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①幾何量精密儀器

主要包括檢測各種幾何量的精密儀器,如立式測角儀、激光干涉比長儀、經(jīng)緯儀、三坐標測量機、圓度儀、輪廓儀和掃描隧道顯微鏡等測量儀器。

②熱工量精密儀器

主要包括溫度、濕度、壓力、流量檢測精密儀器,如各種氣壓計、真空計、多波長測溫儀表、流量計和高度表等。

③機械量精密儀器

主要包括各種測力儀器、應(yīng)變儀、加速度與速度測量儀、轉(zhuǎn)矩測量儀、振動測量儀、萬能材料實驗機和布氏硬度計等。

④時間頻率精密儀器

主要包括各種計時儀器與儀表、原子鐘、時間頻率測量儀等。

⑤電磁精密儀器

主要用于測量各種電量和磁量,如電流表、電壓表、功率表、電阻測量儀、電容測量儀、靜電儀和磁參數(shù)測量儀等。

⑥無線電精密儀器

主要包括示波器、信號發(fā)生器、相位測量儀、頻譜分析儀和動態(tài)信號分析儀等。

⑦光學與聲學精密儀器主要包括光譜儀、光度計、色度計、激光參數(shù)測量儀、光學傳遞函數(shù)測量儀、噪聲測量儀和聲吶測量儀等。

⑧電離輻射精密儀器

主要包括各種放射性、核素計量、X和λ等射線計量儀器等。

儀器各部分的安裝固定,儀器測量精度、定位精度和運動精度的保證,由精密機械系統(tǒng)來實現(xiàn)和完成。精密儀器的測量控制對象也通常為機械結(jié)構(gòu)的運動量。

2、電子技術(shù)

實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換、傳輸、放大。研究對象包括:

①測量電路:實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換。

②計算機控制:包括信號處理分析,以及在此基礎(chǔ)上的自動控制(發(fā)出控制指令)。

③伺服驅(qū)動:電子與機械部分的接口,按控制指令的要求控制被控對象實現(xiàn)預(yù)定的動作。

3、光學技術(shù)

利用各種光學原理,實現(xiàn)對被測量的轉(zhuǎn)換、放大、投影、顯示、傳輸?shù)�。傳統(tǒng)的光學系統(tǒng)是與機械技術(shù)相結(jié)合實現(xiàn)其功能的,現(xiàn)代的光學系統(tǒng)又結(jié)合了電子技術(shù),實現(xiàn)光學信息的處理和控制。

光、機、電技術(shù)相結(jié)合進一步擴大了現(xiàn)代精密儀器的應(yīng)用領(lǐng)域。

1、基準部件

基準部件為測量提供標準量,測量結(jié)果均須與之比較方能得到準確的測量值。因此,它是決定精密儀器精度的主要環(huán)節(jié)。

基準器件的種類很多,如用于幾何量(長度和角度)測量的標準器件:量塊、精密測量絲杠、線紋尺、度盤、多面棱體、多齒分度盤、光柵尺(盤)、磁柵尺(盤)、感應(yīng)同步器、光波等。對于復(fù)雜參數(shù),有漸開線樣板、表面粗糙度樣板等標準件,還有提供標準運動的標準圓運動、漸開線運動和齒輪運動裝置。此外還有標準硬度塊、頻率計,以及時間、照度、流量、色度、激光參數(shù)、溫度、測力、稱重等標準�？筛鶕�(jù)需要選取。

2、感受轉(zhuǎn)換部件

感受轉(zhuǎn)換部件感受被測量,拾取原始信號以便進一步轉(zhuǎn)換、處理和分析。其精度直接影響整個儀器的精度。

有的儀器的感受轉(zhuǎn)換部件僅起感受原始信號的作用,有的同時還進行一次信號的轉(zhuǎn)換。感受轉(zhuǎn)換部件有兩大類:一類為接觸式的,如各種機械式探頭;一類為非接觸式的,如氣動非接觸測頭、光學探頭、紅外線、渦流測頭、拾音器等。

3、轉(zhuǎn)換放大傳輸部件

轉(zhuǎn)換放大傳輸部件將感受轉(zhuǎn)換來的微小信號,通過各種原理(光、機、電、氣)進一步轉(zhuǎn)換和放大,成為觀察者或其下一部件可直接接收的信號,如顯示或進一步加工處理。

4、瞄準/讀數(shù)部件

瞄準/讀數(shù)部件感受被測量/標準量,用以對零/讀數(shù)。

瞄準部件用以感受被測量,要求指零準確,一般不做讀數(shù)用,故不要求其靈敏度。讀數(shù)部件用以感受標準量,由它產(chǎn)生測量結(jié)果。在實際測量中,二者又是可互換,而不是絕對的。但有的儀器二者不能互換。

5、數(shù)據(jù)處理部件

數(shù)據(jù)處理部件對測量數(shù)據(jù)進行加工、校正、計算等處理。通常由微處理器、微機來完成。

6、顯示記錄部件

顯示記錄部件用來顯示和存儲測量結(jié)果,包括的種類很多,如指針表盤、記錄器、數(shù)字顯示器、打印機、熒光圖像顯示器以及各種ROM和RAM存儲器、磁盤、CF和SD等各種存儲卡。

7、驅(qū)動控制部件

驅(qū)動控制部件驅(qū)動測量部分的測頭移動或驅(qū)動工作臺實現(xiàn)測量動作;在自動檢測儀器中,其對數(shù)據(jù)處理部件的輸出——測得的誤差量進行放大轉(zhuǎn)換,驅(qū)動執(zhí)行元件實現(xiàn)系統(tǒng)的動作。

8、機械結(jié)構(gòu)部件

機械結(jié)構(gòu)部件是用以保障其他部件功能實現(xiàn)的連接、支承、保護、限位、移動導(dǎo)向的機械結(jié)構(gòu)。主要有基座、支架、導(dǎo)軌、工作臺、軸系以及其他部件,如微調(diào)、鎖緊、限位、保護等機構(gòu)。它是儀器中不可缺少的部件,其精度有時對儀器精度的影響起決定作用。

1、反映設(shè)計工作的性能

具體是指儀器設(shè)備的各種功能,例如加工范圍、運動范圍、速度范圍、測量范圍、顯示功能、打印數(shù)據(jù)功能等。

2、反映儀器設(shè)備的精度

例如加工精度、表面粗糙度、制造精度、刻劃精度、測量精度、示值誤差、分辨力、靈敏度等。

3、反映儀器設(shè)備的自動化程度

例如數(shù)控、微機控制、全自動、半自動、計算機自動處理等。

4、反映儀器設(shè)備的效率

例如生產(chǎn)率、檢驗率等。

5、反映儀器設(shè)備的可靠性

可靠性是指定產(chǎn)品在給定的時間內(nèi)和規(guī)定的條件下完成規(guī)定功能的一種能力,可以理解為產(chǎn)品的技術(shù)性能在時間上的延續(xù)性、穩(wěn)定性或重復(fù)性。

6、反映儀器設(shè)備的維修性

維修性指維修產(chǎn)品的難易程度,是衡量產(chǎn)品發(fā)生故障后能夠迅速修復(fù)并恢復(fù)功能的一種指標。

7、反映儀器設(shè)備的安全性

安全性是說明產(chǎn)品質(zhì)量特性的一項重要指標,從設(shè)計開始就應(yīng)當認真對待。

8、反映儀器設(shè)備的質(zhì)量、尺寸等

該指標對生物醫(yī)學以及航空航天儀器設(shè)備尤其重要。

1、功能方面

在精密儀器的具體設(shè)計過程中,需要考慮的因素或者要求有時可能很多,但首先要滿足的是功能要求,例如儀器的檢測、信號分析、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、誤差修正、故障診斷、控制、顯示、存儲、記錄、打印功能等。

2、性能方面

要使精密儀器在一定的使用條件下和一定的時間內(nèi)有效地實現(xiàn)其預(yù)期的性能,必須要求儀器工作安全可靠,操作維修方便。因此精密儀器所使用的零部件應(yīng)當具有相應(yīng)的強度、剛度、振動穩(wěn)定性和時間穩(wěn)定性等。

3、精度方面

精度是精密儀器最重要的技術(shù)指標之一,設(shè)計時必須保證精密儀器在正常工作條件下能夠達到所要求的精度指標。例如有傳感器的精度、工作臺的運動精度、導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度、控制系統(tǒng)的精度、轉(zhuǎn)換電路的精度、運算精度等。

4、經(jīng)濟實用方面

精密儀器產(chǎn)品的經(jīng)濟性要求既是增加產(chǎn)品市場競爭力、贏得用戶的需要,也是節(jié)約社會資源、提高社會效益的需要。提高產(chǎn)品的經(jīng)濟性是以壽命周期成本最低為目標的,要求組成精密儀器的機械、電子、光學零部件,能夠最經(jīng)濟地被制造出來,使得零件的結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好、價格低廉、實用性強。

5、外觀方面

隨著科技水平的提高,人們對產(chǎn)品外觀的審美意識越來越強,尤其是新研發(fā)的各類儀器儀表。儀器外觀品質(zhì)的好壞,直接反映了一個企業(yè)的實力和對細節(jié)的注重,間接地反映了企業(yè)的生產(chǎn)狀況及服務(wù)質(zhì)量,還有可能影響到測量的效果。因此在設(shè)計精密儀器時應(yīng)使其造型美觀大方、色澤柔和,尤其要處理好一些細節(jié)的問題。

1、精密儀器的結(jié)構(gòu)向光機電整合方向發(fā)展

光機電整合本質(zhì)上是一個高度跨領(lǐng)域整合的工程技術(shù),包括機電整合、光電技術(shù)、光機整合乃至微機電或微光機電系統(tǒng)等幾大領(lǐng)域,光電、機電或光機組件(或系統(tǒng))皆是現(xiàn)代精密儀器的基本構(gòu)成要素。

2、精密儀器的尺寸向微型化方向發(fā)展

納米級的精密機械研究成果、基因?qū)哟蔚纳�物學研究成果、新型微型傳感器研究成果,以及特種功能材料研究成果不斷涌現(xiàn),為精密儀器向微型化方向發(fā)展提供了技術(shù)支持。

3、精密儀器的通信向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展

以Internet為代表的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)以及與其他高新科技的互相融合,不僅已開始將智能互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品帶入現(xiàn)代生活,而且也為精密儀器技術(shù)帶來了前所未有的發(fā)展空間和機遇,具備網(wǎng)絡(luò)功能的新型精密儀器應(yīng)運而生。

4、精密儀器的功能向虛擬化方向發(fā)展

美國的National Instrument公司最先提出了"軟件就是儀器"的設(shè)計思想,虛擬精密儀器技術(shù)突破了傳統(tǒng)精密儀器的概念框架,得到了很快的發(fā)展。相比而言,虛擬精密儀器對被測量的處理和計算可以更復(fù)雜,速度更快,測試結(jié)果的表達方式更加豐富多樣,能更方便地存儲和交換測試數(shù)據(jù),價格低并且技術(shù)更新越來越快。

精密儀器的智能化和高科技化,必將成為未來精密儀器科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主流。