清华大学出版社

本书为高等工科院校“精密仪器设计”课教材，对与精密仪器设计有关的基本理论和方法及微型机电系统作了较全面系统的论述，荟萃了现代精密仪器设计的有关资料和科研成果，反映了该学科领域的当代发展水平。 全书共分11章，包括现代精密仪器设计概论、精密仪器总体设计、精密仪器设计的精度理论、精密机械系统、微位移技术、光学系统设计、定位与测量系统、瞄准与对准系统、自动调焦系统、精密机械伺服系统设计、微型机电系统。 本书适用于测控技术与仪器、光学工程及机电类专业大专院校师生和从事仪器科学与技术及机电类研究、设计、制造、调修的工程技术人员学习和参考。

仪器仪表是认识世界的工具, 是人们用来对物质(自然界)实体及其属性进行观察、监视、测定、验证、记录、传输、变换、显示、分析处理与控制的各种器具与系统的总称。它的研究内容是信息的获取、信息的处理以及信息的利用。仪器仪表发展至今已成为一门独立的学科即仪器科学与技术,而现代精密仪器则是仪器学科与技术的一个重要组成部分。 当今仪器科学技术最引人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，研究的尺度深入到介观 (纳米 ) 和微观 ；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；利用现代微制造技术 (光、机、电) 、纳米技术、计算机技术、仿生学原理、新材料等高新技术发展新式的科学仪器已成为主流，为精密仪器设计提出了新的研究课题。 随着科学技术的进步,特别是微电子技术、宇航工业、材料科学、生物工程等领域的发展,为精密仪器提供了广泛的研究领域，精密仪器已进入亚微米、纳米级的新时代。为适应科技发展的需要,赶上世界科技进步的步伐,提高我国精密仪器的水平,本书从实际出发,参照全国精密仪器设计的教学大纲编写而成。书中总结了编著者长期的教学经验与科研工作成果,荟萃了有关现代精密仪器设计理论和成果,着力反映这一学科领域的当代发展水平,能使学生充分了解和掌握精密仪器的学术动态和最新成就。同时力图做到概念清楚、深入浅出,对与精密仪器设计有关的共同性理论和方法,进行了系统地、全面地阐述。每章都有设计实例和习题，目的是便于学生自学并启发学生的创造性。 “现代精密仪器设计”是以设计为主的专业课程。其目的是使学生综合运用基础理论知识,掌握光、机、电、算相结合的现代仪器仪表设计理论和方法,以培养学生独立设计与研究现代精密仪器及微纳米系统的能力。 本书共分11章： 第1章现代精密仪器设计概论。阐述了仪器仪表学科的重要性和我国以及国际上这一学科当代的发展水平与发展趋势，还介绍了仪器仪表组成设计与原则。 第2章总体设计。总体设计是“战略”性的、方向性的、把握全局性的设计。总体设计是一个战略性的工作，它的优劣直接影响到精密仪器的性能和使用。同时，总体设计又是创造性的工作，特别是现代精密仪器，是光、机、电、算技术的综合。在进行总体设计时，设计者要有创新的观念，要充分运用科学原理和设计理论。本章介绍了几种设计方法,对总体设计原则、方法及总体方案制定内容通过实例进行了讨论。 第3章精密仪器设计的精度理论。精度（不确定度）是精密仪器及精密机械设备的核心技术指标。随着科学技术的发展,对于精密机械仪器的精度也提出了愈来愈高的要求。本章介绍了精度概念、精度评价方法、误差的来源及计算与分析方法、误差的综合及动态精度，为精密仪器的设计打下基础。 第4章精密机械系统。精密机械系统是实现精密仪器高精度的基础，特别是当代科技发展已进入纳米时代，对仪器的功能和精度提出了更高的要求，因此对机械系统的设计与制造应给予高度的重视。本章将对精密机械系统整体设计进行阐述,着重讨论那些对系统的精度和性能影响较大部件的设计要求及提高精度的措施,具体设计原理及方法请参阅有关精密机械设计等书籍。 第5章微位移技术。微位移技术是实现精密仪器亚微米、纳米级精度的关键技术。本章阐述了各种微位移器件的原理、特点及其应用,分析了各种微位移系统设计方法的优缺点、适用范围及达到的精度,特别是对柔性铰链微位移系统作了全面的论述,同时还介绍了目前世界上各种先进的、实用的微位移机构,供设计者参考。 第6章光学系统设计。光学系统从本质上讲是一种传递信息的工具,是现代精密仪器的重要组成部分。本章对光学系统整体设计进行了阐述，包括光辐射源及特征、光学系统基本参数的确定、光电系统中参数的确定等并给出了光谱仪设计实例。 第7章定位与测量系统。精密仪器精度的高低,除精密机械部分的运动精度外,很大程度上还取决于它的定位与测量系统。因此，定位与测量系统是精密仪器中的一个重要组成部分,特别是对高精度的仪器尤为重要。定位与测量系统包括激光干涉仪、光栅、线纹尺、感应同步器、磁栅及码盘等，本章重点论述了目前大量应用的高精度的光栅及干涉定位系统,并对该系统的设计和特点等问题进行了详细地分析与讨论。 第8章瞄准与对准系统。瞄准与对准系统是精密机械与仪器中的一个重要组成部分。精密机械与仪器的核心问题是精度问题，瞄准与对准是精密机械与仪器的基准，瞄准与对准精度将直接影响仪器的精度，特别是对高精度的仪器影响更大。在设计精密机械与仪器时，寻求新的瞄准与对准方法以提高总体精度，是设计者的重要任务之一。本章介绍了瞄准与对准系统的用途与性能。对目前通用的接触式和非接触式(包括机械、光学、电学及光电子学)的瞄准方法进行了比较全面的论述,介绍了实现仪器自动化的关键技术——光电自动对准系统,包括各种对准方法及其特点、应用范围和达到的精度。 第9章自动调焦系统。自动调焦与调平技术在精密仪器中有着广泛的应用,由于精密仪器向高精度、自动化发展,因而自动调焦、调平技术不断完善,应用范围迅速扩大,在自动化、快速化、高精度及高稳定性等方面取得了很大的进展,成为精密仪器中的一项重要技术。本章阐述了实现自动调焦的各种方案，特别对图像处理方法进行了详细阐述。 第10章精密机械伺服系统设计。精密机械中的伺服系统是实现精密仪器智能化、自动化的基础。为了实现精密机械系统高效率、高精度、稳定运动的要求，伺服机械系统必须具有很好的快速响应性，能灵敏地跟踪指令，以达到运动精度及稳定性要求。本章介绍了伺服系统的分类、组成、设计要求及性能指标，阐述了精密机电传动系统静态参数设计与动态分析、开环与闭环伺服系统设计原理，并给出了应用实例。 第11章微型机电系统。微型机电系统是20世纪末新兴的“微、纳米级的制造”技术领域。微电子机械系统作为21世纪重点发展的学科之一，将引起精密仪器设计与制造的革命，导致精密仪器向智能化、微型化、集成化、芯片化和系统工程化方向发展，为精密仪器设计提供新的途径与方法，应引起设计者的高度重视与密切关注，使仪器赶上“纳米”时代的步伐。目前，“微、纳米级的制造”理论尚不成熟，有待发展。本章介绍了微型机电系统国内外发展概况，阐述了微型机械物性基础、新型微型器件与系统。 本书是在《精密仪器设计》（清华大学出版社 1989年出版，1996年获机械工业部优秀教材一等奖）一书的基础上，依据科学进步与教学经验进行改编的。其中第1，3，5，7，8，9章由李庆祥教授编写；第6章由王东生教授编写；第2章由薛实福教授编写；第10章由訾艳阳博士后编写；第4章和第11章由李玉和博士编写；全书由李庆祥教授统稿。 本书可供高等工科院校测控技术与仪器、电子精密机械、机电一体化及光学仪器等专业师生使用,同时也可供从事精密仪器与机械及微纳米机电系统的研究、设计、制造、使用和调修的工程技术人员学习和参考。 由于编著者水平有限,书中难免有不妥甚至错误之处,殷切希望读者提出宝贵意见。 编著者 2003年3月于清华园

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