互换性与测量技术基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:170

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出版时间:2009-8

价格:25.00元

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isbn号码:9787122063489

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图书标签:

• 互换性
• 测量技术
• 机械工程
• 制造工程
• 计量学
• 误差分析
• 精密测量
• 尺寸精度
• 技术测量
• 工业测量

现代工业控制系统中的信号处理与数据采集技术 书籍简介 本书聚焦于现代工业自动化和智能制造领域至关重要的信号处理和数据采集技术，旨在为工程技术人员、科研人员以及相关专业学生提供一套全面、深入且实用的理论框架与实践指导。全书内容紧密围绕工业现场复杂环境下的信息获取、传输、处理与应用展开，涵盖了从物理信号的感应到数字信息的有效利用的全过程。 第一部分：工业信号基础与采集前端 本部分为理解后续复杂技术奠定坚实基础，重点剖析了工业现场常见物理量的电信号表示、传输特性及其干扰抑制方法。 第一章：工业过程信号的物理特性与数学描述 本章深入探讨了温度、压力、流量、位移等物理量在工业过程中的动态变化规律。详细分析了这些物理量转化为电信号（如电压、电流、电阻变化）的转换机理。重点阐述了信号的连续性、周期性、随机性等数学特征，并引入傅里叶级数与傅里叶变换在信号频域分析中的基础应用，为理解采样和滤波的必要性打下基础。讨论了信号的功率谱密度概念，及其对噪声分析的重要性。 第二章：传感器与执行器的接口技术 本章详细介绍了各类工业传感器的工作原理、选型原则及其输出特性。涵盖了电阻式、电容式、电感式、压电式以及光电式传感器，并对智能传感器和新型MEMS传感器的发展趋势进行了展望。着重讲解了信号调理电路的设计，包括放大电路（精密仪表放大器）、线性化电路和隔离电路，以确保微弱或高干扰环境下的信号完整性。此外，本章也涉及了执行器（如伺服电机、电磁阀）的驱动电路设计，强调了功率匹配和保护措施。 第三章：工业数据总线与现场通信协议 工业数据传输的可靠性与实时性是控制系统的生命线。本章系统梳理了主流的工业现场总线技术，包括基于RS-485的Modbus系列协议、基于以太网的工业以太网（如EtherNet/IP, PROFINET）以及专用的现场总线（如CANopen, DeviceNet）。详细分析了这些协议的物理层、数据链路层和应用层结构，重点比较了它们在实时性、带宽、拓扑结构和容错能力上的差异。本章还探讨了工业物联网（IIoT）背景下的OPC UA等高级信息集成标准。 第二部分：信号的数字化与预处理 采集到的模拟信号必须经过数字化才能被微处理器或控制器有效处理。本部分专注于量化过程中的关键技术和噪声控制。 第四章：模拟信号的数字化：采样与量化 本章是全书的核心理论章节之一。详细阐述了奈奎斯特-香农采样定理的理论基础及其在工业控制中的实际应用限制。深入分析了采样频率的选择、时钟抖动对信号重构的影响。在量化方面，探讨了量化误差的来源、位数的选择对动态范围的影响，并介绍了欠采样和过采样的应用场景。同时，本章也讨论了量化后数字信号的编码方式，如单极性与双极性编码。 第五章：抗混叠滤波与信号调理 在信号被数字化之前，必须进行必要的模拟滤波以防止高频噪声引入混叠误差。本章重点讲解了模拟抗混叠滤波器的设计，包括巴特沃斯、切比雪夫和椭圆滤波器的特性对比与选择。详细介绍了滤波器的时间响应和频率响应，并给出了实际电路实现时的元器件选择指南。此外，还讨论了在低通滤波之外，如何应用陷波滤波器来消除特定工频干扰。 第六章：高速模数转换器（ADC）与数据接口 本章聚焦于高性能ADC器件的选择与应用。对比了逐次逼近型（SAR）、流水线型（Pipeline）、Sigma-Delta（$Sigma-Delta$）等不同架构ADC的优缺点，并结合工业应用需求（如高精度、高速度）进行案例分析。讲解了ADC的转换时间、有效位数（ENOB）、微分非线性（DNL）和积分非线性（INL）等关键性能指标的测量与解读。最后，阐述了如何通过SPI、并行总线等方式高效地将采集数据传输到主控制器。 第三部分：数字信号处理在工业中的应用 一旦信号被成功数字化，复杂的处理算法便能发挥作用，实现对工业过程的精确监控和优化。 第七章：数字滤波器设计与实现 本章从理论到实践系统地介绍了数字滤波技术。首先基于Z变换分析了数字滤波器的稳定性和因果性。详细推导了有限脉冲响应（FIR）滤波器和无限脉冲响应（IIR）滤波器的设计方法，包括窗函数法和频率采样法。重点讲解了如何在实时系统中实现这些滤波器，包括定点运算的溢出控制和运算效率的优化。 第八章：工业数据中的噪声抑制与特征提取 实际工业数据往往伴随着随机噪声和系统性漂移。本章引入先进的统计信号处理方法。详细介绍了维纳滤波器的原理及其在信噪比（SNR）提升中的作用。针对周期性噪声（如电磁干扰），讲解了基于离散傅里叶变换（DFT）的频率域滤波技术。此外，本章还涵盖了基于卡尔曼滤波器的状态估计方法，该方法在处理具有动态模型的传感器数据融合问题中展现出极高的鲁棒性。 第九章：工业数据的时间序列分析与故障诊断 本部分将信号处理技术应用于设备健康管理（PHM）。系统讲解了时间序列分析的基础，包括自回归（AR）、移动平均（MA）和自回归移动平均（ARMA）模型的建立。重点探讨了基于高频振动或电流信号的特征提取方法，如峭度、峰度等统计量，以及利用功率谱分析识别机械故障特征频率。最后，介绍了利用小波变换在多分辨率分析中对瞬态故障信号（如冲击、突变）进行有效检测的技术。 第四部分：系统集成与实践案例 本部分将前述的理论知识与实际的系统集成需求相结合，提供工程化的解决方案。 第十章：数据同步、时间戳与精度保证 在分布式控制系统中，事件发生的时间顺序至关重要。本章讨论了时间同步技术，如IEEE 1588（PTP）在工业网络中的应用，以确保跨多个采集节点的时间戳精度。详细分析了系统延迟的各个组成部分（传输延迟、处理延迟、抖动），并提供了降低整体系统延迟的工程策略。 第十一章：高可靠性数据采集系统的设计与验证 本章关注工业级应用对数据采集系统的鲁棒性要求。内容包括硬件冗余设计（如双通道采集、热备份）、软件错误检测机制（如CRC校验、数据合理性检查）以及系统故障转移策略。详细阐述了如何依据IEC 61508等功能安全标准，对采集系统进行定性与定量风险分析，确保数据采集的安全性与连续性。 第十二章：面向大数据与机器学习的工业数据预处理流程 随着工业大数据应用的兴起，原始采集数据需要转化为适合机器学习模型训练的格式。本章介绍了数据清洗、缺失值插补、特征归一化（如Min-Max、Z-score标准化）的标准流程。重点讲解了如何利用降维技术（如PCA）处理高维传感器数据，并讨论了在边缘计算节点进行实时特征提取和模型推理的优化方法。 本书通过理论推导、算法实现细节和丰富的工程案例相结合的方式，旨在培养读者解决复杂工业现场信号采集与处理挑战的能力，是工业自动化、仪器仪表、机电一体化及控制科学等领域不可或缺的参考手册。

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作为一名对机械制造领域略有涉猎的业余爱好者，我抱着试试看的心态翻开了《互换性与测量技术基础》。坦白说，起初我对“互换性”这个词汇并没有太深刻的理解，总觉得是属于工业生产线上高度专业化的东西，与我这样的普通读者似乎没什么关联。然而，这本书却以一种令人惊喜的方式，打破了我固有的认知。它不仅仅是在介绍理论知识，更像是在娓娓道来一个关于“精准”和“标准”的故事。我被作者描述的，如何通过统一的测量标准和零部件的标准化设计，极大地提高了生产效率，降低了成本，甚至保障了产品在使用过程中的可靠性和安全性，深深地吸引了。书中的很多插图和图表都非常直观，比如展示不同公差等级对零件配合影响的对比图，让我一下子就明白了为什么有些零件拧起来顺滑无比，有些则会卡顿。更让我印象深刻的是，它还探讨了互换性原则在不同行业中的应用，从航空航天到日常消费品，几乎无处不在。这本书让我开始思考，我们日常生活中很多便利的背后，都离不开这些看似枯燥的技术基础。它不像某些技术书籍那样，充斥着冰冷的公式和晦涩的术语，反而用一种更加人文关怀的视角，来解释这些工程技术的重要性。读完后，我对“精益求精”这个词有了更深的体会，也更加理解了“细节决定成败”这句话在工业领域的深刻含义。

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我一直在寻找一本能够清晰解释“误差”和“精度”之间关系的读物，而《互换性与测量技术基础》意外地满足了我的需求，尽管它并非直接针对我最初的目标。这本书给我最直观的感受是，它将那些抽象的工程概念，用一种非常接地气的方式呈现在读者面前。它关于测量误差的分析，比如系统误差和随机误差的区分，以及如何通过重复测量和统计方法来减小误差，都写得非常有条理。我以前总以为测量就是“量出个数字”，但这本书让我意识到，每一次测量都伴随着不确定性，而技术的核心就在于如何理解并控制这种不确定性。它还详细介绍了各种测量仪器的原理和使用方法，从最简单的游标卡尺到更复杂的影像测量仪，都附带了清晰的操作步骤和注意事项。我尤其喜欢它关于“测量不确定度”的讲解，这让我意识到，报告一个测量结果，其实是在给出一个“范围”，而不是一个精确的点。这种严谨的科学思维，是我在这本书中学到的宝贵财富。它让我明白，在任何需要精确度的场合，从科学实验到工业生产，对测量技术的掌握都是至关重要的。这本书并没有回避一些技术性的细节，但它处理的方式非常巧妙，能够让即使是对物理学和工程学不太熟悉的读者，也能从中获得启发。

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这本《互换性与测量技术基础》简直是我近期阅读生涯中的一道“照妖镜”！读完它，我感觉自己仿佛脱胎换骨，看世界的眼光都变得不一样了。以前觉得那些精密仪器、复杂的图纸，离我遥不可及，更别提什么公差、配合这些专业术语了，听起来就头大。但这本书就像一位耐心十足的导师，一点点地把我从“门外汉”拉进了“门内”。它没有一开始就堆砌那些晦涩难懂的公式和定义，而是从最基础的概念入手，比如为什么需要互换性？它能带来什么好处？这些问题用非常通俗易懂的语言解释得清清楚楚。我最喜欢它举的例子，比如汽车零部件的更换，飞机引擎的组装，这些生活化的场景瞬间就把抽象的概念具象化了。而且，它在讲解测量技术时，也特别强调了实际操作的注意事项，那些关于游标卡尺、千分尺的使用方法，还有如何读懂测量报告，都写得非常细致。我以前一直以为测量就是随便量一量，万万没想到里面有这么多讲究，需要考虑环境因素、测量误差、仪器校准等等。读完之后，我感觉自己以后去维修电器或者组装家具时，都能多一份底气了，至少知道怎么去“正确地”测量，而不是凭感觉。这本书的结构安排也很合理，循序渐进，一点点地累积知识，不会让人感到 overwhelmed。总而言之，这本书是我近期最满意的一次阅读体验，它不仅增长了我的知识，更培养了我对精密制造的敬畏之心，让我开始欣赏那些看似微不足道的“小细节”如何支撑起整个庞大的工业体系。

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长期以来，我总觉得“互换性”这个词汇，就像一个高高在上的学术概念，离我的日常生活很远。直到我接触到《互换性与测量技术基础》这本书，我才意识到，原来它早已渗透到我们生活的方方面面，而且是如此的关键。书中对“互换性”的定义和重要性的阐述，让我豁然开朗。它不仅仅是关于零件的尺寸精度，更是关于整个生产、组装、维修和服务体系的效率和可靠性。我特别喜欢它对于“标准化”和“标准化零件”的讲解，从螺丝、螺母到各种轴承、齿轮，这些“标准化”的元素是如何让整个工业世界运转起来的。这本书让我明白了，为什么我们能轻易地更换一个损坏的电器零件，为什么汽车的维修会相对便捷，甚至为什么我们的衣服、鞋子都有统一的尺码。这一切的背后，都离不开互换性原则的应用。而且，书中在介绍测量技术时，也并不是简单地罗列仪器，而是从“为什么需要测量”、“如何科学地测量”以及“如何解读测量结果”这些更深层次的问题入手，引领我思考。它让我意识到，测量不仅仅是获取数据，更是一种科学的认知过程，是保证互换性得以实现的基石。这本书让我对“精密”和“可靠”有了更深刻的理解，也让我开始思考，在任何需要高度协同和效率的领域，互换性原则都扮演着不可或缺的角色。

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这次阅读《互换性与测量技术基础》的经历，可以说是非常“解压”的一次。我一直以为关于“测量”的书籍都会让人感到枯燥乏味，充斥着大量的公式和图表，让人望而却步。但这本书却打破了我的这一刻板印象。它以一种非常轻松、甚至有些幽默的笔触，来介绍那些看似严肃的技术概念。我印象最深的是，它在讲解“公差”时，用了一个非常生动的比喻，将零件的尺寸范围比作一个“可以接受的误差区间”，而超出这个区间就会导致“婚姻失败”（即零件无法配合）。这种形象的比喻，让我一下子就抓住了核心的含义，而且在脑海中留下了深刻的印象。这本书在介绍各种测量工具时，也特别强调了它们的应用场景和局限性，比如为什么在测量粗糙度时需要用探针，而在测量大尺寸零件时则需要用激光。它还涉及了一些关于测量规划和质量控制的理念，让我了解到，好的测量不仅仅是“量一量”，更是一种有策略、有目的的过程。读完这本书，我感觉自己对“标准化”和“质量管理”有了全新的认识，也开始欣赏那些默默支撑起现代工业的“幕后英雄”——那些严谨的测量技术和互换性原则。

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