Building Scientific Apparatus pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Cambridge University Press

作者:John H. Moore

出品人:

页数:658

译者:

出版时间:2009-7-20

价格:USD 85.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780521878586

丛书系列:

图书标签:

科研
科普
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具体描述

Unrivalled in its coverage and unique in its hands-on approach, this guide to the design and construction of scientific apparatus is essential reading for every scientist and student of engineering, and physical, chemical, and biological sciences. Covering the physical principles governing the operation of the mechanical, optical and electronic parts of an instrument, new sections on detectors, low-temperature measurements, high-pressure apparatus, and updated engineering specifications, as well as 400 figures and tables, have been added to this edition. Data on the properties of materials and components used by manufacturers are included. Mechanical, optical, and electronic construction techniques carried out in the lab, as well as those let out to specialized shops, are also described. Step-by-step instruction supported by many detailed figures, is given for laboratory skills such as soldering electrical components, glassblowing, brazing, and polishing.

《科学仪器建造指南》内容概述《科学仪器建造指南》是一本旨在为科学研究者、技术爱好者以及实验室工作人员提供全面指导的著作。本书深入浅出地介绍了科学仪器设计的原理、建造技术以及实用故障排除方法，旨在帮助读者掌握独立设计、制造和维护精密科学设备的能力。本书不偏离于其核心主题，不涉及任何与科学仪器建造无关的内容，确保为读者提供一个高度聚焦且实用的知识体系。第一部分：科学仪器设计基础测量原理与传感器技术核心概念：深入探讨各种物理量（如温度、压力、流量、位移、电信号、光学参数等）的测量原理。解释传感器如何将物理信号转化为可读写的电信号，并详细介绍不同类型传感器的技术特性、适用范围、精度限制及优缺点。传感器选型：提供一套系统的传感器选型框架，指导读者根据具体的实验需求、环境条件、预算和精度要求，选择最合适的传感器。例如，在测量高温时，会讨论热电偶、红外测温仪、电阻温度计等不同技术的应用场景及选择依据。信号调理：介绍信号放大、滤波、隔离、线性化等关键信号调理技术，以提高原始传感器信号的质量，减少噪声干扰，并使其适用于后续的数据采集和处理。标定与校准：强调标定和校准在确保测量准确性中的重要性，介绍不同标定方法（如零点校准、跨度校准、多点校准）的原理和实施步骤，以及校准周期的建议。电子电路与微控制器应用模拟电路设计：涵盖基础模拟电路模块，如运算放大器电路（用于信号放大和滤波）、电源管理电路（稳压、滤波）、信号转换电路（ADC/DAC接口）等，讲解其工作原理、元器件选择和电路设计步骤。数字电路基础：介绍数字逻辑门、触发器、计数器等基本数字逻辑元件，以及它们在仪器控制和数据处理中的应用。微控制器选型与编程：重点介绍适合仪器控制的各类微控制器（如Arduino、ESP32、STM32系列等），分析其性能特点、接口资源和开发环境。提供结构化的编程指导，包括数据采集、实时控制、通信协议（如UART, SPI, I2C）的实现，以及如何编写高效、可靠的嵌入式固件。人机交互接口：探讨如何设计用户友好的控制界面，包括按键、旋钮、LCD/OLED显示屏、触摸屏等，以及如何通过微控制器实现这些接口的功能。机械结构与材料选择结构设计原则：介绍科学仪器结构设计的关键要素，如稳定性、刚性、抗振动性、热稳定性、易于装配和维护等。常用机械部件：详细讲解各种常用机械部件，如轴承、齿轮、导轨、连杆、弹簧、紧固件等的选择和应用，以及如何利用CAD软件进行三维建模和结构分析。材料科学基础：介绍不同材料（如金属、塑料、陶瓷、复合材料）的物理和化学性质，如强度、硬度、耐腐蚀性、导热性、介电常数等，指导读者根据仪器的应用环境和性能要求选择最适宜的材料。精密加工技术：简要介绍常用的精密加工方法，如车削、铣削、磨削、激光切割、3D打印等，以及如何与加工供应商合作，获取高质量的定制部件。第二部分：科学仪器建造流程与实践项目规划与需求分析明确目标：指导读者如何清晰地定义仪器的科学目标、测量参数、预期精度、工作范围和运行环境。技术路线选择：评估不同的技术方案，权衡其可行性、成本效益和实现难度。预算与时间规划：制定实际可行的预算和项目时间表，包括原型制作、测试、优化和最终部署的各个阶段。原型设计与制作模块化设计：强调将复杂仪器分解为可管理的功能模块，便于设计、测试和迭代。电路板设计与制作：介绍PCB（印刷电路板）的设计流程，包括原理图绘制、PCB布局、布线规则，以及常用的PCB制造工艺和焊接技术。机械部件加工与组装：详细说明如何将CAD模型转化为实际部件，以及进行精密部件的组装和对齐。集成与连接：介绍如何将电子、机械和光学部件安全可靠地集成在一起，包括线缆管理、接口定义和密封措施。软件开发与系统集成数据采集与存储：设计高效的数据采集算法，确保数据的完整性和实时性。介绍各种数据存储方案，如本地存储（SD卡）、网络存储或数据库。控制算法实现：开发用于仪器自动控制和调节的算法，如PID控制、状态机等。用户界面开发：构建直观易用的图形用户界面（GUI），方便用户操作和监控仪器。通信接口集成：实现仪器与计算机或其他外部设备之间的数据交换，支持远程控制和数据分析。测试、调试与优化单元测试：对各个独立模块进行功能和性能测试，确保其符合设计要求。系统集成测试：在集成完成后，进行整体系统测试，验证各模块协同工作的正确性。故障排除方法：提供一套系统化的故障排除流程，包括从现象入手、分析可能原因、定位故障点、实施修复和验证效果。性能优化：根据测试结果，对仪器进行参数调整、算法优化或结构改进，以达到最佳的性能指标。第三部分：进阶主题与应用案例光学仪器设计与建造光学元件：介绍透镜、反射镜、棱镜、滤光片、光栅等基本光学元件的原理、规格和应用。光学系统设计：讲解如何设计和搭建成像系统、光谱分析系统、光纤耦合系统等。激光应用：介绍激光器的类型、特性及其在测量和加工中的应用。光路搭建与校准：详细说明如何精确搭建和调整光路，确保光束的稳定性和方向性。高真空技术与应用真空泵类型：介绍机械泵、扩散泵、涡轮分子泵、离子泵等不同真空泵的工作原理、抽速特性及适用范围。真空系统设计：讲解如何设计和构建满足特定真空度要求的真空室、管道和密封系统。真空测量：介绍皮拉尼计、电离真空计、康宁真空计等真空度测量方法。应用领域：讨论高真空在电子束设备、质谱仪、薄膜沉积等领域的应用。精密运动控制驱动器技术：详细介绍步进电机、伺服电机、压电陶瓷驱动器等高精度驱动技术。编码器与反馈系统：讲解如何利用光学编码器、磁性编码器、旋转变压器等实现精确的位置反馈。运动控制器：介绍多轴运动控制器的工作原理，以及如何实现复杂的轨迹规划和同步运动。纳米定位技术：探索实现纳米级精度运动的机构和控制方法。仪器安全与标准电气安全：讲解仪器设计中的接地、绝缘、过载保护等安全措施，以及相关的电气安全标准。机械安全：关注运动部件的防护、高压部件的隔离以及用户操作安全。辐射安全：对于涉及激光、X射线等辐射的仪器，强调防护措施和相关规定。 EMC/EMI：介绍电磁兼容性（EMC）和电磁干扰（EMI）的基本原理，以及如何设计仪器以减少电磁干扰。《科学仪器建造指南》并非一本理论堆砌的书籍，而是以实际操作和解决问题为导向。书中穿插了大量经过验证的工程示例、电路图、机械图纸和源代码片段，帮助读者将理论知识转化为实际技能。通过系统学习本书内容，读者将能够自信地应对科学仪器从概念到实现的各个环节，为科研工作和技术创新提供坚实的基础。