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出版者:

作者:韩良 编

出品人:

页数:359

译者:

出版时间:2011-6

价格:46.00元

装帧:

isbn号码:9787564127473

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《微观世界的舞者：精密仪器的构造与原理》 本书并非关于电子精密机械设计，而是聚焦于一个截然不同的领域——那些在毫厘之间展现出惊人智慧与精湛技艺的微观机械仪器。我们将深入探索这些仪器背后隐藏的物理定律、材料科学的突破以及工程学的极致追求。 第一部分：微观世界的尺度与挑战 在这一部分，我们将首先厘清“微观”的含义，它绝非仅仅是尺寸的缩小，而是意味着全新的物理现象和工程挑战。 亚微米与纳米尺度下的物理法则： 宏观世界的惯性、重力等效应在微观尺度下变得微不足道，表面张力、范德华力、静电力、量子效应等则成为主导。我们将详细解析这些力量如何影响微小部件的运动和相互作用，例如微流控芯片中液体的流动模式，微驱动器的工作原理。 材料的极限与选择： 传统材料在微观尺度下可能表现出截然不同的力学、热学和电学性质。本书将重点介绍适用于微纳制造的特种材料，如高强度低模量的聚合物、具有优异导电性的金属合金、生物相容性材料以及新型纳米复合材料。我们将探讨如何根据仪器的工作环境和功能需求，精准选择和改性这些材料，以实现最佳性能。 精度与容差的定义： 在微观尺度下，“精度”的含义发生了根本性转变。我们不再是追求机械加工上的“几丝”误差，而是要控制到原子或分子的层面。本书将深入讨论各种高精度测量技术，以及如何通过设计来最小化和补偿制造过程中的微小偏差，确保仪器的稳定性和可靠性。 第二部分：微观驱动与感知：核心部件的奥秘 本部分将聚焦于构成微观精密仪器的关键驱动和感知单元，揭示其巧妙的设计与工作机制。 微型驱动器：从热胀冷缩到电磁力场： 我们将审视各种微型驱动器的原理，包括： 热驱动器： 利用材料的热膨胀系数差异，通过局部加热产生形变，实现微小位移。这在微阀门、微泵等应用中十分常见。 压电驱动器： 压电效应的应用，将电信号转化为微小形变，实现高精度、快速响应的运动。在微型摄像头聚焦、扫描探针显微镜中有着广泛应用。 静电驱动器： 利用静电力驱动微型部件，结构简单，功耗低，适合驱动微型开关、微电机等。 磁驱动器： 利用磁场控制微型磁性部件的运动，在微型机器人、微流控器件中发挥重要作用。 微型传感器：捕捉无形世界的信号： 微观精密仪器离不开对外部环境和内部状态的精确感知。本书将介绍： 力学传感器： 如微型加速度计、微型陀螺仪，利用微结构应变或惯性效应进行测量。 光学传感器： 微型光电二极管、光敏电阻，用于检测光信号、实现距离测量或环境监测。 化学与生物传感器： 利用材料与特定物质的相互作用，实现痕量物质的检测，如在体外诊断、环境监测中的应用。 温度传感器： 微型热敏电阻、热电偶，用于精确监测微小区域的温度变化。 第三部分：精密仪器的集成与应用 在了解了微观驱动与感知单元后，本书将进一步探讨如何将这些组件巧妙集成，并最终应用于各个前沿领域。 微机电系统（MEMS）的设计哲学： MEMS是将微观机械结构、电子元件和传感器集成到单一芯片上的技术。我们将分析MEMS的设计流程，包括自顶向下与自底向上两种设计策略，以及如何在硅基、玻璃基等衬底上构建复杂的微观机械系统。 微流控芯片：控制流体在微观世界的舞蹈： 微流控芯片通过微通道精确控制流体的流动，实现样本的混合、分离、反应和检测。本书将探讨微通道的设计、泵和阀的集成，以及在生物医学、化学分析等领域的应用。 微型机器人与微操作： 探索微型机器人如何实现精确的运动和操作，在微创手术、细胞操作、微组装等领域展现巨大潜力。 先进光学仪器：微型化与高分辨率的结合： 介绍微型显微镜、微型光谱仪等光学仪器，它们如何在有限的空间内实现高分辨率成像和精确的光谱分析。 案例研究：深入解析特定微观精密仪器： 本书将通过若干典型案例，如智能手机中的微型麦克风、医疗植入设备中的微型传感器、高性能无人机中的微型惯性测量单元等，详细阐述其设计思路、核心技术和实际性能。 总结： 《微观世界的舞者：精密仪器的构造与原理》将带领读者走进一个充满挑战与创新的微观世界。通过对精密仪器核心部件的深入剖析，以及对其集成与应用前景的展望，本书旨在为相关领域的工程师、研究人员和学生提供一个全面而深刻的理解框架，激发他们在这个日新月异的科技领域中探索与创造。本书不会触及电子精密机械设计相关的任何内容。

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这本书在软件应用和仿真验证方面的介绍，可谓是紧跟时代步伐，极具前瞻性。它并没有沉溺于过时的CAD/CAE工具介绍，而是聚焦于如何利用现代化的多物理场耦合仿真技术来预测和优化精密机械系统的性能。我特别欣赏其中关于有限元分析（FEA）在热-机耦合问题中的应用章节，它详细讲解了如何建立一个足够精细的工况模型来模拟机床在长时间工作状态下的热漂移，并且给出了具体的边界条件设置建议。更难能可贵的是，书中还穿插了对新兴的拓扑优化方法在轻量化和刚度优化设计中的应用探讨，这为我们思考如何设计出更紧凑、更高性能的执行机构提供了全新的视角。这部分内容让我深刻认识到，在当前的电子精密机械设计领域，理论分析和数字化工具的熟练结合，才是提升产品竞争力的核心所在，这本书无疑是搭建这种能力的重要桥梁。

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阅读这本书的过程中，我最大的感受是它的体系构建极为严谨和全面。作者显然不是简单地罗列知识点，而是构建了一个由浅入深、层层递进的知识网络。从最基础的材料学特性在精密仪器中的应用，到复杂的动态误差分析和补偿算法，脉络清晰得让人惊叹。特别是在讨论振动与噪声控制那部分，作者没有停留在传统的理论阐述，而是引入了大量的实际案例，比如光学仪器中的主动隔振系统是如何设计和调校的，这一点对我解决手头的一个精度波动问题提供了立竿见影的思路。书中对于公差配合和测量技术的要求，也远超一般教科书的深度，它强调的是“可制造性”与“可测量性”的统一，这对于将设计蓝图转化为实际产品的工程师来说，是至关重要的实战经验。读完这部分内容，我感觉自己对“精密”二字的理解，不再是模糊的定性描述，而是有了一套扎实的、可量化的设计规范和验证标准。

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我个人非常关注这本书中关于清洁度和可靠性设计的章节，因为在微电子封装和生物医疗器械领域，环境因素对机械系统的影响是决定性的。书中对“洁净室设计标准”与“运动部件的微粒污染控制”之间的交叉论述，提供了非常实用的指导。它不仅讨论了润滑剂的选择和维护策略，还深入探讨了密封技术在防止外部环境颗粒物侵入方面的最新进展，包括磁流体密封和新型弹性体材料的应用。更让我印象深刻的是，作者将故障树分析（FTA）方法系统地应用于精密机械的可靠性评估中，通过对潜在失效模式的系统性解构，指导我们在设计初期就植入冗余和可维护性。这种从设计源头把控全生命周期可靠性的理念，对于追求零缺陷率的高端制造行业来说，具有极高的参考价值，这本书提供的不仅仅是设计规范，更是一种对产品生命负责任的态度。

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坦白说，这本书的语言风格在某些章节显得相当“硬核”，它毫不留情地使用了大量德语或德语词根衍生出的专业术语，对于初学者来说，可能需要反复查阅才能完全消化其中的深层含义。比如在讲解超精密运动平台刚度特性时，对某些数学模型的推导过程，其严密性几乎达到了纯粹数学论文的级别，这要求读者必须具备扎实的控制理论和高等数学基础。然而，正是这种不妥协的严谨性，使得这本书在学术价值和工程深度上达到了一个很高的水准。它并非是那种只提供“拿来主义”解决方案的工具手册，而是一部引导读者建立完整、深刻设计思维的“内功心法”。对于那些已经有一定基础，希望从“会设计”跃升到“能创新”的工程师和研究生而言，这种深挖本质的讲解方式，恰恰是最宝贵的财富，它教会你如何去质疑和超越现有的设计范式。

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这本书《电子精密机械设计》的封面设计实在令人耳目一新，那种深邃的蓝色调配上银灰色的立体线条，立刻就能感受到一种前沿科技的冷峻美感。我拿到手的时候，首先被它厚实的纸张质感和印刷的清晰度所折服，看得出出版社在装帧上是下了大功夫的。内页的排版布局非常讲究，图文比例拿捏得恰到好处，即便是那些复杂的机械结构爆炸图，也能被清晰地分解展示出来，让人有种拨开迷雾、洞察其精髓的阅读快感。书中对一些关键部件的剖视图和三维渲染图的处理尤其出色，色彩的过渡自然，阴影的渲染精准，仿佛这些零件就摆在我的面前，伸手可触。尤其是那些关于超精密运动机构和微纳加工设备的章节，配上的插图简直就像是艺术品，将机械的力与美展现得淋漓尽致，这对于一个对细节有偏执要求的工程师来说，是极大的享受。它不仅仅是一本教材，更像是一本精装的工业美学画册，让人在学习专业知识的同时，也能感受到设计者对工艺和美学的双重追求。

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