智能化测量控制仪表原理与设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:北京航空航天大学出版社

作者:徐爱钧

出品人:

页数:416

译者:

出版时间:1995-11-1

价格:32.00

装帧:平装

isbn号码:9787810126175

丛书系列:

图书标签:

• 单片机
• 测量控制
• 智能化仪表
• 原理设计
• 传感器
• 信号处理
• 嵌入式系统
• 工业自动化
• 仪器仪表
• 控制工程
• 微控制器

现代传感器技术与应用：从原理到实践的深度解析 内容提要： 本书系统阐述了现代传感器技术的基础理论、关键原理及其在各个工程领域的广泛应用。全书聚焦于传感器的核心功能——信息的获取与转换，深入剖析了各类主流传感器的工作机制，包括但不限于电学量、机械量、光学量、热学量以及化学与生物传感器的设计、建模与性能评估。内容涵盖了从微纳尺度传感器的制造工艺到复杂系统集成方案的构建，旨在为读者提供一个全面、深入且实用的技术视野。 --- 第一部分：传感器基础理论与信号调理 本部分奠定了理解现代传感器的理论基石，重点讲解了信息获取过程中的物理、化学与电学原理。 第一章：传感器的基本概念与分类 本章首先界定了传感器的基本定义、功能及其在信息系统中的核心地位。详细探讨了传感器的主要性能指标，如灵敏度、分辨率、线性度、迟滞、漂移、响应时间以及环境适应性。通过对传感器进行多维度分类（如按工作原理、输出信号形式、测量对象等），帮助读者建立清晰的认知框架。特别引入了“智能传感器”的概念，探讨了传感器与微处理器结合所带来的功能增强。 第二章：信号的获取、调理与数字化 传感器输出的微弱、高阻抗或噪声较大的模拟信号，必须经过精确的调理才能被后续电路和系统识别。本章详细讲解了信号调理电路的设计，包括前置放大电路（跨阻放大、仪表放大器）、滤波技术（无源/有源滤波器、陷波滤波器）在抑制噪声中的作用。深入分析了模数转换器（ADC）的原理、类型（如逐次逼近式、Sigma-Delta式）及其在保证测量精度中的关键性。本章强调了阻抗匹配和抗干扰设计的重要性。 第三章：传感器误差分析与不确定度评估 精确的测量依赖于对误差的深刻理解。本章系统讲解了系统误差、随机误差和人为误差的来源与校正方法。详细介绍了统计学在误差分析中的应用，包括标准差、置信区间以及高斯误差分布的建立。重点阐述了如何根据ISO指南对测量系统的不确定度进行量化评估，这是确保测量结果可靠性的科学依据。 --- 第二部分：主流物理量传感器的工作原理 本部分深入剖析了用于测量力、位移、温度、光等基本物理量的各类传感器的内在机制和工程实现。 第四章：力学量传感器（应变、压力与加速度） 重点剖析了电阻应变片的工作机理，包括薄膜应变片和光纤光栅应变传感器的结构与特性。在压力测量方面，详细对比了压电式、电容式和半导体压阻式传感器的优缺点，并讲解了隔膜设计对测量动态范围的影响。加速度计部分，着重介绍了微机械（MEMS）加速度传感器（如压阻式、压电式和基于卡文迪许原理的）的集成制造工艺及其在振动监测中的应用。 第五章：位移、速度与流量传感器 本章涵盖了从宏观到微观的位移测量技术。线性可变差动变压器（LVDT）的结构与工作原理是重点之一。电容式位移传感器因其高灵敏度受到详细分析。在速度测量中，介绍了多普勒效应在激光多普勒测速仪（LDV）中的应用。流量测量部分，对比了涡轮式、超声波式（时差法与多普勒法）以及科里奥利质量流量计的测量原理和适用场景。 第六章：温度传感器的热电转换与热阻测量 本章详述了温度测量的两大主流技术路线。热电偶部分，讲解了塞贝克效应、冷端补偿技术以及不同材料偶对（如K型、T型）的适用温度范围。电阻温度检测器（RTD）部分，侧重于铂电阻的制备工艺、测量电路中的自热效应消除方法。硅半导体温度传感器和红外辐射测温（非接触式）原理也被纳入讨论，特别是黑体辐射定律在实际应用中的校正。 第七章：光学与辐射传感器 本章聚焦于光电转换过程。详细讲解了光电导效应、光伏效应和光电倍增效应。重点分析了光敏电阻（LDR）、光电二极管（PD）和光电三极管（PT）的I-V特性曲线。在图像传感方面，简要介绍了电荷耦合器件（CCD）和互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器的像素结构与读出原理。 --- 第三部分：新兴与智能传感技术 本部分面向前沿，探讨了化学传感、生物传感以及集成化、智能化传感器系统的发展趋势。 第八章：化学与生物传感器 本章首先介绍了电化学传感器的基本构成（工作电极、参比电极、对电极）及工作模式（电位法、电流法、伏安法）。重点分析了气体传感器，特别是金属氧化物半导体（MOS）型气体传感器的气敏机理及其对湿度和温度的敏感性补偿。生物传感器部分，侧重于生物识别元件（如酶、抗体、DNA）的固定化技术，以及基于场效应晶体管（FET）的生物电化学传感器的发展。 第九章：MEMS传感器制造与集成 本章探讨了微机电系统（MEMS）制造技术对传感器微型化和集成化的贡献。详细介绍体硅微加工（如深反应离子刻蚀 DRIE）和薄膜沉积技术在制造微结构时的应用。分析了如何将传感器元件、信号调理电路和初步的数字接口集成在同一芯片上，实现高可靠性和低成本的批量生产。 第十章：无线传感网络与传感器系统设计 本章将传感器置于一个更广阔的系统背景下考察。讲解了无线传感网络（WSN）的基本架构、通信协议（如ZigBee, LoRa）的选择与功耗管理策略。在系统设计层面，强调了多传感器数据融合（Fusion）技术，如卡尔曼滤波在提高系统状态估计精度中的应用。最后，讨论了传感器数据在边缘计算和云计算环境下的处理与可视化。 --- 面向读者： 本书适合于自动化、电子工程、机械工程、仪器科学以及材料科学等领域的本科高年级学生、研究生以及相关行业的工程师和技术人员。通过系统学习，读者将能够独立完成各类传感器的选型、系统集成、性能测试与误差分析工作。

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从内容组织来看，这本书的结构是清晰的，它按照经典测量系统的组成部分——传感器、信号调理、模数转换、数据处理与输出——逐一进行剖析。这种模块化的讲解方式，对于梳理知识脉络很有帮助。然而，在探讨“智能化”这个核心卖点时，我发现它更多地是将传统的自动控制理论嫁接到现代仪器概念上，而不是真正融入了当代人工智能技术。比如，在讲到系统优化时，它主要集中在传统的优化算法，如最小二乘法或卡尔曼滤波的经典应用。我期待看到的是如何利用机器学习方法来识别传感器漂移的模式，或者如何使用深度学习来处理那些高度非线性和耦合性强的物理量测量问题。这本书为我们打下了理解这些新技术的坚实“底座”，但它本身似乎并未过多地触及到如何利用这些新的“智能工具”来重塑测量控制的范式。它的内容更像是一本优秀的、关于如何把传统仪表设计做到极致的工具书，而不是一本面向未来的智能仪表设计指南。

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这本书的封面设计倒是挺有科技感的，深蓝色底配上一些电路图的线条，感觉很专业。我拿到手的时候，其实是想找一本能帮我快速上手实际操作的书，尤其是那种涉及到传感器选型和数据采集流程的。结果翻开目录，发现这本书的侧重点似乎更偏向于理论推导和系统架构的构建。比如，它花了大量的篇幅来讲解各种经典控制算法的数学模型，什么PID的改进型啊，模糊控制的规则设计啊，这些内容确实很扎实，对于想深入理解底层逻辑的人来说是福音。但是，对于我这种更看重“怎么做”的工程师来说，书中关于具体硬件接口、驱动程序编写或者主流PLC/DCS平台的应用案例就显得有些不足。我期待看到更多关于现代工业物联网（IIoT）中，仪表如何通过OPC UA或MQTT协议与云端通信的实践细节，但这些内容似乎只是点到为止。整本书的阅读体验更像是在啃一本高阶的控制理论教科书，知识密度很高，但实操指导性相对较弱。或许对于科研人员或者理论研究者来说，这本书的价值会更高一些。

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这本书的排版和字体选择倒是中规中中规矩矩，阅读起来不至于太费力。我本来以为这本厚重的书籍里会涵盖当前市场上最热门的几种智能仪表技术，比如基于机器视觉的在线监测技术，或者新型非接触式测量方法（比如毫米波雷达、太赫兹等）的应用前景。然而，书中大部分篇幅还是围绕着传统的电、光、磁、力等物理量测量原理展开，并且在“设计”的部分，更多地是在讨论如何优化传统的反馈回路，提高系统的鲁棒性和动态响应速度。对于一些新兴的智能特性，比如仪表自诊断、故障预警模型的建立，书中提到的相对比较宏观和概念化，缺乏具体的算法实现路径和案例分析。例如，在谈到模糊逻辑控制时，它详细解释了隶属函数的选择，但没有给出如何将这种逻辑模型固化到嵌入式微控制器（MCU）中的具体编程思路。总的来说，内容基础扎实，但时代感稍欠，对于希望跟上“智能化”浪潮前沿的读者来说，可能会觉得有些意犹未尽。

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我购买这本书的主要目的是想学习一下如何构建一个可靠、高精度的分布式测量系统。这本书在系统集成和网络化方面的内容确实有所涉及，它讨论了不同总线协议（如CAN、RS-485）的特点和适用场景，也提到了冗余设计的重要性。但是，当我具体翻阅到如何处理大规模数据流时的挑战时，比如如何平衡实时性与带宽占用，或者在复杂电磁环境中如何确保数据传输的完整性时，书中给出的解决方案显得有些理论化和理想化。我更希望看到的是，作者能够结合实际工程中的“陷阱”——比如地线干扰、共模噪声抑制的有效手段——提供更具操作性的建议。这本书在“原理”部分做得非常透彻，把每一个环节的物理基础都解释得清清楚楚，但到了“设计”的实操环节，仿佛突然进入了一个无菌的实验室环境，缺少了现实工程中那些脏乱差的实际问题和对应的权衡取舍。

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这本书的理论深度毋庸置疑，看得出来作者在相关领域有深厚的积累。但对于我们这种需要快速将知识转化为生产力的应用型技术人员来说，阅读体验上存在一个比较明显的断层。具体来说，前几章打下的理论基础非常坚实，涉及到了很多高等数学和信号处理的知识点，这部分内容非常严谨。然而，当内容过渡到实际的仪表设计和实现阶段时，这种严谨性似乎打了折扣。比如，在介绍传感器的非线性校正时，书中只是抽象地提到了多项式拟合和查表法的优劣，但对于如何选择合适的拟合阶数以避免过拟合，或者如何高效地在嵌入式系统中实现这些复杂的数学运算，并没有给出足够的篇幅去深入探讨。这本书似乎假设读者已经拥有了很强的数学建模和底层软件开发能力，可以直接跳过中间的桥梁，直接去处理最核心的算法优化。对于需要“手把手”教学的读者来说，这个跨度有点大。

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