第三章 现代仪器总体设计(6学时)ppt课件.ppt

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1、第三章现代仪器总体设计（OverallDesignofModernInstrument）主要内容了解仪器设计整体流程设计任务分析仪器结构参数及技术指标确定仪器设计若干原则一台仪器往往是解决某项工程中的一个环节，因此仪器的总体设计者首先应了解仪器在该工程项目中的地位和所起的作用。仪器作为一个产品，其市场定位要准确，特点要突出。仪器总体设计就是根据仪器要解决的工程问题（或客户要求）、市场定位和现有的技术水平，为用户提供性能先进、功能合理、经济可靠、美观实用、操作方便和高效率的测试手段和平台。3.1概述仪器是一个复杂的系统，涉及机

2、、电、光、磁、液、气、计算机、信号处理等多种学科，仪器总体设计是复杂而重要的，是必不可少的一个环节。仪器总体设计主要考虑以下问题：1.设计任务书2.信号转换及传输方式3.精度设计4.技术指标确定5.结构参数6.可靠性、实用性、经济性、外观造型等7.总体方案确定仪器设计完整过程流程：仪器的应用场合不同，比如，有专用仪器、通用化和系列化仪器产品，还有新设计开发的仪器产品。因此，对设计任务分析的侧重点有所不同。通常设计任务分析涉及以下几个方面的内容。1.明确仪器在系统中的地位测量、控制工作原理精度测量范围接口方式工作环境其它3.2

3、设计任务分析2.使用要求由使用环境或用户提出3.了解被测参数的特点被测参数定义，如长度、角度等精度要求（关键），比如，中等精度、高精度及超高精度，会导致原理、结构、成本等的巨大差异。通常，仪器的精度应为被测参数精度的1／3,对于高精度仪器，其设计精度也可为被测参数精度的1／2－1／10.被测参数的数值范围。一般仪器的测量范围应大于被测参数的范围，但不要超过太多。被测参数的性质。比如，单参数、复合参数、直接测量、间接测量等被测参数的状态。比如，瞬态、稳定、静态、动态等。4.了解被测参数载体特点指实测对象，比如，各种机械零件、电

4、气元件、设备、各种信号5.了解仪器其它要求操作方式、承载能力、外形、尺寸、重量、工作环境应力水平等。6.专利文献、国内外相关技术及产品。3.3仪器结构参数及技术指标确定仪器结构参数及技术指标反映仪器的概貌特点、性能和功用的具体参数。它是设计仪器的基本依据，也是检验仪器产品质量的依据。仪器的结构参数及技术指标是根据仪器的功能、精度要求、测量范围、使用要求和使用条件以及有关标准规定等诸多因素来确定的。不同的仪器有不同的结构参数及技术指标。比如，体积、重量、尺寸、精度、测量范围、频率响应、灵敏度、信噪比、可靠性、故障率等等。参数及

5、指标不能随意增减，技术等级不能随意更改。要有科学依据。1.确定方法（1）.根据设备用途确定主要参数和技术指标一般来讲，一台仪器设备，只要能够满足其使用要求就可以了。从仪器科学技术的角度讲，高、精、尖是不断追求的目标。从市场的角度讲，应适应市场的需求。技术指标的提高一般伴随着经济成本的提高和研制周期的增加。对于用户提出的仪器设计指标，要根据此转换成设计者的参数和指标。对于创新型的新仪器研制，其指标要根据使用场合、使用环境及市场调研来确定。（2）.根据测量（加工）对象的主要尺寸确定主要参数和技术指标例1.微细加工中，分步相机或光

6、刻机x、y轴行程确定。17型台式紫外深层光刻机Quintel4000光刻机系列等离子刻蚀光刻机3分步重复投影光刻机确定精密工作台的行程，如加工直径200mm的硅片，工作台和行程应大于此值，一般选为205－210mm例2.工具显微镜主显微镜工作距离的确定，由测量范围决定。工作距离应大于测量工件的直径。万能工具显微镜(简称万工显,见右图)，是长度计量部门最常见的光学仪器之一。可用于测量工件长度、角度、分度及形状和位置误差。测量可按直角坐标，也可按极坐标进行。可测量柱形、块形零件、螺纹、齿轮、锥体及曲线样板，也可测量切削刀具，如：

7、滚刀、铣刀及丝锥等。万能工具显微镜是各种制造工业上不可缺少的计量仪器。    万能工具显微镜有多种附件，利用这些附件可以扩大其使用范围。最常用的附件有：螺纹目镜、双象目镜、灵敏杠杆、测量刀、光学分度台、光学分度头及调焦棒等。    万能工具显微镜与大型工具显微镜、小型工具显微镜组成系列仪器。它们的测量范围各有不同（3）根据测量（加工）精度确定主要参数例1.自动分步重复光刻机工作台的定位精度。加工线宽为2um－3um，其套刻的位置误差允许是线宽的1／2－1／5,那么，工作台的定位精度应为±0.5um－±0.25um例2.灵

8、敏杠杆杠杆比的确定图1为万能工具显微镜接触瞄准系统——光学灵敏杠杆的工作原理示意图。由照明光源1照亮的分划板2上的三对双刻线，经透镜3后由与测杆相连的反射镜4反射，再经物镜5放大，最后成像在测角目镜分划板6上。反射镜4随测杆摆动时，三组双刻线的象随之左右移动。仅当测杆中心线与显微镜光轴重合