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第1章 精密仪器设计概论1

1.1仪器科学的内涵及其发展1

1.1.1仪器科学的内涵1

1.1.2仪器科学的发展7

1.2航空航天精密仪器14

1.2.1航空航天精密仪器的研究现状14

1.2.2航空航天精密仪器的发展趋势25

1.3精密仪器的基本组成与设计27

1.3.1精密仪器的基本组成27

1.3.2精密仪器设计的主要问题31

1.3.3精密仪器设计的指导思想32

1.3.4精密仪器设计的基本要求33

1.3.5精密仪器设计的任务分析38

1.3.6精密仪器设计的程序步骤40

习题41

第2章 精密仪器的设计思路42

2.1精密仪器的总体设计42

2.1.1精密仪器的设计原理42

2.1.2精密仪器的设计方法49

2.1.3精密仪器的设计内容56

2.1.4精密仪器的参数与指标58

2.2精密仪器设计中的主要因素60

2.2.1精密仪器设计中的温度因素60

2.2.2精密仪器设计中的力学因素67

2.2.3精密仪器设计中的材料因素71

2.2.4精密仪器设计中的其他因素75

2.3精密仪器设计中的基本原则76

2.3.1阿贝原则77

2.3.2测量链最短原则79

2.3.3封闭原则80

2.3.4基面统一原则80

2.3.5经济原则81

2.3.6运动学原则82

2.3.7粗精分离原则82

2.3.8价值系数最优原则83

习题84

第3章 精密仪器的误差分析85

3.1误差分析的基本问题85

3.1.1误差的概念及其内涵85

3.1.2误差分析的目的与意义89

3.1.3误差的分析及其评定89

3.2误差的来源及其计算94

3.2.1误差的主要来源94

3.2.2误差计算的方法95

3.2.3有效数字及其运算101

3.3误差合成的常用方法102

3.3.1仪器误差的分类103

3.3.2同类误差的合成104

3.3.3综合误差的合成107

3.4误差溯源及其算法109

3.4.1微分法110

3.4.2几何法111

3.4.3投影法112

3.4.4瞬时臂法112

3.5精度设计与误差分配116

3.5.1仪器的精度设计116

3.5.2仪器的误差分配118

3.5.3仪器的精度校验120

习题123

第4章 精密机械系统设计124

4.1支承件的结构与设计124

4.1.1支承件的结构特性124

4.1.2支承件的设计要求126

4.2导轨系统的设计128

4.2.1导轨的类型129

4.2.2导轨的设计指标130

4.2.3滑动摩擦导轨设计133

4.2.4滚动摩擦导轨设计139

4.2.5流体摩擦导轨设计144

4.2.6弹性摩擦导轨设计146

4.3主轴系统的设计147

4.3.1主轴系统的要求147

4.3.2圆锥轴系设计153

4.3.3圆柱轴系设计158

4.3.4滚动摩擦轴系设计160

4.3.5流体摩擦轴系设计166

4.4精密工作台的设计168

4.4.1工作台的性能要求与组成168

4.4.2导轨形式的选择170

4.4.3导轨的特性分析173

习题177

第5章 精密机械伺服系统设计178

5.1机械伺服系统的组成与性能178

5.1.1机械伺服系统的组成及其特征178

5.1.2精密机械伺服系统的设计要求及性能指标182

5.1.3伺服系统设计的一般步骤183

5.2伺服系统的执行元件184

5.2.1执行元件的分类及其特点184

5.2.2直流伺服电动机185

5.2.3步进电动机190

5.2.4交流伺服电动机194

5.3电力电子变流技术198

5.3.1开关器件特性199

5.3.2变流技术201

5.4伺服系统的设计204

5.4.1开环伺服系统的设计205

5.4.2闭环伺服系统的设计210

习题228

第6章 精密光学系统设计230

6.1光学仪器的基本组成230

6.2光辐射源及其特征231

6.2.1辐射的基本定律231

6.2.2光谱的选择性233

6.2.3常见的辐射源234

6.2.4辐射的传输234

6.3人眼及其光学系统236

6.3.1人眼的基本结构236

6.3.2人眼的光学特性237

6.3.3人眼的视觉特性239

6.4光学系统的像差及像质评价243

6.4.1光学系统的像质评价243

6.4.2光学系统的像差公差248

6.5光学系统总体设计原则249

6.5.1光孔转接原则249

6.5.2物像空间不变原则250

6.6照明系统设计251

6.6.1照明方式与设计251

6.6.2照明系统的要求253

6.7典型光学系统设计254

6.7.1望远系统设计254

6.7.2显微镜的设计258

6.8光电传感系统设计267

6.8.1光电效应及光电传感器267

6.8.2光电系统设计276

6.9光学系统设计的具体过程和步骤279

习题281

第7章 精密定位系统设计282

7.1微动器件及系统282

7.1.1压电、电致伸缩器件284

7.1.2磁致伸缩器件289

7.1.3电热式微动机构293

7.1.4机械式微动机构294

7.2光栅定位测量系统297

7.2.1莫尔条纹的定位测量298

7.2.2莫尔条纹的读数系统303

7.2.3光栅副的设计305

7.2.4莫尔条纹的影响因素306

7.2.5莫尔条纹信号的细分308

7.3激光干涉定位测量系统314

7.3.1激光干涉仪的原理314

7.3.2干涉仪的误差分析315

7.3.3典型干涉仪的结构316

7.3.4激光干涉仪光路的设计原则318

7.3.5提高干涉测量精度的措施319

7.4其他编码器322

7.4.1线纹尺与度盘322

7.4.2码尺与码盘324

7.4.3旋转变压器325

7.4.4磁栅327

习题330

第8章 航天陀螺系统设计331

8.1卫星姿态的控制331

8.1.1被动姿态控制332

8.1.2半被动姿态稳定和半主动姿态控制333

8.1.3主动姿态控制334

8.2 控制力矩陀螺的原理与结构335

8.2.1控制力矩陀螺的原理335

8.2.2磁悬浮控制力矩陀螺339

8.3磁悬浮控制力矩陀螺设计341

8.3.1磁悬浮转子系统设计341

8.3.2框架伺服系统368

8.4控制力矩陀螺在航天器上的应用375

8.4.1控制力矩陀螺的动力学基础375

8.4.2单框架控制力矩陀螺系统构形设计及分析377

8.4.3各种指标分析380

8.4.4单框架控制力矩陀螺系统的控制律381

8.4.5单框架控制力矩陀螺的控制律383

习题387

习题及参考答案388

参考文献412