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出版者:电子工业

作者:孟宪元

出品人:

页数:467

译者:

出版时间:2007-10

价格:49.00元

装帧:

isbn号码:9787121050312

丛书系列:

图书标签:

• FPGA
• 嵌入式系统
• 硬件设计
• Verilog
• VHDL
• 数字电路
• 系统设计
• 可编程逻辑
• 电子工程
• 嵌入式开发

《现代传感器技术与数据采集系统构建》 内容简介 本书深入剖析了现代传感器技术的基本原理、关键特性及其在各类数据采集系统中的实际应用。全书内容涵盖了从传感器的物理原理、信号调理到系统集成与数据处理的完整流程，旨在为读者提供一套全面而实用的技术指南。 第一部分：传感器基础理论与分类 本部分首先系统地介绍了传感器的基本概念、工作原理及其在信息获取中的核心地位。重点阐述了传感器进行物理量到电信号转换的机理，包括电阻式、电容式、电感式、压电式以及光电式传感器的核心原理。 详细讨论了传感器的关键性能指标，如灵敏度、线性度、迟滞、分辨率、漂移和响应时间。通过对这些指标的深入解读，帮助读者理解和评估不同类型传感器的适用性。 传感器分类方面，本书不仅涵盖了传统的温度、压力、位移、速度、加速度等物理量传感器，还着重介绍了新兴的化学传感器（如气体传感器、离子选择性电极）和生物传感器。对于每类传感器，均提供了详尽的结构图示和工作波特图分析。 第二部分：信号调理与数据预处理 传感器输出的原始电信号往往微弱、易受干扰，且形式多样（如电压、电流、频率或数字信号）。本部分聚焦于如何将这些原始信号转化为可供微控制器或数据采集卡处理的标准格式信号。 2.1 信号放大与滤波技术： 详细讲解了精密放大电路的设计，包括跨阻放大器（TIA）在光电探测中的应用，以及仪表放大器在抑制共模噪声中的优势。重点分析了有源滤波器（如巴特沃斯、切比雪夫滤波器）的设计，以有效消除工频干扰和随机噪声，确保信号的信噪比。 2.2 信号隔离与保护： 阐述了在复杂工业环境中，信号隔离（如光耦、隔离放大器）对系统稳定性的重要性，以及如何设计瞬态抑制二极管（TVS）和限流电路来保护前端敏感电路免受过压或静电放电的损害。 2.3 模拟数字转换（ADC）： 深入探讨了ADC的工作原理，包括逐次逼近式、双积分式和Sigma-Delta转换器的内部结构和性能差异。重点指导读者如何根据采样速率、有效位数（ENOB）和输入信号特性选择合适的ADC芯片，并讨论了量化误差和窗口采集技术。 第三部分：数据采集系统（DAS）的架构设计 数据采集系统的构建是一个多学科交叉的复杂工程。本部分从系统层面出发，指导读者如何进行整体架构设计。 3.1 分布式与集中式采集架构： 分析了两种主要架构的优缺点，以及在不同应用场景（如远程监测、高密度测试台）下的选型依据。详细介绍了总线技术（如RS-485/Modbus、CAN、Ethernet/TCP-IP）在构建远程数据链路中的应用。 3.2 实时性与同步采集： 针对需要精确时间关联的实验和工业过程，深入讲解了时间同步技术（如IEEE 1588 PTP或GPS授时）的应用。探讨了多通道同步采集的挑战，包括通道间延时补偿和时钟抖动的影响。 3.3 低功耗与边缘计算在采集中的集成： 介绍了如何优化采集系统的能耗，特别是在电池供电的物联网（IoT）终端中。引入了嵌入式微处理器或FPGA在数据采集前端进行初步处理（如特征提取、阈值判断）的“边缘计算”概念，减少回传数据量，提升响应速度。 第四部分：传感器系统的校准、验证与长期可靠性 一个可靠的数据采集系统必须经过严格的校准和验证。 4.1 静态与动态校准： 详细阐述了零点漂移校准、增益线性化校准的数学模型和实施步骤。对于动态响应，介绍了脉冲激励法和频率响应分析法在系统辨识中的应用。 4.2 不确定度分析： 引入了标准不确定度评估方法（如GUM指南），指导读者如何量化和传播测量误差，从而为最终报告的置信度提供科学依据。 4.3 环境适应性与可靠性设计： 讨论了传感器在极端温度、湿度、振动和电磁干扰（EMI/EMC）环境下的失效模式。提供了材料选择、封装技术和环境应力筛选（ESS）的实践指导，以确保系统在目标生命周期内的稳定运行。 第五部分：应用案例分析 本书在最后通过多个实际案例，展示了上述理论和技术的综合应用： 高精度工业过程监测系统： 涉及多点温度场测量和PID控制反馈回路的构建。 结构健康监测（SHM）系统： 采用MEMS加速度计和应变片进行桥梁或建筑物的长期振动分析。 环境污染物在线监测平台： 集成了气体传感器阵列和复杂的化学计量学算法（如PCA/PLS）进行多组分气体浓度反演。 《现代传感器技术与数据采集系统构建》不仅仅是一本理论教材，更是一本面向实践工程师和高级技术人员的工具书。通过系统学习，读者将能够独立设计、实现和维护高性能、高可靠性的数据采集与监测解决方案。本书的编写风格力求严谨详实，逻辑清晰，避免空泛的描述，注重实际工程中的关键决策点和常见陷阱的规避。

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这本书的视觉呈现和排版设计，简直是艺术品级别的享受。在如今充斥着廉价印刷和粗糙图表的时代，能看到这样一本对细节有着极致追求的作品，实属难得。清晰的字体选择、合理的留白处理，以及那些精心绘制的、信息密度极高却又条理分明的示意图，都极大地提升了阅读的舒适度。在处理复杂电路图和系统架构图时，作者采用了极具匠心的可视化手段，使得那些原本需要花费大量时间去解码的图形信息，能够迅速被大脑所接收和理解。这不仅仅是美观的问题，更直接影响了学习效率。阅读体验的愉悦度，直接决定了我们能否保持持久的阅读兴趣，而这部作品在这一点上，无疑是做到了极致，让人愿意一再翻阅，细细品味那些经过精心打磨的图文组合。

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这本书的结构设计简直可以称得上是教科书级别的典范。它不像某些技术书籍那样，将内容堆砌得杂乱无章，让人无从下手。相反，作者构建了一个逻辑严密、层层递进的知识殿堂。每一个章节的过渡都自然得仿佛是呼吸一般顺畅，前一章的收尾总能完美地预示出下一章即将展开的精彩内容。我尤其赞赏作者在内容深度上的拿捏——既没有为了追求学术的严谨而陷入过度冗余的泥潭，也没有为了追求浅显易懂而牺牲掉关键的实质内容。它像一位技艺高超的建筑师，精确地计算了每一块砖石的位置，确保整个知识体系的稳固和美观。对于我这样习惯于系统性学习的人来说，这种清晰的脉络感是至关重要的。读完之后，我感觉自己不是零散地掌握了一些知识点，而是获得了一张完整且清晰的认知地图，可以随时在任何一个节点上深入挖掘。

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这部作品简直是一次思维的冒险，它将复杂的技术概念编织成引人入胜的故事。从我翻开第一页开始，就被作者那如同雕塑家般精湛的文字功力所吸引。他不仅仅是在陈述事实，更像是在引导我们穿梭于一个充满奇思妙想的数字迷宫。书中的叙事节奏把握得恰到好处，时而如平静的湖面，让我们有时间深入思考每一个技术细节的精妙之处；时而又如同湍急的河流，将我们推向知识的深处，让人心潮澎湃。我特别欣赏作者在处理那些抽象的逻辑结构时，所展现出的那种化繁为简的艺术感。他似乎拥有一种魔力，能将那些晦涩难懂的理论，转化为生动的画面和可感知的体验。阅读的过程，与其说是学习，不如说是一种沉浸式的体验，让人忍不住想要一口气读完，但又时时停下来，细细品味那些闪光的洞见。这种流畅而富有感染力的笔触，使得原本可能枯燥的技术主题，焕发出令人惊叹的生命力。

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坦白说，我很少能遇到一本能让我产生强烈“想要分享”冲动的书籍。这部作品的独特之处在于它的“可复用性”和“启发性”。作者提供的方法论和案例分析，不仅仅是针对特定问题的解决方案，更像是一套通用的思维工具箱。它教会的不是“做什么”，而是“如何思考一个问题”。书中的许多例子，虽然看似是针对某个特定的应用场景，但其背后的逻辑框架却具有极强的普适性。我发现自己已经开始不自觉地将书中学到的分析框架应用到我日常工作中其他不相关的领域中去，效果立竿见影。这才是真正优秀的技术读物应该具备的价值——它点燃的不仅仅是关于某个主题的知识火焰，更是激活了读者自身的创新潜能，让人感觉自己的认知边界被无形地拓宽了。

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读完这本书，我最大的感受是作者对“人”的关注，远超出了对“机器”本身的痴迷。很多技术书籍往往只专注于冰冷的代码和硬性的规范，但这部作品却充满了温度。作者似乎深谙学习者在面对新领域时的困惑与挣扎，他总能在最恰当的时机，用一种鼓励和理解的语气切入，解答那些我们尚未说出口的疑问。他的讲解方式充满了同理心，仿佛他就是坐在你身边的资深导师，耐心细致地为你拆解每一个难点。更难得的是，书中对“设计哲学”的探讨，超越了单纯的技术实现层面，触及了工程艺术的本质。这种对人类创造力和局限性的深刻洞察，使得整本书的立意得到了极大的提升，让人在提升技术能力的同时，也获得了一种更广阔的、关于工程实践的哲学思考。

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