6023 精密仪器设计.docx

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1、湖北省高等教育自学考试大纲课程代码：6023课程名称：精密仪器设计第一部分课程性质与目标一、课程性质与特点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。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,而精密仪器则是仪器学科与技术的一个重要组成部分。精密仪器设计课程是高等教育自学考试光机电一体化工程专业的一门专业课程。本课程的任务是学会如 何从总体设计思想出发，用机、电、光、计算机等领域的知识应用于仪器的具体设计，力求使学生掌握机、电、 光、计算机相结合的仪器总体设计基础知识，学

2、会如何从设计任务出发进行总体设计的方法和具有一定的精度设 计能力。二、课程目标与基本要求通过本课程的学习，要求学生：1. 了解仪器设计基本程序与基本方法。2. 了解仪器精度基本理论与分析技术，掌握仪器精度理论的基本概念、影响仪器精度的因素等。3. 了解仪器总体设计方法，掌握仪器设计基本原则，了解仪器设计基本原理和工作原理的选择。4. 了解精密机械系统设计，包括仪器支承件设计、仪器导轨设计，了解微位移机构及其设计。5. 了解仪器的电路系统设计，掌握电路系统的组成、要求和设计准则，理解中央处理系统的设计，了解电路 系统精度及电路的抗干扰技术。6. 了解仪器光电系统的设计，掌握光电探测器分类及其选用

3、，了解光电探测器的偏置电路和光辐射的调制， 了解激光干涉仪的特性和设计要点。7. 了解仪器设计的现代设计方法。包括仪器的计算机辅助设计、优化设计、可靠性设计及虚拟仪器技术。 本课程要求学生在自学过程中，掌握常用仪器设计的总体设计思想、仪器设计基本原则和基本设计方法。三、与本专业其他课程的关系本课程的先修课程主要有：机械制图、精密机械设计基础、机械制造基础、光学基础、电学基础、计算机基 础等。第二部分 考核内容与考核目标第一章仪器设计概论一、学习目的与要求通过本章的学习，要求了解仪器的分类、应用，明确本课程的学习目的，掌握仪器设计的基本要求和设计程序。本章知识点中，重点是仪器分类和作用，仪器设计

4、要求和设计程序。二、考核知识点与考核目标1 .概述仪器在生产过程中作用，仪器的分类。（识记）学习本课程的目的。（理解）2 .仪器的特点和发展。（识记）3 .仪器设计要求和设计程序设计要求、设计程序（理解）第二章仪器精度理论一、学习目的与要求通过本章的学习，掌握仪器精度理论的基本概念、影响仪器精度的因素、仪器误差的分析方法等。本章知识点中，重点是仪器精度理论的概念、误差来源和分析方法。二、考核知识点与考核目标1 .仪器精度理论中的若干基本概念1.1 仪器误差仪器误差定义、误差分类、误差的表示方法（识记）1.2 精度正确度、精密度、准确度（理解）1.3 仪器精度指标仪器的静态特性与精度指标、示值误

5、差与示值重复性、灵敏度与分辨力、仪器的稳定性与漂移、滞差（理解） 仪器的动态特性（了解，不作为考核内容）2 .仪器误差的来源与性质3 . 1原理误差原理误差形成的原因（理解）减小或消除原理误差影响的方法（识记）4 . 2制造误差制造误差的形成（理解）减小或消除制造误差影响的方法（识记）5 . 3运行误差运行误差的形成（理解）减小或消除运行误差影响的方法（识记）力变形、测量力变形、应力变形、磨损（识记）6 .仪器误差的分析与计算仪器误差分析步骤（识记）6.1 误差独立作用原理源误差与局部误差、仪器总误差及其计算（识记）6.2 微分法（识记）6.3 几何法（简单应用）6.4 作用线与瞬时臂法机构传

6、递位移的基本公式（简单应用）7 .仪器误差的综合（了解，不作考核内容）7.1 随机误差的综合7.2 系统误差的综合7.3 仪器误差的综合示例6 ,仪器精度设计6. 1仪器精度指标的确定微小误差原理（识记）6.2误差分配方法（识记）第三章仪器总体设计一、学习目的与要求通过本章的学习，要求树立这样的基本思想：在进行仪器具体设计以前，要从仪器自身的功能、技术指标、 检测与控制系统框架以及应用的环境和条件等总体角度出发，对仪器设计中的全局问题进行全面的设想和规划。 这是学习本章也是本课程所要到达的目的。本章知识点中，重点是要掌握仪器设计原则及正确选用仪器设计原理。二、考核知识点与考核目标1 .设计任务

7、分析与创新点的构思1.1 设计任务分析设计任务分析包含内容：了解被测控参数及其载体的特点，了解仪器的功能要求、使用条件及其国内外同类产品的加工和市场销售情况（识 记）1.2 创新点构思材（识记）2 .仪器设计原则2.1 阿贝原则及其扩展阿贝原则、扩展原则（简单应用）阿贝误差补偿（识记）遵守阿贝原则的传动部件设计（简单应用）2.2 变形最小原则及减小变形影响的措施仪器工作过程中受力变化和温度变化的影响（识记）防止变形的措施（识记）2. 3测量链最短原则测量链环节的构件数目最少原则（理解）2.4坐标系基准统一原则仪器群体之间关系（理解）仪器中零部件之间的关系（理解）2. 5精度匹配原则仪器中各部分

8、环节的精度要求和分配（识记）2.6经济原则（识记）3.仪器设计原理3.1 平均读数原理平均原理、平均误差效应的应用、平均读数原理与仪器设计（识记）3.2 比较测量原理位移量同步比较测量原理、差动比较测量原理、零位比较测量原理（识记）3. 3补偿原理补偿环节、补偿方法、补偿要求、综合补偿（识记）4. .仪器工作原理的选择和系统设计设计仪器系统的首要问题是检测系统工作原理的选择和控制系统功能的设计4.1 信号转换与传输原理的选择转换原理分类与选用：机械、光学、电学、气动等（理解）4.2 标准量及其细分方法的选用（理解）4.3 数据处理与显示装置的选取（理解）4 . 4运动方式与控制方式（识记）5

9、.系统主要结构参数与技术指标的确定（了解，不作为考核内容）6 .仪器的造型设计外形设计和人机工程（识记）第四章精密机械系统设计一、学习目的与要求通过本章的学习，要求对仪器的支承件设计、仪器的导轨设计、仪器的主轴系统设计及微位移机构设计有一 定的了解。本章知识点中，重点是支承件设计、仪器的导轨设计。二、考核知识点与考核目标1 .仪器的支承件设计1.1 基座与立柱等支承件的结构特点和设计要求基座与立柱等支承件的特点（理解）基座与立柱等支承件设计要求（理解）1.2 基座与立柱等支承件的结构设计基座与立柱等支承件的刚度设计（识记）基座与立柱等支承件的结构设计（理解）2 .仪器的导轨设计1. 1导轨的功

10、用与分类（理解）2. 2导轨部件设计的基本要求导向精度（理解）导轨运动的平稳性（理解）刚度要求（识记）3. 3导轨设计应遵守的原理和准则运动学原理（识记）弹性平均效应原理（识记）导向导轨与压紧导轨分立原则（理解）4. 4.滑动摩擦导轨及设计滑动摩擦导轨的截面形状（理解）滑动摩擦导轨的组合形式（识记）5. 5.滚动摩擦导轨及设计滚动摩擦导轨的结构形式及其特点（识记）2 . 6.静压摩擦导轨及其设计（了解，不作考核内容）3 .主轴系统及其设计（了解，不作考核内容）5 .微位移机构及设计常用的微位移机构（识记）精密微动工作台设计要点（识记）第五章仪器的电路系统设计一、学习目的与要求有关测量电路和控制

11、电路设计的具体内容在其它课程学习，本章仅对电路系统的一般性问题作介绍，具体要 求如下：通过本章的学习，要求掌握电路系统的组成、设计准则，理解电路系统精度概念、中央处理系统设计，了解 电路系统的抗干扰技术及电路系统的可靠性与故障诊断技术。本章知识点中，重点是电路系统的组成、设计准则、系统精度概念和中央处理系统设计。二、考核知识点与考核目标1 .电路系统的组成、要求和设计准则1.1 电路系统的作用及其组成测量电路、控制电路、中央处理系统（理解）1.2 对测控电路的一般要求抗干扰能力、稳定性、频率特性与响应速度、量程与分辨率、输入与输出阻抗（识记）1.3 电路系统的设计准则总线化准则：内部总线、系统

12、总线、外部总线（理解）模块化准则（识记）可靠性准则（识记）2 .电路系统精度信噪比、量化误差、非线性误差、温度漂移、频率特性与响应速度（识记）3 .中央处理系统的设计3.1 以计算机为核心的中央处理系统特点与功能（识记）中央系统组成（综合应用）3.2 基于微处理器的主机电路单片机的特点与功用（识记）由单片机构成的主机电路（理解）3.3 基于微型计算机的主机电路内插式、外接式、组合式（综合应用）4 .电路系统的抗干扰技术干扰源、干扰的耦合方式、干扰的形态、不同干扰的抑制措施（识记）接地技术（识记）其它抗干扰方法（识记）5 .电路系统的可靠性与故障诊断技术（了解，不作考核内容）电路系统的可靠性提高

13、硬件可靠性的一般方法故障诊断技术第六章仪器的光电系统设计一、学习目的与要求通过本章的学习，要求掌握光电探测器及其选用和光辐射的调制，了解光电探测器电路设计、光学系统参数 的确定和激光干涉仪的设计。本章知识点中，重点是光电探测器机器选用、光辐射的调制。二、考核知识点与考核目标1 .光电探测器机器选用1.1 光电探测器的种类（识记）光电子发射器件光电导器件光生伏特器件1.2 光电探测器的性能参数响应度、光谱响应度、时间响应特性（了解，不作考核内容）1.3 光电探测器的噪声（了解，不作考核内容）1 . 4光电探测器选用的一般原则探测器与光源相匹配、探测极限、响应时间、最大额定值（识记）2 .光电探测

14、器的偏置电路2.1 光电探测器的偏置方式自生偏置或零偏置、外加偏置（识记）2.2 几种常用的偏置电路一般直流偏置电路、匹配偏置电路（识记）恒流偏置电路、恒压偏置电路、反偏偏置电路（了解，不作考核内容）3 .光辐射的调制光辐射调制的概念及器件（理解）3 . 1电光调制电光效应、电光效应的应用（识记）4 . 2磁光调制磁光效应、磁光效应的应用（识记）5 .光学系统参数的确定5.1 光源类型及其选用光源类型、光源的选用（识记）6 .激光干涉仪的设计干涉仪的一般特性与设计特点（识记）第七章仪器的现代设计方法一、学习目的与耍求本章作为了解内容，要求了解仪器的计算机辅助设计、优化设计、可靠性设计及虚拟仪器

15、技术。（了解，不作 考核内容）第三部分有关说明与实施要求为了使本大纲的规定在个人自学、社会助学和命题中得到贯彻和落实，特对有关问题作如下说明。一、考核的能力层次表述大纲中“考核要求”提出的“识记”、”领会工”简单应用”、“综合应用”四个能力层次是递进等级关系，后 者必须建立在前者的基础上。1、“识记”：能知道有关的名词、概念等的意义，并能正确认识和表述。2、“领会”：在识记的基础上，能全面理解基本概念、基本原理、计算方法，能掌握有关概念和原理的区别与 联系。3、“简单应用”：在领会的基础上，能用学过的一二个知识点，分析和解决简单的问题。4、“综合应用：在简单应用的基础上，能用学过的多个知识点，

16、综合分析和解决较复杂的问题。二、教材指定教材：测控仪器设计（第2版） 浦昭邦、王宝光主编 机械工业出版社2007三、自学方法指导1、在开始阅读指定教材某一章之前，先翻阅大纲中有关这一章的考核知识点及对知识点的能力层次要求和考 核目标，以便在阅读材料时做到心中有数，有的放矢。2、阅读教材时，要逐句推敲，集中精力，吃透每一个知识点，对基本概念必须深刻理解，对基本理论必须彻 底弄清，对基本方法必须牢固掌握。3、在自学过程中，既要思考问题，也要做好阅读笔记，把教材中的基本概念、原理、方法等加以整理，这可 从中加深对问题的认知、理解和记忆，以利于突出重点，并涵盖整个内容，可以不断提高自学能力。4、为了加

17、强对基本概念的理解及数据分析处理方法的牢固掌握，每自学完一个章节后，应认真书中有关练习， 消化和巩固所学知识，培养分析问题、解决问题的能力。此学习环节十分必要，绝不可少。做练习时按考核目标 所要求的不同层次，掌握教材内容。在练习过程中，应适当回顾与发挥过去所学知识。注重理论联系实际和具体 问题具体分析，解题时应注重逻辑性，针对问题围绕相关知识点层次分明地推导，明确各层次间的逻辑关系。四、对社会助学的要求1、应熟知考试大纲对课程提出的总要求和各章的知识点。2、应掌握各知识点要求达到的能力层次，并深刻理解对各知识点的考核目标。3、辅导时，应以考试大纲为依据，指定的教材为基础，不要随意增删内容，以免

18、与大纲脱节。4、辅导时，应对学习方法进行指导，宜提倡“认真阅读教材，刻苦钻研教材，主动争取帮助，依靠自己学通” 的方法。5、辅导时，要注意突出重点，对考生提出的问题，不要有问即答，要积极启发引导。6、注意对应考者能力的培养，特别是自学能力的培养，要引导学生逐步学会独立学习，在自学过程中善于提 出问题，分析问题，做出判断，解决问题。7、要使考生了解试题的难易与能力层次高低两者不完全是一回事，在各个能力层次中会存在着不同难度的试 题。8、助学学时：本课程共4学分，建议总课时72学时章次内容学时仪器设计概论2仪器精度理论12-4仪器总体设计16四精密机械系统设计12五仪器电路系统设计18六仪器光电系

19、统设计10七仪器现代设计方法2合计72五、关于命题考试的若干规定1 .本大纲各章所规定的考核知识点及知识点下的知识项目都属于考核的内容，考试命 题覆盖到各章，适当 突出重点章节，加大重点内容的覆盖密度。2 .试卷中对不同能力层次要求的分数比例大致为：“识记”占20%, “理解”占20%, “简单应用”占40%, “综合应用”占20%。3 .试题难易程度要合理，可分为：易、较易、较难和难四个等级。每份试卷中不同难度试题的分数比例一般 依次为：2： 3： 3： 2o需要强调的是：试题的难易程度与能力层次不是一个概念。在各个能力层次中都有可能给出难易程度不同 的试题。4 .试题的题型主要有：单项选择

20、题、多项选择题、填空题、名词解释题、简答题、综合论述题或综合设计题。5 .考试采用闭卷笔试方式，时间为150分钟；试题份量以中等水平的考生在规定时间 内答完全部试题为度; 评分采用百分制，60分为及格；考试时只允许带笔、橡皮和直尺，答卷必须用蓝色或黑色笔，不得使用铅笔。六、题型示例（一） .单项选择题1、在基于微型计算机的主机电路中，仪器中央处理系统可分为oA单元式 B内插式 C模块式 D积木式（二） .多项选择题1、造成仪器误差的原因很多，主要包含oA原理误差 B制造误差 C计数误差 D运行误差 E随机误差（三）填空题1、根据仪器在不同的阶段，仪器误差可分为原理误差、制造误差和 o（四） .名词解释题1、光调制器（五） .简答题1、以计算机为核心的中央处理系统有什么特点。（六）综合论述题1、详细论述基于微处理器的测控仪器主机电路与基于微型计算机的测控仪器主机电路的特点。（七）.综合设计题1、利用微型计算机，设计一个测控仪器系统，要求画出仪器系统的构成图。