Computer-Based Electronic Measurement

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出版者:Prentice Hall
作者:A. Bruce Buckman
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:1999-12-07
价格:USD 41.00
装帧:Paperback
isbn号码:9780201361827
丛书系列:
图书标签:
  • 电子测量
  • 计算机测量
  • 仪器仪表
  • 信号处理
  • 数据采集
  • 传感器
  • 测量技术
  • 自动化测试
  • 虚拟仪器
  • LabVIEW
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具体描述

《数字信号处理基础与应用》 本书深入探讨了数字信号处理(DSP)这一关键技术在现代科学与工程领域的核心作用。全书围绕数字信号的获取、分析、变换、滤波和合成等核心概念展开,力求为读者构建一个坚实而全面的DSP理论框架。 第一部分:数字信号处理的理论基石 开篇,本书将从信号与系统的基本概念入手,详细介绍连续时间信号和离散时间信号的区别与联系。我们将深入理解采样定理(Nyquist-Shannon Sampling Theorem)的原理及其在将模拟信号转换为数字信号过程中的关键性。傅里叶变换(Fourier Transform)家族,包括连续傅里叶变换(CFT)、离散时间傅里叶变换(DTFT)和离散傅里叶变换(DFT),将是本书的重点。我们会详细解析它们各自的数学特性、适用范围以及在信号分析中的重要意义。特别是,快速傅里叶变换(FFT)算法将进行详尽的介绍,阐述其如何高效地实现DFT的计算,为后续的信号处理奠定基础。 Z变换(Z-transform)作为离散时间系统分析的强大工具,也将得到充分的阐述,包括其收敛域的概念和性质,以及如何利用Z变换来描述和分析线性时不变(LTI)系统。本书将详细介绍卷积(Convolution)的概念及其在LTI系统响应中的作用,并通过一系列的实例来帮助读者理解。 第二部分:数字滤波器的设计与实现 数字滤波是DSP的核心应用之一,本书将花费大量篇幅介绍不同类型的数字滤波器。我们将区分无限冲激响应(IIR)滤波器和有限冲激响应(FIR)滤波器,并深入探讨它们的设计方法和各自的优缺点。 对于IIR滤波器,我们将介绍巴特沃斯(Butterworth)、切比雪夫(Chebyshev)和椭圆(Elliptic)等经典逼近设计方法,以及如何将模拟滤波器原型映射到数字域。本书还将介绍双线性变换(Bilinear Transform)等离散化方法。 对于FIR滤波器,我们将重点介绍窗函数法(Windowing Method)和频率采样法(Frequency Sampling Method)等常用设计技术。我们将详细讲解不同窗函数(如矩形窗、汉宁窗、海明窗、布莱克曼窗等)的性能差异及其对滤波器频率响应的影响。 除了滤波器的设计,本书还将深入讨论数字滤波器的实现结构,包括直接型、级联型、并联型等结构,以及它们在计算效率和数值稳定性方面的权衡。 第三部分:数字信号处理的应用领域 本书的第三部分将聚焦于数字信号处理在各个领域的广泛应用,通过生动的案例研究,展现DSP的强大能力。 通信系统: 我们将探讨DSP在现代通信系统中的关键作用,包括调制解调(Modulation and Demodulation)、信道编码与解码、自适应均衡(Adaptive Equalization)以及多速率信号处理(Multirate Signal Processing)等技术。 音频与语音处理: 涉及语音识别(Speech Recognition)、语音合成(Speech Synthesis)、音频压缩(Audio Compression)、噪声抑制(Noise Reduction)以及声学回声消除(Acoustic Echo Cancellation)等技术。 图像与视频处理: 重点介绍图像增强(Image Enhancement)、图像恢复(Image Restoration)、图像压缩(Image Compression)、边缘检测(Edge Detection)、特征提取(Feature Extraction)以及运动估计(Motion Estimation)等。 生物医学信号处理: 探讨心电图(ECG)、脑电图(EEG)等生物信号的分析与处理,以及在医疗诊断和监测中的应用。 控制系统: 介绍数字控制器(Digital Controller)的设计与实现,以及DSP在现代自动控制系统中的应用。 其他领域: 简要介绍DSP在雷达、声纳、仪器仪表、机械振动分析等领域的应用。 第四部分:高级主题与前沿展望 在本书的最后部分,我们将触及一些高级的DSP主题,为读者提供进一步深入学习的指引。这包括自适应滤波器(Adaptive Filters)的原理与应用(如LMS算法、RLS算法),以及它们在噪声消除、信号预测等方面的优势。此外,我们还将简要介绍小波变换(Wavelet Transform)及其在信号时频分析中的独特之处,以及最新的DSP技术发展趋势,为读者展望未来的研究方向。 本书旨在为有志于深入理解数字信号处理的工程师、研究人员和学生提供一个系统的学习路径。通过理论讲解、数学推导和丰富的实例,读者将能够掌握DSP的核心概念和技术,并将其有效地应用于实际问题中。

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目录信息

读后感

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用户评价

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从排版和图表的质量来看,这本书的制作是相当精良的,纸张厚实,印刷清晰,这通常是专业书籍的标志。但当我们深入到内容细节时,这种“精良”的表象很快就被内容的疏漏所打破。在介绍数据采集系统的同步性问题时,书中只是泛泛地提到了“时钟抖动(Jitter)”是一个需要关注的问题,并给出了一个简单的数学模型来描述其影响。然而,在实际的复杂多通道系统中,同步误差往往是系统成功的关键瓶颈。我期待看到的是如何利用硬件触发机制、PTP(Precision Time Protocol)或精确的脉冲同步信号来解决多个传感器间的时间戳对齐难题。更令人沮丧的是,书中引用的许多实验示例和软件伪代码,似乎停留在DOS时代或早期的MATLAB版本,完全没有考虑到当前主流的嵌入式系统编程环境和数据处理库的特性。举个例子,关于数据存储和传输效率的讨论,完全忽略了现代高速存储介质的I/O性能,也没有提及如何优化大规模数据集的网络传输协议。这使得这本书更像是一个历史文献的汇编,而非指导未来测量的路线图,对于希望站在当前技术前沿的读者而言,它提供的视角显得过于滞后和狭隘。

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我购买这本书的初衷,是希望它能成为一本解决实际工程问题的“工具箱”,一本可以随时翻阅以寻找特定接口规范或故障排除指南的参考手册。然而,它更像是一本理论深度极高、但实用性极低的学术专著。书中对测量不确定度分析的讨论是详尽的,从A类评定到B类评定的每一步都给出了标准的统计学处理方法,这在理论上是无可挑剔的。然而,在实际应用中,我们更关心的是如何快速地诊断系统中的随机噪声源究竟是来自电源纹波、地线回路还是ADC自身的内部热噪声,以及如何通过调整PCB布局来最小化串扰。这本书并没有提供任何关于电磁兼容性(EMC)设计、屏蔽技术,或者使用频谱分析仪进行系统级噪声源定位的实际操作指南。它似乎假设我们所有的设备都是在理想的、无干扰的实验室环境中运行的。这种对“现实世界复杂性”的刻意回避,使得它在面对需要快速解决现场集成问题的工程师时,显得无能为力。最终,我不得不把这本书束之高阁,转而依赖在线论坛和芯片制造商提供的应用笔记来解决我遇到的实际的电子测量难题。

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这本书的叙述风格非常学术化,行文逻辑严密到近乎教条。它大量引用了上世纪七八十年代的经典文献,这无疑保证了理论的可靠性,但同时也带来了一个明显的问题:内容的“新旧”失衡。在探讨传感器原理时,作者对热敏电阻和应变计的静态误差分析进行了百科全书式的罗列,每一个参数的推导都遵循着教科书式的规范步骤,这无疑能帮助学生打下坚实的基础。然而,对于那些依赖于先进集成电路(IC)的智能传感器——比如那些集成了ADC、校准算法和数字通信接口的MEMS器件——这本书的介绍却显得捉襟见肘,甚至有些过时。我试图寻找关于如何选择合适的∑-Δ型模数转换器(ADC)来优化信噪比(SNR)的实际考量,或者关于如何使用FPGA进行并行数据预处理的章节,但这些内容要么被简单地一笔带过,要么干脆缺席。此外,书中对软件层面的讨论,也主要集中在基础的数值分析和误差修正公式的推导上,而鲜有关于现代数据可视化工具箱(比如Python的Matplotlib或LabVIEW的界面设计)如何集成到测量流程中的具体指导。对于我们这些需要快速构建原型并进行现场测试的工程师来说,这种过于偏重理论的撰写方式,降低了其作为一本实用参考书的价值。

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这本书的章节组织结构存在一种明显的逻辑断裂感。前半部分对于基本测量原理的阐述,详尽得近乎啰嗦,仿佛在为完全没有背景知识的初学者设计。但当你翻到后半部分,开始讨论高级的系统集成和自动化控制时,内容的跨度却大得惊人,仿佛突然从小学课本跳跃到了研究生水平的研讨会。例如,在论述自动校准算法时,作者直接跳过了中级的状态空间模型和卡尔曼滤波器的基础铺垫,直接抛出了一个高度简化的线性最小二乘法模型,并声称可以解决所有动态系统中的漂移问题。这种处理方式,对于不熟悉高级控制理论的读者来说,是完全无法消化的“天书”,而对于精通这些理论的读者来说,提供的洞察力又远远不够。我原本希望看到的是一个渐进式的学习路径,比如先从基础的软件补偿入手,逐步过渡到硬件滤波器的选择,再到复杂的自适应算法。但这本书没有提供这种平滑的过渡,而是像两个完全不相关的部分被强行粘合在一起,使得读者在阅读过程中,必须不断地在“这是给谁看的?”和“为什么这里突然变得这么难懂?”之间进行切换,严重影响了阅读的流畅性和知识的吸收效率。

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这本书的封面设计着实吸引人,那种深沉的蓝与电路图的白色线条交织在一起,给人一种严谨而又充满未来感的印象。我原本是抱着极大的期待翻开它的,尤其对标题中暗示的“计算机化”和“电子化”的测量方法很感兴趣。然而,在阅读了前几章后,我发现它似乎更偏向于对传统模拟电路基础知识的详尽回顾,而不是我所期待的那些前沿的数字信号处理技术或现代传感器接口的深入探讨。书中花费了大量的篇幅来解释欧姆定律、基尔霍夫定律,以及如何手工计算电阻、电容的特性,这些内容对于一个已经有一定电子学基础的读者来说,显得有些过于基础和冗余。我希望看到的是如何利用高性能微控制器(如STM32或树莓派)来实现高精度数据采集系统(DAQ),探讨诸如噪声抑制算法、快速傅里叶变换(FFT)在实时监测中的应用,或者至少是对最新的数据总线协议,如EtherCAT或CAN-FD在工业测量中的实践案例的详细分析。结果,这些我真正需要的、能立即应用到实际项目中的“计算机辅助”和“电子化”的具体实现细节,却被淹没在一片对基础电学原理的漫长叙述之中。整本书读下来,感觉更像是一本扎实的电子工程入门教材,而不是一本聚焦于特定、现代测量技术应用的专业书籍。这种错位感,使得阅读过程有些乏味,每当我期待着看到软件和硬件如何协同工作时,它又把我拉回了基础理论的泥潭。

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