【文章內容簡介】 和傳遞工具。特別是現代光學儀器的功能已成為人腦神經功 能的延伸和拓展。 集成電路生產所用制造設備品種的 40%，數量的 60%都是光學設備，而檢驗儀器所占比重就更大。計量工作約有 90%屬幾何尺寸測量，其中主要用光學計量儀器來完成。過去在計量室測量一個凸輪需要數小時，現在車間生產現場用計算機控制的三坐標測量機進行測量只需 10分鐘。軋鋼生產現場條件極其惡劣，被測件溫度超過 1000℃，運動速度為數米每秒并伴有振動、高溫、氧化層飛濺、冷卻水霧彌漫和強電磁干擾。利用 CCD 光電在線測徑系統在軋鋼生產中進行在線尺寸檢測控制了生產流程，就能保證產品高質量和生產高效率。 光學遙感儀器幫助人類解決面臨的能源、糧食、氣象預報、環(huán)境監(jiān)測等方面的重大問題。 15號阿波羅飛船上裝載的光學遙感儀器就有近十種。美國在 70年代先后發(fā)射三顆陸地衛(wèi)星花費 ，但所獲經濟效益大得多，其中僅用遙感儀器監(jiān)視洪水、探測農作物病蟲害、改進油田勘探以及糧食估產等幾項每年的經濟收益估計就達 15億美元以上。 邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 7 由于光電系統具有光學和電子兩方面的技術優(yōu)勢，從而能滿足生產過程中的自動監(jiān)控以及圖象分析、精密測量、信息處理和傳輸、微觀觀察、記錄、顯示、傳遞和儲存。利用光電轉換能在太空、深水、高溫、有 毒有害氣體、核輻射等各種特殊環(huán)境下正常地工作。因此光機電一體化的現代光學儀器或光電儀器設備應用十分廣泛。 現代光學儀器的發(fā)展趨勢： 隨著光學儀器產業(yè)結構的全球性調整，主要工業(yè)發(fā)達國家競相發(fā)展高技術產品，使傳統的光學儀器已向現代光學儀器轉變。美、日、德等國為了發(fā)展現代化的光學儀器工業(yè)，大力開發(fā)和應用各種新技術、新器件、新材料、新原理，系統地應用光機電綜合技術以最快的速度開發(fā)新穎的高附加值產品投入市場，使光學儀器向產業(yè)高技術化、產品高附加值化和智能化、企業(yè)集團化和國際化、制造技術柔性化方向發(fā)展。 現代光學儀器的特征： 現代光學儀器沖破了傳統理論，以幾何光學或物理光學為基礎的束縛光學技術同其它學科和技術不斷融化、滲透派生出新的學科分支，形成許多交叉發(fā)展的領域，打破了長期來光學的傳統應用范圍。如以傅里葉變換原理為基礎的各類傅里葉變換光譜儀，基于光聲效應的激光光聲光譜儀，利用激光開拓新的測量原理、方法，使眾多的激光計量檢測儀器問世。激光技術與傳統的顯微鏡相結合，開發(fā)出激光掃描顯微鏡。另外，有一系列產品應用光電轉換原理生產了一大批新穎的光電儀器，許多新技術如激光、紅外、光纖、光信息處理 、微光學等得到開發(fā)應用。 結構上打破了以光學和機械為主體的基本框架，集光學、機械、電子、計算機于一體，電子技術、計算機及其軟件成為儀器不可分割的重要組成部分。 擺脫了傳統光學儀器離不開人的操作和觀測的經典模式，操作、檢測、數據處理和信息傳遞實現自動化。工作效率、可靠性是傳統光學儀器無可比擬的。 設計方法上日益采用計算機輔助設計、優(yōu)化設計和 quot 優(yōu)化設計。整個系列產品品種之間零部件通用性強、標準化程度高、標準件多，因而使儀器成本下降，質量提高。 現代光學儀器的 質量評價標準更全面、更嚴格。過去評價傳統光學儀器的質量主要著眼于功能指標，即儀器的使用范圍、精度等級、靈敏度、重復性、穩(wěn)定性及結構特性等。如今較全面地客觀評價現代光學儀器的質量指標、可靠性、工藝性、經濟性、人機學指標、美學指標、標準化及專利權指標等八個方面。 發(fā)展趨勢： 邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 8 從傳統光學儀器轉變?yōu)楝F代光學儀器，關鍵在于計算機化，而微電子技術是基礎。光譜儀器發(fā)展最快。發(fā)達國家 80年代已實現微機化，現已向聯用技術、全自動化，如內裝機械手等機器人系統實現無人操作，向實驗室信息管理系統自動化及智能化方向發(fā) 展。光學計量儀器從大型精密儀器 三坐標測量機到傳統的自準直儀和投影儀，都已實現微機化、光電化。激光技術的結合和 CCD 等光電器件的引入更為快速、準確、可靠的線檢測和監(jiān)控創(chuàng)造了條件。 未來 10年由于高新技術的發(fā)展和應用將進一步推動光學儀器實現光機電一體化和智能化?，F今的智能化儀器更確切地應稱為 quot 微機化儀器。而更高程度的智能化是信息技術的最高層次應用，包括理解、推理、判斷與分析等一系列功能，是數值、邏輯與知識的綜合分析結果智能化的標志，是知識的表達與應用。電子技術、計算機技術和光電器件的不斷發(fā)展和 功能的完善為儀器向更高檔次的智能發(fā)展創(chuàng)造了條件。 未來 10年光和電的滲透會進一步強化更多的新技術、新器件的推廣應用，因而在光機電一體化的基礎上融入不同原理，派生出新用途的產品，以滿足各領域日益增長的需求。具有優(yōu)異性能的光電器件和功能材料的開發(fā)和應用將加速現代光學儀器的發(fā)展，如 CCD 器件、半導體激光器、光纖傳感器等制造技術趨于成熟，實際應用已獲突破，顯示了廣泛的應用前景，必將使光學儀器領域發(fā)生重要變革，推動產品向小型化、高分辨、光電化和自動化發(fā)展。 A、 光學計量儀器 未來的光學計量儀器 儀表必須簡化設計，大量壓縮零部件，提高智能化，便于操作，發(fā)展在線計量測試儀器儀表。 利用物理學的新效應和高新技術及其成就開發(fā)新型計量測試儀器儀表和新型高靈敏度、高穩(wěn)定性、強抗干擾能力的新型傳感器技術，如： ――利用高溫超導量子干涉器 SGUID 開發(fā)計量測試儀器、物理學測試儀器、地學和地質學儀器、化學分析儀器、醫(yī)學儀器、無損材料檢驗儀器等。 ――利用橢偏技術來檢測光纖、光學玻璃等這是大家所共知的，它與近場光學相結合不僅可以測量表面精細結構，同時根據近場光學反射偏振信息可以分辨出被測物體的 材料，這是目前實驗研究的新探索。將可調諧穩(wěn)頻激光光譜儀的技術用于高精密的幾何量與機械量及多種無形態(tài)的量的測量，如高精度的折射率測量、光波波前沿的測量、超薄膜層厚度的測量等。 ――開發(fā)新一代微型光纖傳導激光干涉儀。它測量范圍可以從納米到幾米或更大的范圍，分辨率可達 10nm，并且克服了 HP 激光干涉儀的缺點，它具有 HP 激光干涉儀邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 9 的一切功能。另外，它還可用于稱重研制新型電子天平、高精度的電子皮帶稱、高分辨率的壓力計等。 ――發(fā)展納米測量技術建立納米計量測試標準。這是當今在計量與測量技術研究中十分活躍 的課題。 ――發(fā)展測量機器人。類似的測量儀器已出現。即 ZeissScanMax 三坐標測量機，操作十分方便，工人學習 510分鐘即掌握使用；可放在車間使用；自動修正影響測量精度的外界干擾；目前的測量精度為 35μ m。 利用了智能機器人技術，但要保證測量量值的計量正確性是一個十分復雜理論和技術問題，目前已得到初步解決。 環(huán)境保護科學儀器儀表的發(fā)展與進步將是當今和 21世紀的重點研究領域。有關環(huán)?？茖W儀器儀表的檢測和有關這方面的配套的計量儀器儀表還缺乏，用于生產安全與防護的科學儀器儀表也還需大力 開發(fā)與發(fā)展，將成為儀器儀表行業(yè)的新分支。 B、 分析儀器 分析儀器是集光、機、電、化、計算機等多學科技術為一體的高技術產品在計算機技術、微電子技術、現代數字手段、信息處理論數字圖像技術以及人工智能技術的發(fā)展推動下，分析儀器儀器正向智能化方向發(fā)展智能化，包括理解、推理、判斷、分析等一系列功能。 分析儀器智能化發(fā)展趨勢主要表現是：基于微電子技術和計算機技術的應用實現分析儀器的自動化。通過計算機控制器和數字模型進行數據采集、運算、統計、分析、處理，提高分析儀器數據處理能力。數字圖像處理系統實現了分析儀器數字 圖像處理功能的發(fā)展，以及分析儀器的聯用技術與人工智能的廣泛應用等。這些使現代分析測試速度超高速化、分析試樣超微量化、分析儀器的超小型化的發(fā)展趨勢。 世界分析儀器事業(yè)持續(xù)快速發(fā)展可以由兩個角度來看： 從技術發(fā)展角度來看，世紀之交的世界分析儀器技術可以說正在經歷一場革命性變化。傳統的光學、熱學、電化學、色譜、波譜類分析技術都已從經典的化學精密機械電子學結構、實驗室內人工操作應用模式轉化為光、機、電、計算機一體化、自動化的結構，并正向更名副其實的智能系統發(fā)展，帶動有自診斷自控、自調、自行判斷決策等 高智能功能系統的發(fā)展。其可與多臺儀器、多個實驗室結合的綜合分析管理系統 LIMS Laboratory Information Management System 已經推廣應用，計算機內裝上調制解調器從而可以上網，制造廠商可與全球用戶或用戶之間實現實時信息交流。例如，廠商對用戶正在使用的儀器進行遠距診斷、指導，正確使用或提出維修指導。邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 10 各同類儀器用戶或相同分析工作用戶直接進行數據互換、情報共享等已經不是研究開發(fā)的方向，普遍應用亦已指日可待。 從世界分析儀器銷售增勢來看：世紀之交在農業(yè)、能源、信息、環(huán)境、 材料、生物、醫(yī)學等領域快速發(fā)展的全球需求刺激下，加上分析儀器技術發(fā)展推動的分析儀器更新換代周期不斷縮短，使多年來世界分析儀器市場銷售額保持 10%左右甚至更高的年增長率。這說明分析儀器行業(yè)不是 quot 這個夕陽產業(yè)，而是能不斷更新，保持旺盛的生命力的行業(yè)。世界分析儀器技術更新快、科技含量高，增長迅猛。 為適應現代高科技研究和產業(yè)的迅猛發(fā)展，作為信息時代，信息獲取 處理 傳輸鏈的源頭技術、分析儀器技術的發(fā)展是必然的。沒有新的分析方法、分析技術和相應的全新分析儀器就不能更全面、更靈敏、更可靠、更方便地獲取、 研究社會、環(huán)境等領域中的信息， 21世紀的信息時代就無從談起。這是世紀之交期間面臨新形勢的一個特征，也是分析儀器新技術、新元器件、新產品會不斷涌現、科技含量越來越高的緣由。從另一個角度來說，也是被世界科技和產業(yè)、人類社會發(fā)展大形勢的要求逼出來的分析儀器技術適應大形勢發(fā)展的結果。 分析技術和分析儀器的應用日益拓展 20世紀前些年經典的分析技術和分析儀器主要是為現代產業(yè)大生產服務的，主要為了適應分析、監(jiān)控工農業(yè)生產、保證產品質量、保障大生產流程，安全高效的要求而發(fā)展、提高的當今世紀之交分析技術和分 析儀器的。 quot 用武之地在于 quot 已經大大拓展最引人注目的生物、環(huán)保、醫(yī)學等有關人的生存、發(fā)展領域的應用。日新月異的現代高科技在軍事方面的發(fā)展也促進了分析技術和分析儀器的應用拓展，例如生物武器、化學武器在戰(zhàn)爭中的使用，使得高速、靈敏、準確的現場毒物檢測、生命保障任務大大擴大了分析儀器的應用領域。 可以肯定在新世紀到來后，分析技術和分析儀器的應用、拓展趨勢將更加顯著。必須看準這個發(fā)展潮流在分析儀器事業(yè)的發(fā)展，在思路上擺正位置、選好方向。 21世紀初世界分析儀器市場的年銷售額遞增率為 8%10%， 2021年世界市場將達 300億美元。世界分析儀器最大的市場是美國，約占總銷售額的 40%， 其次是歐洲，約占 27%，第三是日本，約占 20%，中國進口分析儀器僅占世界銷售額的 %。 科學儀器的世界市場 科學儀器隨著世界經濟增長市場需求今后可望每年以 3%6%速度的增長。需求潛力最大的產業(yè)部門有通信、電力、信息、生物、生物技術、醫(yī)藥、環(huán)保等。市場前景最好的國家和地區(qū)為東亞和墨西哥。 邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 11 全球科學儀器的市場規(guī)模約 200億美元，主要市場為美、德、日、法、英、意等工業(yè)發(fā)達國家。主要生產國和出 口國是美、德、英、瑞士、日本、意大利。近年來部分發(fā)展國家對科學儀器的需求增長很快，這些國家地區(qū)有智利、捷克、洪都拉斯、印度、臺灣省、厄瓜多爾、埃及等地，對科學儀器的進口正在以年均 15%30%速度增長。 實驗臺設計內容 對 JYCSⅢ 型機械系統性能研究及參數可視化分析實驗臺進行整體設計，包括 實驗臺 總體結構 布局的設計 ，零部件設計、計算、總圖繪制，各個帶傳動、鏈傳動的傳動比等計算。 該 實驗臺 為一機多用的機械設計類綜合實驗臺，將帶傳動實驗、鏈傳動實驗、液體滑動軸承實驗、靜態(tài)螺栓組聯接實驗、動態(tài) 變載荷 螺栓聯接實驗有機地綜合在一個實驗臺上，使其能測試分析系統，同時該實驗臺利用先進的測試技術和計算分析技術，讓學生掌握現代測試技術，提高工程實踐能力。 機械系統性能研究及參數可視化分析實驗臺是一部新型的綜合實驗研究分析器材，具有與基礎學科相關、內在聯系密切的能進行多種機械性能研究測試，把多種實驗有機的整合到一起的實驗臺，能讓學生把所學的知識貫穿起來。 課題提供的主要參數 （ 1）電機功率： （ 2）最高轉速： ≤600 rpm （ 3）傳感器類型：光柵角位移傳感器： 1000 柵 /轉 壓力傳感器：量程 10kg BLR14 高精度拉壓力傳感器：量程 1000kg ZBYB 管路壓力傳感器：量程 光電角位移傳感器： 180 柵 /轉 （ 4）重量： 320kg 實驗臺預期達到的功能 （ 1） 、該實驗臺系統可對帶傳動，鏈傳動，滑動軸承，動態(tài)螺栓，螺栓組的性能進行測試分析，也可對整個機械系統性能進行測試分析。 邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 12 （ 2） 、該實驗臺可對在不同工作條件下工作的傳動部分的性能參數進行檢測，數據可通過數碼管顯示或計算機自動采集分析。 （ 3） 、通過計算機實時顯示運動參數的實時變化曲線，綜合性強，完整性好，便于教師指導 實