现代仪器科学的前沿技术.pptVIP

现代仪器科学的前沿技术 现代科技的特点 ● 改变21世纪的三大科技 信息科技/生命科技/材料科技 ● 信息技术成为推动科学技术和经济高 速发展的关键技术 ● 信息技术包括测量技术，计算机技术 和通讯技术，测量技术是源头、关键 基础。 测控科学的地位和作用 ● 伟大科学家门捷列夫曾断言，科学是从 测量开始 的，没有测量就没有科学。 ● 测控技术及仪器是认识与改造物质世界的永恒重 要基础和手段。 ● 人类的生存发展依赖于测控，“农轻重、海陆空、 吃穿用”，测控技术无所不存、无处不有。 ● 科学技术重大发现与创新离不开测试与仪器。许多 重要的发现都是通过测量而得到的。 ● 现代战争中，先进的测控系统已成为精确打击武 器装备的重要组成部分。 重视与大力发展测控技术已成为大趋势 ● 测控技术与仪器是国家科技水平和生活水平 的重要标志。世界各发达国家均将测控技术 列为重要发展领域。（日本列为21世纪首 位，欧共体15项专项之一，美国更大力度支 持。） ● 测试技术是多学科交叉与融合，研究领域广 泛。 研究热点前沿技术主要有 1. 微纳米测量及微系统（MEMS NEMS） 2. 空间数字化测量技术 3. 远距离遥测技术 4. 光纤分布式网络测试技术与智能结构系统 5. 全球定位系统（GPS）应用 6. 非常规与恶劣环境下的测量 7. 环境对测试的影响与控制 8. 现代精度理论及实用方法 9. 生物传感技术与仿生测量 10. 生物医学无创伤检测和OCT 几个前沿热点技术 纳米精度测量技术 （2）纳米测量仪： 扫描探针显微镜（SPM）— 原子力显微镜（AFM）、 扫描隧道显微（STM）、 扫描力显微镜（SFM）等 线值纳米测量仪 — 纳米坐标测量机 — 线值纳米测量仪 空间数字化测量系统 （1）视觉测量系统 （2）机器人坐标测量系统 （3）经纬仪坐标测量系统 （4）便携式关节测量机 （5）激光跟踪干涉测量 （6）光学数码柔性坐标测量机 便携式关节测量机 单站激光跟踪干涉仪 激光跟踪干涉仪精度标定 激光跟踪干涉仪动态精度实验 激光跟踪干涉仪在车间的应用 热误差理论及应用 （1）热误差影响的重要性 （2）材料的热膨胀属性与规律 （3）研究热误差的复杂性 （4）减小热误差的主要途径与措施 高精度恒温室（仓） 高精度误差修正（建模） 热误差研究的意义 温度影响机械与仪器的性能及精度是始终存在的物理现象，虽然采取措施可以减小其影响，但永远不会完全予以消除，而且其影响精度是随着机械与仪器精度不断提高相应地有所增大。 热误差研究的意义 英国伯明翰（Brimingham）大学J.Peclenik教授调查统计表明，热变形误差引起的加工误差约占总加工误差的40～70％；1973年德国阿亨Aachen工业大学H.Brauning教授分析认为，现代制造业中由热变形引起的加工误差一般约占总加工误差的50％；1985年莫斯科自动化工程研究所A.V.Push调查结果则认为，热变形引起加工误差则可占总加工误差的25～75％。 材料热膨胀系数 德国物理学家格律乃森（Grueneisen）从热力学理论出发，提出了材料热膨胀系数的理论表达式，它能科学地反映物体材料热膨胀系数的物理本质，但公式复杂，且包含的众多未知参量难以确定，因此该理论表达式不具有实用性。 材料热膨胀系数 形体几何元素热变形的非相似性 经过多年的研究，我们得到一些有重要科学价值与实际意义的结论，零件热变形时任一形体尺寸的热变形量不遵循传统线性公式规律，它与形体其他尺寸密切相关，即可表示为其他尺寸的非线性函数 。 在高精度微纳米尺寸来认识，形体热变形时其组成各形面不是严格保持原有面素而变化，在微观上均改变了原有面素，变化前后的面素不具相似性，即具有非相似性，如直线变为非直线，平面变为非平面，方体变为非方体，外方的内圆孔变为非圆孔，渐开面变为非渐开面等，这种在微观上不按原有形体变化的现象可称为热改变性，它对于低精度的精密技术的影响可以忽略，但对现代精密技术则有较大影响，需给予重视。 精度理论及应用 （1）动态精度理论 （2）误差分离与修正技术 （3）测量不确定度原理及应用 位移传感器动态精度实验装置 动态测角仪原理图 动态测角仪结构图 ? 1 ?1 O1X1Y1Z1 ?2 ?2 O2X2Y2Z2 p 经纬仪坐标测量系统原理