《精密仪器设计》教学大纲

《精密仪器设计》教学大纲课程英文名PrecisionInstrumentsDesign课程代码B0804Z40学分2.5总学时40理论学时40实验/实践学时0课程类别专业课课程性质限选先修课程传感器、工程光学、光电检测技术、机械设计基础适用专业测控技术与仪器（光电检测方向）开课学院计量测试工程学院一、课程地位与课程目标（一）课程地位仪器是人们认识世界的工具，是用来对物质实体及其属性进行观察、监视、测定、检验、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。它的研究内容包括信息的获取、信息的处理及信息的利用。精密仪器设计发展至今已成为一门独立的科学，成为仪器学科一个重要组成部分。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。（二）课程目标1.掌握精密仪器设计相关的光、机、电、算等专业基础知识；掌握精密仪器设计的基本设计原理、设计方法；掌握误差理论及分析方法，并将其运用到仪器设计中。(1.4)2.能够针对复杂的测量仪器设计任务，综合考虑各项设计要求和约束条件，进行分析评估并给出设计方案。(3.3)二、课程目标达成的途径与方法以课堂教学为主，结合课程设计等环节。1.课堂教学主要讲解精密仪器设计相关基本概念、基本理论以及基本分析方法，并通过对实际问题的分析使同学们更好地熟悉仪器设计的理论体系、培养学生科学的思维方式和研究方法。课堂教学尽量引入互动环节，使同学们能更好地融入课堂教学，提高教学效果。2.课程设计是对学生运用所学知识解决实际问题的锻炼和检验，通过课程设计可以进一步提高学生的分析问题能力，增强对理论知识的感性和理性认识。三、课程目标与相关毕业要求的对应关系课程目标课程目标对毕业要求的支撑程度（H、M、L）毕业要求1毕业要求3课程目标1L课程目标2L注：1.支撑强度分别填写H、M或L（其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低）。四、课程主要内容与基本要求第一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部分、设计原理和设计原则。第二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、算等技术的综合。在进行总体设计时，设计者要有创新的概念，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。第三章精密仪器设计的精度理论精度是仪器及设备的核心指标。随着科学技术的发展，对精密仪器的精度也提出了越来越高的要求。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，为精密仪器设计打下基础。第四章精密机械系统本章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需搭配一些专业设计书籍。第五章传感系统设计本章阐述了各类传感器的特点，以及传感系统设计的具体方法。第六章光学系统设计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并给出了光谱仪设计实例。第七章微位移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。第八章机械控制系统设计本章重点论述了机械控制系统的基本原理，开环与闭环控制系统的区别，介绍了PID控制的参数调试方法。第九章定位与测量系统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。对激光干涉仪、光栅、线纹尺、感应同步器、磁栅及码盘等光定位设备进行了具体的阐述。五、课程学时安排章节号教学内容学时数学生任务对应课程目标第1章1.1现代精密仪器概述1.2精密仪器的基本组成1.3精密仪器设计的指导思想与程序41-4，1-61第2章2.1设计方法概述2.2设计任务分析2.3系统参数与指标设计2.4总体方案的指定2.5典型设计方法42-7,2-81，2第3章3.1仪器精度概述3.2仪器误差的来源与分类3.3误差计算分析方法3.4误差综合与实例分析63-2，3-7,3,3-71，2第4章4.1基座与支撑件4.2导轨副4.3主轴系统84-1,4-3,4-61，2第5章5.1检测系统5.2传感器选择45-3,5-41，2第6章6.1光学系统的组成与特点26-11，2第7章7.1概述7.2柔性铰链7.3精密致动技术7.4典型微位移系统7.5精密微动系统设计实例47-3,7-101，2第8章8.1概述8.2开环伺服系统设计8.3闭环伺服系统设计28-2,8-3,8-51，2第9章9.1精密测量技术概述9.2瞄准与对准技术9.3光栅测量技术9.4激光干涉测量技术69-2,9-3,9-11,9-151，2六、考核方式及成绩评定（一）考核方式与评价考核内容考核方式评定标准（依据）占总成绩比例过程考核到课率、课堂讨论发言等课堂考勤20%期末考核闭卷考试试卷80%考核类别考试成绩登记方式百分制（二）课程目标考核环节和达成标准课程目标教学环节考核环节合格标准课程目标1讲授平时成绩（考勤、作业）A0.6期末考试B（选择、填空、判断题）课程目标2讲授平时成绩（考勤、作业）A0.6期末考试C（简答题、计算分析题）八、推荐教材与主要参考书（一）推荐教材：《精密仪器设计》王智宏等编，机械工业出版社，2016，第一版。（二）主要参考书：1.《现