一、课程名称：测控仪器设计

二、课程代码：12007030

三、课程英文名称：Design of Measurement and Control Instruments

四、课程负责人：王代华

五、学时与学分：48学时，3学分

六、课程性质：必修课程

七、适用专业：仪器仪表类专业、机电一体化专业、自动化专业

八、选课对象：仪器仪表类专业、机电一体化专业、自动化专业

九、预修课程：机械设计、误差理论及数据处理、测量技术、控制理论与方法、测控仪器电路、接口技术。

十、课程教材：浦昭邦等, 测控仪器设计, 北京, 机械工业出版社, 2007

十一、参考书目

1) Alexander H. Slocum, Precision Machine Design, Prentice Hall, Inc., 1992

2) 张善锺, 精密仪器精度理论, 北京: 机械工业出版社, 1993

十二、开课单位

十三、课程的性质、目的和任务

十四、课程基本要求

十五、课程描述

• 测量与控制的基本概念、仪器的基本概念、仪器系统的组成单元、仪器系统的分类及类型。
• 测控仪器的特点与展望
• 产品设计的一般过程、测控仪器设计要求与特点、测控仪器设计的一般程序。

• 仪器精度理论的基本概念：误差及其类型和表示方法，精度及其分类，仪器静态特性与精度指标，仪器动态特性与精度指标
• 仪器误差来源及性质：原理误差、制造误差与运行误差的特征，激光扫描测径仪的误差分析，量化误差，数据采积与变换误差，大齿轮齿形误差在位测量仪的原理误差分析，摇臂式坐标测量机的误差分析等，减小误差的措施。
• 仪器误差的分析与计算：仪器误差分析/精度分析的概念，误差的分析与计算的步骤，误差独立作用原理，微分法、几何法、作用线与瞬时臂法、数学逼近法、矢量代数法等误差分析与计算方法的含义及应用。
• 仪器误差综合：系统误差与随机误差的综合方法，仪器误差综合的典型例子。
• 立式光学计的误差综合举例
• 仪器精度设计：仪器精度设计的基本概念，仪器精度指标的确定方法，误差分配方法，球径仪的误差分配与调整实例。

• 设计任务分析与创新点的构思: 测控仪器设计任务的类型，设计任务分析的内容，创新点的构思方法，以三坐标测量的触发式测头为例介绍创新点的构思方法。
• 测控仪器若干设计原则与设计原理：Occam 剃须刀，阿贝原则及其扩展，变形最小原则，比较测量原理，平均读数原理，补偿原理，测量链最短原则，坐标系基准统一原则，精度匹配原则，经济原则，圣文南原理，精确约束设计，作用中心原理，弹性平均效应原理，测量链与结构链分开原则，误差分离原理。
• 测控仪器工作原理的选择和系统设计：信号转换与传输原理的选择，标准量及其细分方法，数据处理与显示装置的选取，运动方式与控制方式。
• 测控系统主要结构参数与技术指标的确定：以光学灵敏杠杆的杠杆比的确定方法说明从精度要求出发确定仪器参数的方法，以小模数渐开线齿形误差检查仪的结构参数的确定说明从测量范围要求出发确定仪器参数的方法，以电容压力传感器的结构参数的确定说明从误差补偿要求出发确定仪器参数的方法。
• 测控仪器造型设计：一般介绍。

• 精密机械系统的结构设计：仪器机械结构的功能及设计要求，典型机械结构形式，如开关、闭式结构与正四面体结构。
• 支撑件设计：设计要求与设计方法?
• 导轨及其设计：导轨的作用及分类，导轨设计的基本要求，设计应遵守的原则，各种导轨的具体设计
• 主轴系统及其设计主轴系统的功能，设计基本要求，主轴系统的类型，各种主轴系统的设计方法
• 伺服机械系统设计与位移机构设计

• 电路系统的组成、要求和设计准则
• 电路系统的精度

• 干涉计与激光干涉系统的组成
• 光束处理元件
• 提高干涉测量精度的方法
• 移相技术
• 干涉条纹计数的原理
• 外差干涉仪的原理

• 计算机辅助设计方法
• 优化设计方法
• 可靠设计方法及创造设计方法

十六、学时分配

序号	课程内容	学时
1	测控仪器设计的基本概念	4
2	仪器精度理论	8
3	测控仪器总体设计	18
4	精密机械系统设计	6
5	测控仪器的电路系统设计	2
6	测控仪器的光电系统设计	6
7	测控仪器的现代设计方法	4

十七、能承担此课的教师

王代华，秦岚，刘京诚

教学大纲制订者：王代华

教学大纲审定者