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出版者:北京理工大学出版社

作者:杨一德

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1995-09

价格:18.50

装帧:平装

isbn号码:9787810450034

丛书系列:

图书标签:

• 分析仪器
• 电子技术
• 仪器仪表
• 测试测量
• 电路分析
• 信号处理
• 传感器
• 数据采集
• 嵌入式系统
• 自动化

《精密测量与控制系统设计》 本书深入探讨了现代工业和科研领域中至关重要的精密测量与控制系统。全书围绕着如何设计、实现和优化能够捕捉微小变化并执行精准指令的系统展开，旨在为读者提供一套系统而实用的知识框架。 第一部分：精密传感技术 本部分详细阐述了各种先进的传感原理和应用。我们将从光学传感的原理出发，介绍激光干涉、光电编码器、 CCD/CMOS 图像传感器等技术，分析它们在位移、速度、角度以及图像采集方面的应用。接着，我们将聚焦于电磁感应与霍尔效应传感，探讨它们在磁场、电流、位置检测中的作用，并深入分析霍尔传感器的设计优化技巧。 在力学传感领域，本书将详细介绍应变片的工作原理、桥路连接方式及其在应力、应力分析中的应用。同时，我们也将探讨压电效应传感器，如压电加速度计和压电陶瓷传感器，分析其在动态测量和能量收集方面的潜力。此外，压阻效应传感器，如硅压阻传感器，也将被纳入讨论，分析其在高压、微压力测量中的优势。 热学传感部分将覆盖热电偶、热敏电阻（NTC/PTC）和红外传感器的原理与应用，详细解析它们在温度测量、红外成像和非接触式测温中的关键技术。最后，我们将介绍其他重要的传感技术，如超声波传感器（用于距离和流量测量）、气体传感器（用于环境监测和过程控制）以及生物传感器（在医疗诊断和环境监测中的新兴应用）。 第二部分：信号调理与处理 传感器的原始输出往往是微弱且充满噪声的，因此信号调理与处理是精密测量中的关键环节。本部分将详细介绍放大器的各种类型，包括跨阻放大器（TIA）用于电流信号转电压，仪表放大器用于差分信号的精密放大，以及运算放大器的基本配置（如同相、反相放大器）和其在滤波、积分等操作中的应用。 滤波技术是去除噪声、提取有用信号的重要手段。我们将深入讲解模拟滤波器，包括无源滤波器（RC、RLC）和有源滤波器（Sallen-Key、MFB），重点分析低通、高通、带通和带阻滤波器的设计参数和性能指标。对于数字信号处理，我们将介绍数字滤波器，包括 FIR 和 IIR 滤波器的设计方法，以及数字信号处理（DSP）在降噪、特征提取中的核心作用。 数据采集（DAQ）系统是连接传感器和计算机的桥梁。本书将详述模数转换器（ADC）的原理，包括逐次逼近型、双积分型、Σ-Δ 型 ADC 的工作方式、分辨率和采样率对其性能的影响。同时，我们也将讨论数模转换器（DAC）在输出控制信号中的作用，以及多通道数据采集系统的设计考虑。 第三部分：自动控制理论与实践 精密测量数据的最终目的是指导和实现对系统的控制。本部分将从自动控制理论的基础出发，介绍反馈控制系统的基本结构、工作原理，以及开环和闭环控制的优缺点。我们将详细讲解 PID 控制算法，包括比例、积分、微分参数的物理意义、整定方法（如 Ziegler-Nichols 法）以及在实际应用中的优化策略。 为了更稳定、高效地控制系统，各种先进的控制方法也将被引入。本书将探讨状态空间方法，介绍系统模型、状态向量和输出方程，以及基于状态反馈的控制器设计。同时，我们将介绍模糊逻辑控制（FLC）和神经网络控制（NNC）等智能控制技术，分析它们在处理非线性、时变系统中的优势。 在控制系统的实现方面，我们将重点介绍数字控制器设计。这包括离散化技术、零极点配置法、死区补偿等。此外，本书还将讨论执行器的选择与驱动，如步进电机、伺服电机、直流电机及其对应的驱动电路设计，以及电磁阀、继电器等开关量控制元件的应用。 第四部分：系统集成与应用 在掌握了精密传感、信号处理和控制理论后，本部分将指导读者如何将这些技术有效地集成到实际系统中。我们将讨论嵌入式系统的设计，包括微控制器（MCU）或数字信号处理器（DSP）的选择、外围接口的配置、实时操作系统（RTOS）的应用以及软件开发流程。 通信接口与协议是系统间信息交互的关键。本书将详细介绍常用的通信接口，如 RS-232/485、SPI、I2C，以及工业以太网（Ethernet/IP, PROFINET）等，并分析它们的特点和适用场景。 最后，本书将通过几个典型的应用案例来展示精密测量与控制系统的实际应用。这些案例可能涵盖工业自动化中的伺服系统控制、机器人手臂的运动规划与控制、精密仪器中的伺服驱动与数据采集，以及环境监测系统中的传感器网络与数据分析等。通过这些案例，读者可以更直观地理解书中所学知识的实践价值。 本书力求内容翔实，理论与实践相结合，旨在培养读者分析问题、设计解决方案和优化系统的能力，使其能够胜任精密测量与控制领域的设计、开发和维护工作。

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阅读这本书的体验，犹如爬一座设计精良的知识阶梯，每一步都稳固而富有启发性。我发现作者在组织材料时，非常注重循序渐进，这对自学者尤其友好。例如，在讲解微处理器在仪器控制中的应用时，作者并没有直接抛出复杂的实时操作系统（RTOS）概念，而是先详细解释了中断服务程序（ISR）和定时器在实现精确时间控制中的基础作用，然后才过渡到更高层次的任务调度。这种“由表及里，由简入繁”的教学方式，极大地降低了理解门槛。此外，书中对电源管理和电磁兼容性（EMC）的章节，简直可以单独拿出来作为一本小册子来研究。在精密仪器设计中，电源噪声往往是限制测量精度的罪魁祸首，而这本书详尽地列举了不同类型电源拓扑的优缺点，并给出了针对性的PCB布局建议，避免了许多在实际布线中常见的地线噪声耦合问题。读完这部分，我对“干净的电源是好测量的基石”这句话有了更深刻的体会，这不仅仅是理论认知，更是实操层面的指导。

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这本书的封面设计得相当引人注目，那种深邃的蓝色调配上简洁的白色字体，给人一种专业而严谨的视觉冲击力。我原本以为这会是一本枯燥的教科书，但翻开目录后，才发现它内容组织得非常巧妙。它不是简单地堆砌理论公式，而是从最基础的电子学原理讲起，逐步深入到各类分析仪器的核心电路设计与应用。比如，书中对信号调理电路的讲解就极其到位，无论是滤波技术还是放大电路的选取，作者都给出了详尽的对比和实际案例分析，这对于我这种需要从零开始搭建实验系统的工程师来说，简直是及时雨。尤其让我印象深刻的是关于噪声抑制的那一章，作者没有停留在传统理论层面，而是结合了最新的屏蔽技术和软件滤波算法，让我对如何提高复杂环境下测量数据的可靠性有了全新的认识。而且，书中穿插的许多“设计陷阱与规避”的提示，非常实用，避免了我走很多弯路。总的来说，它不像是一本冷冰冰的参考书，更像是一位经验丰富的同行在耳边悉心指导，让我对仪器的“电子内功”有了更扎实的把握。

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这本书的实用价值体现在它对“工程实现细节”的执着关注上。市面上很多书籍侧重于介绍某种技术的原理，但这本书明显是从一个有着多年产品开发经验的工程师视角出发编写的。比如，在探讨数据采集卡的选型与配置时，作者没有简单地罗列参数表，而是详细分析了采样率、有效位数（ENOB）与系统带宽之间的实际关系，并结合实际的ADC芯片数据手册，教读者如何“解读”厂商提供的数据，而不是盲目相信标称值。我尤其欣赏它在故障排查部分的处理方式——它不是笼统地说“检查连接”，而是提供了一套结构化的电子诊断流程，从电源完整性检查到信号完整性分析，再到特定功能模块的单元测试方法，环环相扣，极具指导性。阅读过程中，我感觉作者总是在提醒读者：“在真实世界中，理想情况是不存在的，你需要为非理想因素做好准备。”这种对工程严谨性的强调，使得这本书的价值远超一般的理论教材，它更像是一本指导工程师在复杂电子环境中生存和成长的宝典。

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我得承认，起初我对这种偏向电子技术类的书籍抱持着一种敬而远之的态度，总觉得里面充斥着我不太熟悉的晶体管、运算放大器参数等晦涩内容。然而，这本书的作者显然是一位极富教学天赋的专家。他善于用生动形象的比喻来解释复杂的电子现象。比如说，在解释隔离技术时，他将光耦和磁耦类比为信息传递中的不同“桥梁”，并分析了它们在响应速度和抗干扰能力上的权衡。这种“讲故事”的方式，使得那些原本抽象的电路原理，立刻鲜活了起来。更令人称赞的是，书中对固件（Firmware）与硬件接口的描述也十分清晰，展示了软件如何优雅地驾驭复杂的电子硬件。它不仅仅停留在介绍“有什么元件”，更深入探讨了“为什么选择这个元件，以及如何让它发挥最大效能”。这本书不仅提升了我的电子工程基础，更重要的是，它培养了我一种系统化的、从信号源头到最终显示的全流程“工程思维”，让我看待分析仪器的角度从“功能实现”上升到了“性能优化”。

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对于一个长期从事化学分析工作的人来说，理解仪器的“黑箱”内部到底是如何运作的，一直是我的一个痛点。我过去更多关注的是光谱图、色谱峰这些“结果”，而对如何确保这些结果的准确性背后的电子基础却知之甚少。这本书的出现，很大程度上弥补了我的这一知识缺口。它的叙述逻辑非常流畅，完全是围绕“如何用电子技术实现精准测量”这一核心目标来展开的。书中对各种传感器的接口电路处理进行了深入探讨，例如，对高精度电阻测量中的四线制技术，以及在微弱电流检测中如何有效隔离寄生电容的描述，都展现了作者深厚的实践经验。我特别喜欢它对特定应用场景的案例分析——比如，如何在便携式设备中实现低功耗的A/D转换，以及如何利用FPGA进行高速数据预处理。这些内容极大地拓宽了我对现代分析仪器设计边界的想象，让我不再满足于仅仅使用标准配置，而是开始思考如何根据特定分析需求，对仪器的电子部分进行优化和定制。这本书真正做到了理论与实践的完美结合，让那些原本高不可攀的电子技术变得触手可及。

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