.测控仪器：是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。
2.按功能将仪器分：①基准部件；作用：测控仪器中的标准量是测量的基准；②传感器与感受转换部件；作用：感受被测量，拾取原始信号并将它转换为易于放大或处理的信号；③放大部件；作用：提供进一步加工处理和显示的信号；④瞄准部件；作用：确定被测量的位置（或零位）；⑤信息处理与运算装置；作用：主要用于数据加工、处理、运算和校正等；⑥显示部件；作用：用指针与表盘、记录器、数字显示器、打印机、监视器等将测量结果显示出来；⑦驱动控制部件；作用：用来驱动测控系统中的运动部件；⑧机械结构部件；作用：用于对被测件、标准器、传感器的定位、支撑和运动。
3.1示值范围：极限示值界限内的一组数。
3.2测量范围：测量仪器误差允许范围内的被测量值。
4.1敏感度：测量仪器响应的变化除以对应的激励的变化。
S=ΔY/ΔX。
是仪器对被测量变化的反映能力。
4.2鉴别力：使测量仪器产生未察觉的响应变化的最大激励变化，这种激励变化应是缓慢而单调地进行。
4.3分辨力：显示装置能有效辨别的最小示值。
指仪器显示的最末一位数字间隔代表的被测量值。
4.4视差：当指示器与标尺表面不在同一平面时，观测者偏离正确观察方向进行读数和瞄准所引起的误差。
4.5估读误差：观测者估读指示器位于两相邻标尺标记间的相对位置而引起的误差，也称为内插误差。
4.6读数误差：由于观测者对计量器具示值读数不准确所引起的误差，它包括视差和估读误差。
二、仪器精度理论1.1 测量误差：对某物理量进行测量，所测得的数值Xi与其真值Xo之间的差。
误差的大小反映了测得值对于真值的偏离程度。
1.2 理论真值：它是设计时给定的或是用数学、物理公式计算出的给定值。
1.3 约定真值：对于给定目的具有适当不确定度并赋予特定量的值，有时该值是约定采用的。
测控仪器设计(全)PPT课件
✓ 测量范围
• 测量仪器误差允 许范围内的被测 量值。
如光学计的示值范围 为±0.1mm，但其悬臂可 沿立柱调节180mm，在该 范围内仍可保证仪器的测 量精度，则其测量范围为 180±0.1mm。
光学计
✓ 灵敏度
• 测量仪器输出的变化与对应的输入变化的 比值。 s=△y/△x
• 表征仪器对被测量变化的反应能力。 • 当输出值与输入值为同一量纲时，灵敏度
又称为放大比。
第四节 对测控仪器设计的要求和设计程序
一、设计要求
(1)精度要求 精度是测控仪器的生命，精度是第一位的。
精度本身只是一种定性的概念。为表征一台仪器的性能和 达到的水平，应有一些精度指标要求，如静态测量的示值 误差、重复性误差、复现性、稳定性、回程误差、灵敏度、 鉴别力、线性度等，动态测量的稳态响应误差、瞬态响应
2009年9月，Intel总裁兼 CEO Paul Otellini展示世界 上第一块基于22nm工艺的 晶圆。该晶圆上的每个指甲 盖大小的单独硅片内都集成 了多达29亿个晶体管。
↓
努力于2016年实现10nm工 艺。
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一、精度及其重要性
精度：是误差的反义词，精度的高低是用误差的大小来衡量的。 误差大，精度低；反之，误差小，精度高。
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二、 精度分析的目的
❖ 仪器误差的客观存在性：决定了仪器的精度无论多高，总存 在误差。
大等
光准直式、显微镜式、投影放大、摄 光学式放大部件 影放大式、莫尔条纹、光干涉等
前置放大、功率放大等 电子放大部件
光电放大部件 光电管放大、倍增管放大等
名称 机械系统
光学系统 电子信息处 理系统 光电系统
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4.瞄准部件
测控仪器设计考试复习资料
说在前面的话，本资料为《测控仪器设计》（第二版）的考试复习资料，本资料包含两份，分别为两个人整理所得，我只是将其整合到一份文档中。
第一章分类：几何量计量仪器、热工量计量仪器、机械量计量仪器、时间频率计量仪器、电磁量计量仪器、无线电参数测量仪器、光学与声学量测量仪器、电离辐射计量仪器以上8大类计量仪器的共性技术：计量测试仪器的设计理论和测试理论测控仪器：利用测量和控制的理论，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。
发展趋势 :高精度与高可靠性、高效率、智能化、多样化与多维化现代设计方法的特点：程式性、创造性、系统性、优化性、计算机辅助设计术语定义：标尺间隔：对应标尺两相邻标记的两个值之差。
分度值：一个标尺间隔所代表的被测量值。
示值范围：极限示值界限内的一组数。
对模拟量显示而言它就是标尺范围；在有些领域中它是仪器所能显示的最大值与最小值之差。
有时又把示值范围称为量程(span)。
测量范围：测量仪器误差允许范围内的被测量值。
灵敏度：测量仪器响应(输出)的变化除以对应的激励(输入)的变化。
若输入激励量为∆X，相应输出是∆Y，则灵敏度表示为：S=∆Y／∆X。
仪器的输出量与输入量的关系可以用曲线来表示，称为特性曲线，特性曲线有线性的也有非线性的，非线性特性用线性特性来代替时带来的误差，称为非线性误差。
特性曲线的斜率即为灵敏度。
灵敏度是仪器对被测量变化的反映能力。
鉴别力(阈)：使测量仪器产生未察觉的响应变化的最大激励变化，这种激励变化应是缓慢而单调地进行。
它表示仪器感受微小量的敏感程度。
仪器的鉴别力可能与仪器的内部或外部噪声有关，也可能与摩擦有关或与激励值有关。
分辨力：显示装置能有效辨别的最小示值。
对于数字式仪器，分辨力是指仪器显示的最末一位数字间隔代表的被测量值。
对模拟式仪器，分辨力就是分度值。
分辨力是与仪器的精度密切相关的。
要提高仪器精度必须有足够的分辨力来保证；反过来仪器的分辨力必须与仪器精度相适应,不考虑仪器精度而一味的追求高分辨力是不可取的。
测控仪器设计教案
12.1 教学目标
1. 了解测控仪器市场的现状和趋势。
2. 学习测控仪器市场分析的方法和技巧。
3. 掌握测控仪器经济分析的基本原理。
12.2 教学内容
1. 测控仪器市场的现状和趋势
2. 测控仪器市场分析的方法和技巧
3. 测控仪器经济分析的基本原理
12.3 教学方法
1. 讲授法：讲解测控仪器市场的现状和趋势。
9. 创新与实践：激发学生创新思维，学习创新方法和步骤，培养实际操作能力和创新实践。
10. 标准化与法规：理解标准化的意义和作用，掌握相关标准和法规，学会使用标准化方法和法规进行设计和生产。
11. 市场与经济分析：了解测控仪器市场的现状和趋势，学会市场分析的方法和技巧，掌握经济分析的基本原理。
12. 项目管理：理解项目管理的重要性，掌握项目管理的基本原理和方法，学会使用项目管理工具进行项目规划和管理。
3. 课后作业：布置相关习题，巩固学生对测控仪器市场与经济分析知识的应用。
第十三章：测控仪器的项目管理
13.1 教学目标
1. 理解项目管理在测控仪器开发中的重要性。
2. 掌握项目管理的基本原理和方法。
3. 学会使用项目管理工具进行测控仪器项目规划和管理。
13.2 教学内容
1. 项目管理在测控仪器开发中的重要性
3. 课后作业：布置相关习题，巩固学生对测控仪器误差处理知识的应用。
第四章：测控仪器的可靠性与维护
4.1 教学目标
1. 理解测控仪器可靠性的重要性。
2. 掌握测控仪器可靠性的评价方法。
3. 学会测控仪器的维护与故障处理。
4.2 教学内容
1. 测控仪器可靠性的重要性
测控仪器设计教案
测控仪器设计教案测控03《测控仪器设计》教案第一章绪论1.1、仪器发展过程仪器：是对物质世界信息进行测量与控制的设备。
1、按所采用的电子器件：真空管-→晶体管-→集成电路(三个时代)2、按组成结构、工作原理和功能特点：模拟式-→数字式-→智能化(三个发展阶段)第一代：模拟式仪器。
如指针式的电压表、电流表、功率表。
机械式特点：功能简单、精度低、响应速度慢。
第二代：数字式仪器。
如数字万用表、数字频率计。
数电基本特点：是将待测的模拟信号转换成数字信号进行测量，测量结果以数字形式输出显示并向外传送。
精度高，响应速度快，读数清晰、直观。
第三代：智能仪器。
概念：是计算机技术与测量仪器相结合的产物，是含有微型计算机或微处理器的测量仪器，由于它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，具有一定智能的作用(表现为智能的延伸或加强等)，因而被称之为智能仪器。
(1)是在数字化的基础上发展起来的，是计算机技术与测量仪器相结合的产物。
微处理器在智能仪器中的作用主要体现在以下两方面：①对测试过程的控制：接受键盘或通信接口的命令，解释并执行这些命令，控制各部分的工作过程，同时对工作状态进行监测。
②对测试数据的处理：表现为硬件电路只需具备最基本的测试能力，能向微型计算机提供原始数据即可。
对数据的进一步处理如滤波、运算等可由软件完成。
(2)智能仪器基本技术指标测量的准确度和可靠性是智能仪器的两项基本技术指标。
对仪器的误差进行校准可以保证仪器具有规定睥准确度。
而对仪器的故障进行检测和诊断则可及进发现错误、排除故障，使仪器可靠的工作。
保证仪器准确度(精度)措施：温度补偿、非线性校正、滤波；保证仪器可靠性措施：冗余设计、故障诊断。
故障诊断方法：给被测对象施加一定的检测信号，根据其输出响应信号来判断是否存在故障。
由于具有数字存储、运算、逻辑判断能力，可根据被测参数的变化自动选择量程，具有自动校正、自动补偿、自寻故障等功能，可以完成需要人类的智慧才能胜任的工作，即具备了一定的"智能"，故称之为智能仪器。
测控仪器设计教案
测控仪器设计教案第一章：测控仪器概述1.1 教学目标了解测控仪器的基本概念、分类和特点掌握测控仪器的基本组成和原理了解测控仪器在工程应用中的重要性1.2 教学内容测控仪器的定义和分类测控仪器的基本组成和原理测控仪器的主要性能指标测控仪器在工程应用中的案例分析1.3 教学方法采用讲授、讨论和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解测控仪器在工程中的应用1.4 教学资源教材：测控仪器设计基础课件：测控仪器概述案例分析材料1.5 教学评估课堂讨论和提问案例分析报告第二章：测控仪器的设计原则与方法2.1 教学目标掌握测控仪器设计的基本原则和方法熟悉测控仪器的系统设计与模块划分了解测控仪器的设计流程和注意事项2.2 教学内容测控仪器设计的基本原则测控仪器的系统设计与模块划分测控仪器的设计流程和注意事项测控仪器设计实例分析2.3 教学方法采用讲授、案例分析和讨论相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解测控仪器的设计方法和流程2.4 教学资源教材：测控仪器设计方法课件：测控仪器的设计原则与方法案例分析材料2.5 教学评估课堂讨论和提问设计原则和方法的实践练习第三章：测控仪器的传感器技术3.1 教学目标了解传感器的基本概念和分类掌握传感器的选择和应用方法熟悉常见传感器的原理和特性3.2 教学内容传感器的基本概念和分类传感器的选择和应用方法常见传感器的原理和特性传感器技术在测控仪器中的应用案例3.3 教学方法采用讲授、讨论和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解传感器在测控仪器中的应用3.4 教学资源教材：传感器技术与应用课件：测控仪器的传感器技术案例分析材料3.5 教学评估课堂讨论和提问传感器选择和应用的实践练习第四章：测控仪器的信号处理技术4.1 教学目标掌握测控仪器信号处理的基本原理和方法熟悉信号处理技术在测控仪器中的应用了解现代信号处理技术的发展趋势4.2 教学内容测控仪器信号处理的基本原理和方法信号处理技术在测控仪器中的应用现代信号处理技术的发展趋势信号处理技术在测控仪器设计中的案例分析4.3 教学方法采用讲授、讨论和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解信号处理技术在测控仪器中的应用4.4 教学资源教材：信号处理技术及其应用课件：测控仪器的信号处理技术案例分析材料4.5 教学评估课堂讨论和提问信号处理技术的实践练习第五章：测控仪器的数据采集与通信技术5.1 教学目标掌握测控仪器数据采集和通信的基本原理和方法熟悉数据采集与通信技术在测控仪器中的应用了解现代数据采集与通信技术的发展趋势5.2 教学内容测控仪器数据采集和通信的基本原理和方法数据采集与通信技术在测控仪器中的应用现代数据采集与通信技术的发展趋势数据采集与通信技术在测控仪器设计中的案例分析5.3 教学方法采用讲授、讨论和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解数据采集与通信技术在测控仪器中的应用5.4 教学资源教材：数据采集与通信技术及其应用课件：测控仪器的数据采集与通信技术案例分析材料5.5 教学评估课堂讨论和提问数据采集与通信技术的实践练习第六章：测控仪器的误差分析与补偿6.1 教学目标理解测控仪器误差的来源和分类掌握误差分析的基本方法和补偿技术学习如何提高测控仪器的测量精度6.2 教学内容测控仪器误差的来源和分类误差分析的基本方法常见误差的补偿技术提高测控仪器测量精度的措施6.3 教学方法采用讲授、分析和实验相结合的方式进行教学引导学生通过实验理解误差分析与补偿的方法6.4 教学资源教材：误差分析与补偿技术课件：测控仪器的误差分析与补偿实验设备与数据6.5 教学评估课堂讨论和提问误差分析与补偿的实验报告第七章：测控仪器的抗干扰技术7.1 教学目标了解测控仪器干扰的来源和分类掌握抗干扰技术的基本方法和措施学习如何提高测控仪器的抗干扰能力7.2 教学内容测控仪器干扰的来源和分类抗干扰技术的基本方法提高测控仪器抗干扰能力的措施抗干扰技术在测控仪器设计中的应用案例7.3 教学方法采用讲授、分析和案例相结合的方式进行教学引导学生通过案例理解抗干扰技术在测控仪器中的应用7.4 教学资源教材：抗干扰技术及其应用课件：测控仪器的抗干扰技术案例分析材料7.5 教学评估课堂讨论和提问抗干扰技术应用的实践练习第八章：测控仪器的可靠性与维护8.1 教学目标理解测控仪器可靠性的重要性掌握提高测控仪器可靠性的方法学习测控仪器的维护和故障处理8.2 教学内容测控仪器可靠性的概念和重要性提高测控仪器可靠性的方法测控仪器的维护和故障处理测控仪器可靠性在工程应用中的案例分析8.3 教学方法采用讲授、讨论和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解测控仪器的可靠性与维护8.4 教学资源教材：测控仪器可靠性工程课件：测控仪器的可靠性与维护案例分析材料8.5 教学评估课堂讨论和提问可靠性与维护的实践练习第九章：测控仪器的智能化技术9.1 教学目标理解测控仪器智能化的重要性掌握测控仪器智能化技术的基本原理学习智能测控仪器的应用和发展趋势9.2 教学内容测控仪器智能化的重要性测控仪器智能化技术的基本原理智能测控仪器的应用和发展趋势测控仪器智能化技术在工程应用中的案例分析9.3 教学方法采用讲授、讨论和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解测控仪器的智能化技术9.4 教学资源教材：测控仪器智能化技术课件：测控仪器的智能化技术案例分析材料9.5 教学评估课堂讨论和提问智能化技术应用的实践练习第十章：测控仪器的设计实践与案例分析10.1 教学目标掌握测控仪器设计的全过程熟悉测控仪器设计实践中的问题和解决方法学习测控仪器设计案例的分析方法10.2 教学内容测控仪器设计的全过程测控仪器设计实践中的问题和解决方法测控仪器设计案例的分析方法测控仪器设计实践与案例分析的讨论10.3 教学方法采用讲授、讨论和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解测控仪器的设计实践与案例分析10.4 教学资源教材：测控仪器设计实践与案例分析课件：测控仪器的design practice and case analysis案例分析材料10.5 教学评估课堂讨论和提问设计实践与案例分析的实践练习第十一章：现代测控技术与系统11.1 教学目标理解现代测控技术的发展趋势掌握现代测控系统的组成与特点学习现代测控技术在工程中的应用11.2 教学内容现代测控技术的发展趋势现代测控系统的组成与特点现代测控技术在工程中的应用案例现代测控技术的未来发展11.3 教学方法采用讲授、讨论和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解现代测控技术及其应用11.4 教学资源教材：现代测控技术与系统课件：现代测控技术与系统案例分析材料11.5 教学评估课堂讨论和提问现代测控技术应用的实践练习第十二章：网络化测控系统12.1 教学目标理解网络化测控系统的概念与特点掌握网络化测控系统的设计与实现方法学习网络化测控系统在工程中的应用12.2 教学内容网络化测控系统的概念与特点网络化测控系统的设计与实现方法网络化测控系统在工程中的应用案例网络化测控技术的发展趋势12.3 教学方法采用讲授、讨论和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解网络化测控系统及其应用12.4 教学资源教材：网络化测控系统课件：网络化测控系统案例分析材料12.5 教学评估课堂讨论和提问网络化测控技术应用的实践练习第十三章：虚拟仪器技术与应用13.1 教学目标理解虚拟仪器技术的概念与特点掌握虚拟仪器的设计与实现方法学习虚拟仪器技术在工程中的应用13.2 教学内容虚拟仪器技术的概念与特点虚拟仪器的设计与实现方法虚拟仪器技术在工程中的应用案例虚拟仪器技术的发展趋势13.3 教学方法采用讲授、讨论和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解虚拟仪器技术及其应用13.4 教学资源教材：虚拟仪器技术与应用课件：虚拟仪器技术与应用案例分析材料13.5 教学评估课堂讨论和提问虚拟仪器技术应用的实践练习第十四章：测控仪器的发展趋势14.1 教学目标理解测控仪器的发展趋势掌握测控仪器技术的发展方向学习测控仪器在未来的应用前景14.2 教学内容测控仪器的发展趋势测控仪器技术的发展方向测控仪器在未来的应用前景测控仪器技术发展的挑战与机遇14.3 教学方法采用讲授、讨论和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解测控仪器的发展趋势及其影响14.4 教学资源教材：测控仪器的发展趋势课件：测控仪器的发展趋势案例分析材料14.5 教学评估课堂讨论和提问对测控仪器发展趋势的理解和分析报告第十五章：测控仪器的创新与实践15.1 教学目标培养学生的创新思维提高学生解决实际问题的能力学习测控仪器创新的实践方法15.2 教学内容测控仪器创新的意义与挑战培养创新思维的方法与技巧测控仪器创新实践的方法与步骤测控仪器创新案例分析15.3 教学方法采用讲授、讨论、创新实践和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解测控仪器的创新过程和实践方法15.4 教学资源教材：测控仪器的创新与实践课件：测控仪器的创新与实践案例分析材料15.5 教学评估课堂讨论和提问创新实践项目的报告和展示学生创新思维和问题解决能力的评估重点和难点解析本文主要介绍了测控仪器设计教案的内容，包括测控仪器的基本概念、分类和特点，测控仪器的设计原则与方法，传感器的选择和应用，信号处理技术，数据采集与通信技术，误差分析与补偿，抗干扰技术，可靠性与维护，智能化技术，网络化测控系统，虚拟仪器技术与应用，以及测控仪器的发展趋势和创新与实践。
测控仪器设计课件(第二次课)
误差 特性
客观存在性 不确定性 未知性
精度 表达
理论真值 约定真值 相对真值
CODATA推荐的阿 伏加德罗常数值为
6.0221367 1023 mol 1
（二）误差的分类
按误差的 数学特征
随机误差 系统误差 粗大误差
按被测参数 的时间特性
静态参数误差 动态参数误差
bm1
d m1x dt m 1
b1
dx dt
b0 x
an , an1, , a0和bm, bm1, , b0为与仪器结构和特性参数，与时间无关。
在动态仪器中，必须考虑弹性、惯性和阻尼对仪器特性的影响，仪 器输出信号不仅与输入信号有关，而且还与输入信号变化的速度、加速 度等有关。由于仪器的基本功能在于输出不失真地再现输入，因此用线 性定常系数微分方程来描述仪器的动态特性 。 根据分析方法的不同，有不同描述方式：
2. 动态偏移误差和动态重复性误差
1)动态偏移误差 输出信号 y(t) 与输入信号 x(t) 之差 (t)
(t) y(t) x(t)
反映仪器的瞬态响应品质。
如果已知仪器的数学模型，可以由传递函数与输入信号拉氏变换 的乘积的拉氏反变换获得对特定激励x(t) 的响应 y(t)。
也可用实验测试的方法得到输出信号 y(t) 的样本集合 Y (t)，将均 值与被测量信号之差作为测量仪器的动态偏移误差，即
二、精度
1）正确度 它是系统误差大小的反映，表征测量结果稳定地接近真值 的程度。
2）精密度 它是随机误差大 小的反映，表征测量结果的 一致性或误差的分散性。
3）准确度 它是系统误差和 随机误差两者的综合的反 映。表征测量结果与真值 之间的一致程度。
测控仪器设计第章ppt课件
灵活运用了滚珠导轨运动的灵活性和滚柱导轨承 载大的优点。
（4）滚柱与长圆柱轴导轨组合
轻载部件中使用
滚动导轨计算
1、运动导轨的长度
L
LB
l 2
2、滚动体的尺寸和数量
Z柱
W 4l
3、强度与刚度计算
Z珠
W 9.5
d
六、静压导轨及设计要点
静压导轨是在动导轨与静导轨之间，因液体压力油 或气体静压力而使动导轨及工作台浮起，两导轨之 间工作面不接触，而形成完全的液体或气体摩擦
（1）导轨的几何精度
二、导轨部件设计的基本要求 （一）导向精度
导向精度是指动导轨运动轨迹的准确度。
对一副导轨来说其直线度是非常重要的精 度指标，它取决于导轨面的几何精度、接 触精度、导轨和基座的刚度、导轨油膜刚 度及导轨与基座的热变形等。
（1）导轨的几何精度
（2）接触精度
减少接触面的表面粗糙度：滑动导轨—动导轨Ra 0.8-0.2µm ，静导轨0.4-0.1µm 。滚动导轨面Ra 小于0.2µm
运动灵敏度较高，能承受不大的倾复力矩
(2)双圆弧滚珠导轨
计量光学仪器中（如小型工具显微镜、投影仪等）使用
接触面积较大，接触点应力较小，变形也较小，承载能力强、 寿命长。
（3）四圆柱棒滚道的滚珠导轨
优点：运动精度和灵活性较高，维修方便
缺点是承载能力不大，故多适用于较轻巧的仪器 上（如掩膜检查显微镜工作台）
a）两滚道型导轨结构简图 b） 四滚道型导轨结构简图
第四节 主轴系统及设计
一、主轴系统设计的基本要求
主轴系统设计的主要要求:
是主轴在一定载荷下具有一定的回转精度，同时还要 求有一定的刚度和热稳定性
测控技术与仪器(课程介绍)PPT课件
一. 测控专业简介 二. 专业教学内容和知识体系 三. 主要课程简介 四. 课程与就业的关系 五. 考研的相关学校简介
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一、测控专业简介
测控技术与仪器隶属于仪器科学与技术一级学科。
1998年教育部颁布新的本科专业目录，把仪器仪表 类11个专业（精密仪器、光学技术与光电仪器、检测 技术与仪器仪表、电子仪器及测量技术、几何量计量 测试、热工计量测试、力学计量测量、光学计量测量、 无线电计量测试、检测技术与精密仪器、测控技术与 仪器）归并为一个大专业——测控技术及仪器。
嵌入式系统设计
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实践环节
智能仪器课程设计 电气控制综合实验 嵌入式系统设计实验 控制系统仿真实验
凌阳及PIC单片机应用 Proteus 软件及应用
必修 选修
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金工实习
计算机技能培训 计算机组装
英语翻译与写作 电工电子设计
认识实习 传感器课程设计 单片机课程设计
生产实习 控制原理仿真实验 单片机应用电路设计 测控专业综合实验
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本专业人才培养的教育内容及知识结构的总体框架
C语言、Matlab 语言、数据库技 术、计算机文化 基础等课程
计算机技术类课程
电工电子技术类课程
电路、模电、 数电、电子 EDA、测控电 路等课程
信息流
获取
处理
传输
控制
学科公共 基础课
传感器技术 电子测量技术
等课程
数字信号处理 信号与系统、
文献检索
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知识体系
工程技术 基础
主干 非主干
课程体系
画法几何与工程制图 电路
现代精密仪器设计第一章概述 ppt课件
Design of Precision Instrument
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1
教材——
《现代精密仪器设计》李庆祥/李玉和等编著 清华大学出版社
参考书——
《现代仪器仪表技术与设计》王大珩 主编 ，北京 : 科学出版社, 2002 ——内容新、全 《精密仪器设计》天大、上交大合编，机械工业出版社，1992年 ——内容类似、简单 《测控仪器设计》浦昭邦、王宝光主编，机械工业出版社，2001年 ——哈尔滨工业大学教材 《电子精密仪器设计》徐和祥主编，国防工业出版社，1986年 ——以机械设计为主 《量仪设计》孙祖室主编，机械工业出版社，1981年 ——天大，老的量仪专业教材 《光学计量仪器设计》王因明主编，机械工业出版社，1982年 ——光学仪器专业教材，偏重于光学设计 2 ppt课件 ppt课件 ppt课件
“现代精密仪器设计”是国内外许多大学机电类、测控 仪器类、电子信息类专业的专业课程。本课程主要内容： 第1章 概述 第2章 现代精密仪器总体设计 第3章 精密仪器设计的精度理论 第4章 现代精密机械系统设计（现代设计方法） 第5章 微位移技术 第6章 定位与测量系统 第7章 瞄准与对准系统 第8章 自动调焦系统 第9章 精密机械系统伺服系统设计 第10章 典型精密仪器设计实例
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课程简介
第1 章
概
述
中 国 航 天 清 华 一 号
现代精密仪器实例介绍
“航天清华”卫星在离地球600～800千米 高的太阳同步轨道上运行。它可以进行存 储转发式的通信，或进行定点实时通信， 特别适用于无地面网络的地区使用，在数 据采集、远程教育等方面有着独特优势。 它不仅可以进行光学成像观测，还可以用 于环境、资源、水文、地理勘察和气象观 测、科学实验等多种用途。除具备以上用 途外，它也具有发射入轨后再上载软件的 能力，可随时通过上载新的软件改变卫星 的任务，并能修正高能粒子对电脑芯片辐 射而导致的程序突变问题，提出并开展了 “软件卫星”的概念研究。
测控仪器设计第章第节
二、创新设计方法的训练
1） 学习，掌握创造学理论的基本思想，掌握创新思维规律，面对来 自于自然界生存压力、社会发展需求压力、经济竞争压力、个人工作压力 及自我责任心，事业心的主客观强大压力，激发出积极、主动创造精神。
2）摸索创新设计的方法和技巧。
创新设计的诀窍在于
① 充分依靠现代网络信息资源有针对性的检索相关资料，补充掌握不足 的信息来达到创新构思。
例2:
齿轮全自动误差测量仪 （仪器功能上的创新）
解决了齿轮测量参数 多、测量仪器复杂、测量 精度不高的难题。使一台 仪器实现了多台仪器和量 具才能达到的测量功能， 体现了设计者在仪器功能 上的创新成就。
例3：
开关（新技术和新方法的创新） 机械式开关是最早的通断控制形式，但其反映的频率低，定位精度差，
创新和创造并不是神秘的事。它们有它们自己的模式和规 律。工程创新必须采取以下五个步骤：
1. 知道新的需求。
2. 知道现有技术状态和现有技术与新的需求之间的差距。
3. 基于非常广泛范围中的已有知识联想，产生解决差距的 新概念。
4. 评估新概念，选择最好的并进行详细设计。
5. 实现所设计的样机，并检查其性能是否满足要求。
从第五个步骤可以看出，一个工程师的创新和创造能力不 仅包括想象能力，还包括实际实现他的思想的能力。
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举例：
1）数控加工机床所必备的刀具预调仪（仪器原理上 的创新） 2）齿轮全自动误差测量仪（仪器功能上的创新） 3）开关（新技术和新方法的创新）
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刀具预调仪是一种可预先调整和测量刀尖直径、装夹长度，
ML
F
d2 2
tanG
M
DM 2
式中，F为螺钉锁紧力；d 2为螺纹中径； 为螺纹升角；G arctan G为螺纹摩擦角；