第一章 测控仪器设计概论 1
第一节 测控仪器的概念和组成 1
一、测控仪器的概念 1
二、测控仪器的组成 2
第二节 测控仪器及其设计的发展状况与趋势 5
一、测控仪器的发展状况和发展趋势 5
二、测控仪器设计的发展概况 7
第三节 测量仪器通用术语及定义 14
第四节 对测控仪器设计的要求和设计程序 17
一、设计要求 17
二、设计程序 18
思考题 19
第二章 仪器精度理论 20
第一节 仪器精度理论中的若干基本概念 20
一、测量误差 20
二、精度 21
三、仪器的静态特性与动态特性 22
第二节 仪器误差的来源与性质 25
一、原理误差 26
二、制造误差 29
三、运行误差 29
第三节 仪器误差的分析 32
一、误差独立作用原理 33
二、微分法 34
三、几何法 35
四、作用线与瞬时臂法 36
五、数学逼近法 43
六、控制系统的误差分析法 44
七、其他方法 46
第四节 仪器误差的综合 47
一、随机误差的综合 47
二、系统误差的综合 48
三、仪器总体误差的合成 48
第五节 仪器误差的分析合成举例 49
一、数字显示式立式光学计原理与结构 49
二、数字显示式立式光学计精度分析 50
第六节 仪器精度设计 54
一、仪器精度指标的确定 54
二、误差分配方法 57
思考题 60
第三章 测控仪器总体设计 62
第一节 设计任务分析 62
第二节 创新性设计 63
一、创新设计思维能力的培养 64
二、创新设计方法 65
第三节 测控仪器设计原则 66
一、阿贝（Abbe）原则及其扩展 66
二、变形最小原则及减小变形影响的措施 72
三、测量链最短原则 79
四、坐标系基准统一原则 79
五、精度匹配原则 82
六、经济原则 82
第四节 测控仪器设计原理 83
一、平均读数原理 83
二、比较测量原理 87
三、补偿原理 91
第五节 测控仪器工作原理的选择和系统设计 93
一、传感器的选择与设计 93
二、标准量及其细分方法的选用 99
三、数据处理与显示装置的选取 101
四、运动方式与控制方式的确定 104
第六节 测控仪器主要结构参数与技术指标的确定 104
一、从精度要求出发来确定仪器参数——光学灵敏杠杆的杠杆比的确定 105
二、从测量范围要求出发确定仪器参数——小模数渐开线齿廓偏差检查仪的结构参数的确定 106
三、从误差补偿要求来确定参数——电容压力传感器的结构参数确定 108
四、从仪器精度和分辨力要求出发确定仪器参数——光栅式刀具预调仪光电部分结构参数的选择 109
第七节 测控仪器的造型设计 110
一、外形设计 110
二、人机工程 112
思考题 113
第四章 精密机械系统的设计 115
第一节 仪器的支承件设计 115
一、基座与立柱等支承件的结构特点和设计要求 115
二、基座与立柱等支承件的结构设计 118
第二节 仪器的导轨及设计 123
一、导轨的功用与分类 123
二、导轨部件设计的基本要求 123
三、导轨设计应遵守的原理和准则 129
四、滑动摩擦导轨及设计 130
五、滚动摩擦导轨及设计 134
六、静压导轨及设计要点 140
七、设计时导轨选择要点 147
第三节 主轴系统及设计 151
一、主轴系统设计的基本要求 151
二、精密油膜滑动轴承轴系结构及设计 159
三、滚动摩擦轴系及设计 161
四、气体静压轴承轴系结构及设计 168
五、液体静压轴承轴系及设计 171
六、液体动压轴承轴系 173
七、设计时轴系选择要点 175
第四节 伺服机械系统设计 176
一、伺服系统的分类 177
二、伺服驱动装置 178
三、机械传动装置 178
四、伺服系统的精度 180
五、伺服系统的误差校正 181
第五节 微位移机构及设计 182
一、常用的微位移机构 182
二、微驱动器件 186
三、柔性铰链 188
四、精密微动工作台设计要点 191
思考题 192
第五章 电路与软件系统设计 193
第一节 电路与软件系统概述 193
一、电路与软件系统的作用 193
二、电路与软件系统的组成 193
三、电路与软件系统的设计要求 195
四、电路与软件系统的设计准则 199
第二节 测控电路设计 201
一、测量电路的设计 201
二、中央处理系统设计 211
三、控制电路设计 219
四、电源设计 225
五、电路系统的抗干扰技术 229
第三节 测控仪器的软件设计 238
一、软件系统的作用与特点 238
二、软件设计的原则 239
三、软件设计的方法与过程 239
四、常用应用软件 240
第四节 可靠性与故障诊断技术 243
一、电路系统的可靠性 243
二、软件系统的可靠性 245
三、故障诊断技术 248
第五节 电路与软件系统的设计举例 248
思考题 253
第六章 光电系统设计 254
第一节 测控仪器光电系统的组成和类型 254
一、光电系统的组成 254
二、光电系统的类型 255
第二节 光电系统的特性 256
一、光电特性 256
二、光谱特性及光谱匹配 256
三、光电灵敏度特性（光谱响应率） 256
四、频率响应特性 257
五、光电系统的探测率D和比探测率D 257
第三节 光电系统的设计原则 258
一、匹配原则 258
二、干扰光最小原则 258
三、共光路原则 260
第四节 光电测量系统中的光源及照明系统 261
一、光源的基本参数 261
二、光电测量中的常用光源 262
三、照明系统 267
四、光源及照明系统的选择 270
第五节 直接检测系统的设计 271
一、直接检测光电系统的工作原理 272
二、光功率直接检测光电系统的设计 273
三、距离检测光电系统的设计 279
四、几何中心与几何位置光电检测系统设计 284
五、直接检测光电系统中的光学参数的确定 287
第六节 相干变换与检测系统设计 291
一、光学干涉和干涉测量 291
二、干涉条纹光强检测法及其设计 292
三、干涉条纹相位检测法及其设计 296
四、干涉条纹的外差检测系统 297
第七节 光电系统设计举例——激光干涉仪的设计 301
一、干涉仪的一般特性及设计要点 301
二、激光干涉测长仪设计 302
思考题 310
参考文献 311