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第一版序言1

第1章 电子测量系统概述1

1.1 信息1

第二版序言5

1.2 测量的类型6

1.3 为什么要使用电子测量系统7

符号表8

1.4 今后的发展趋势10

参考文献13

习题13

第2章 测量系统的类型14

2.1 概述14

2.2 功能结构15

2.2.1 有源物理量的测量结构15

2.2.2 无源物理量的测量结构17

2.3 信号结构20

2.3.1 具有特定特性的信号21

2.3.2 周期信号26

2.3.3 取样信号31

2.3.4 随机信号36

2.4 空间结构37

2.4.1 多输入/多输出配置38

2.4.2 集中式数据采集系统39

2.4.3 带有数字多路复用器的分散式数据采集系统43

2.4.4 分布式多路复用数据采集系统43

2.4.5 遥测技术44

2.5 自动化电子电路结构45

2.6 输入/输出(I/O)接口47

2.6.1 IEEE48848

2.6.3 串行接口和标准工业网络，RS-232(V24)49

2.6.2 VXI/VME总线49

2.6.4 插入式数据采集(DAQ)电路板51

2.7 总线系统的结构体系54

习题56

参考文献57

第3章 功能的执行58

3.1 概述58

3.2 数学分析工具58

3.2.1 复数计算和复变量58

3.2.2 信号的拉普拉斯变换63

3.2.3 线性系统描述65

3.3 模拟功能77

3.3.1 运算放大器78

3.3.2 增益可调的前置放大器80

3.3.3 同相运算放大器80

3.3.4 差动放大器结构81

3.3.5 比较器82

3.3.6 积分器83

3.3.7 恒流源83

3.3.8 对数放大器84

3.3.9 电流-电压转换器86

3.3.10 模拟乘法器87

3.3.11 峰值检波器87

3.4 滤波器88

3.4.1 滤波器的类型89

3.4.2 开关电容器89

3.5 模数转换和数模转换91

3.5.1 概述91

3.5.2 编码91

3.6.1 加法网络94

3.6 数模转换器94

3.6.2 梯形网络96

3.7 模数转换器97

3.7.1 双斜率积分模数转换器98

3.7.2 Σ-Δ调制器模数转换器100

3.7.3 电压-频率转换器(VFC)102

3.7.4 逐次逼近式模数转换器103

3.8 数字电路的功能104

3.8.1 解码器104

3.7.5 并行转换器104

3.8.2 编码器105

3.8.3 多路复用器106

3.9 用户可编程逻辑器件108

3.9.1 组合逻辑109

3.9.2 可编程阵列的实现111

3.9.3 时序逻辑116

3.10 其它电路117

3.10.1 普通惠斯登电桥的结构118

3.10.2 集成惠斯登电桥119

3.10.3 恒压、恒流电桥配置的原理120

习题123

参考文献125

第4章 系统技术指标126

4.1 概述126

4.2 技术指标127

4.2.1 应用范围127

4.2.2 分辨率129

4.2.3 精度和偏差130

4.2.4 灵敏度134

4.2.5 线性136

4.2.6 失调和漂移137

4.2.7 抑制系数138

4.2.8 动态范围142

4.2.9 可靠性145

4.2.10 每单位时间的测量次数146

4.2.11 环境条件148

4.3 误差类型149

4.3.1 系统误差149

4.3.2 条件误差149

4.4 改进电子系统的措施150

4.3.3 随机误差150

4.4.1 反馈原理151

4.4.2 前馈耦合155

4.4.3 反馈对输入和输出阻抗的影响157

4.5 采用微处理器的测量系统161

4.5.1 微处理器的基本知识161

习题175

参考文献177

5.1 概述178

第5章 可靠性178

5.2 可靠性概念179

5.2.1 定义179

5.2.2 随机变量、概率分布、函数和可靠性180

5.2.3 可靠性参数184

5.2.4 平均故障间隔时间186

5.3 寿命分布簇系189

5.4 零件、部件、设备和系统的可靠性191

5.4.1 ISO 9000体系193

5.5 完好率、可修复系统和不可修复系统195

5.6 布尔代数和可靠性198

5.7 串联系统的可靠性和MTBF201

5.8 并联系统的可靠性和MTBF203

5.8.1 主动在线备用系统204

5.8.2 冷在线备用系统207

5.8.3 n个系统中的k个并联系统209

5.9 确定系统可靠性的方法210

5.9.1 网络简化法211

5.9.2 路径探寻法212

5.9.3 分解法213

5.9.4 最小割集法216

5.9.5 马尔可夫法217

5.10 设计考虑225

5.11 失效原因233

5.12 软件235

5.13 展望236

习题237

参考文献239

第6章 传感器240

6.1 概述240

6.2.2 能源的类型242

6.2 传感器的分类242

6.2.1 能量形式的类型242

6.2.3 无源型传感器和有源型传感器245

6.3 状态描述251

6.3.1 稳态描述251

6.3.2 动态描述254

6.4 传感器参数、定义和术语255

6.4.1 传感器参数255

6.4.2 定义和术语257

6.5 集成电路和传感器的特性259

6.5.1 硅工艺263

6.5.2 尺寸与线宽263

6.5.3 复杂性264

6.5.4 功耗265

6.5.5 可靠性267

6.5.6 作为信息载体的电子与光子的关系267

6.5.7 可用于制造传感器的工艺267

6.5.8 性价比271

6.6 硅和其它相容材料中的传感器效应272

6.6.1 硅中的传感器效应272

6.5.9 应用范围272

6.6.2 相容材料中的传感器效应273

6.6.3 光半导体中的传感器效应274

6.7 光能276

6.7.1 物理特性276

6.7.2 光能范畴中使用的单位278

6.7.3 电磁辐射与半导体的互作用278

6.7.4 光能范畴中的p-n结280

6.7.5 温度和辐射对电导率的影响282

6.7.6 硅制微传感器中的辐射能284

6.7.7 相容工艺中的辐射能287

6.7.8 光纤工艺290

6.7.9 已知的光效应评述292

6.8 机械能292

6.8.1 物理特性293

6.8.2 硅制微传感器中的机械能300

6.8.3 相容工艺中的机械能302

6.9.1 物理特性304

6.9 热能304

6.8.4 机械能范畴中的各种效应评述304

6.9.2 半导体中的热效应307

6.9.3 硅制微传感器中的热能309

6.9.4 相容工艺中的热能311

6.9.5 热能范畴中的各种效应评述313

6.10 磁能313

6.10.1 物理特性314

6.10.2 霍耳效应317

6.10.3 磁能和硅制微传感器320

6.10.4 相容工艺中的磁能322

6.10.5 磁能范畴中的物理效应323

6.11 化学能324

6.11.1 “物理特性”325

6.11.2 硅制微传感器中的化学能329

6.11.3 化学效应评述331

6.12 传感器的未来发展趋势331

6.12.1 工艺发展趋势332

习题333

参考文献336

7.1 概述339

第7章 失调和漂移339

7.2 失调电压和失调电流的原理340

7.3 失调电压与失调电流的计算342

7.3.1 双极晶体管342

7.3.2 场效应晶体管343

7.4 差动放大器的失调特性345

7.4.1 双极晶体管差动输入级345

7.4.2 结型场效应晶体管差动输入级346

7.4.3 MOS场效应晶体管差动输入级346

7.5 传感器中的失调348

7.6 失调电流和失调电压的漂移特性349

7.6.1 电导率的随机变化349

7.6.2 老化、湿度和振动349

7.6.3 电源变化350

7.7 温度的影响351

7.8 双极晶体管中的温度漂移353

7.9 场效应晶体管中的温度漂移356

7.9.1 结型场效应晶体管356

7.9.2 MOS场效应晶体管358

7.10 传感器中的漂移360

7.10.1 通过调制来消除漂移363

7.10.2 交替方向法(ADM)364

习题367

参考文献368

第8章 保护和屏蔽370

8.1 概述370

8.2 干扰的本质和起因370

8.2.1 干扰源375

8.3 保护377

8.3.1 接地378

8.3.2 接地系统379

8.4 屏蔽382

8.4.1 屏蔽罩382

8.4.2 屏蔽罩作为电子电路的一个部分382

8.4.3 使用不止一个屏蔽罩384

8.4.4 多屏蔽罩结构中公共端的连接386

8.5 磁场引起的干扰390

8.6 耦合机理的分类393

8.6.1 直接耦合394

8.6.2 磁耦合396

8.7 由电源变压器引起的干扰397

8.8 差动放大器和保护403

8.8.1 共模抑制比405

8.8.2 屏蔽情况下的共模抑制比407

8.9 共模抑制比的改善410

8.9.1 浮置保护的应用410

8.9.2 有源保护或采用双层屏蔽电缆414

8.10 举例说明415

8.11 电磁兼容420

8.11.1 新的全球统一的规范和CE标志421

8.11.2 通用发射标准424

习题426

参考文献429

第9章 噪声计算430

9.1 概述430

9.2 噪声电压、噪声电流和噪声系数431

9.2.1 噪声电压？431

9.2.2 噪声电流？432

9.2.3 噪声系统NF434

9.3 噪声电压、噪声电流和噪声系数之间的关系434

9.4 计算总噪声电压436

9.5 计算噪声系数和信噪比442

9.6 对噪声系数的探讨445

9.6.1 最佳源电阻446

9.6.2 最佳信噪比448

9.7 其它噪声计算方法455

9.7.1 噪声源的移位455

9.7.2 叠加456

9.7.3 戴维宁(Thevenin)和诺尔顿(Norton)定理457

9.7.4 相串联和并联的噪声源459

9.7.5 举例说明460

习题463

参考文献465

第10章 噪声的物理特性466

10.1 概述466

10.2 导体中的热噪声或约翰逊(Johnson)噪声466

10.3 散粒噪声467

10.4 闪烁噪声469

10.5 半导体器件中的噪声470

10.5.1 双极晶体管的噪声特性470

10.5.2 场效应晶体管的噪声特性473

10.5.3 二极管的噪声特性477

10.6 传感器中的噪声478

参考文献481

第11章 传感器的连接电路482

11.1 概述482

11.2 电桥电路中的传感器483

11.2.1 具有1个传感器的电桥电路483

11.2.2 具有2个传感器的电桥电路484

11.2.3 具有4个传感器的电桥电路485

11.2.4 双电桥电路486

11.2.5 加偏置的电桥电路487

11.3.1 电路1488

11.3 电桥放大器电路488

11.3.2 电路2489

11.3.3 电路3490

11.3.4 电路4490

11.3.5 电路5491

11.3.6 电路6492

11.3.7 电路7492

11.4 遥测技术494

11.6.1 电子设备中的自动调零495

11.6 自动调零495

11.5 混合连接电路495

11.6.2 传感器中的自动调零496

习题497

参考文献497

第12章 人机工程学或人类工程学498

12.1 概述498

12.2 人的生物器官499

12.2.1 听觉窗口499

12.2.2 视觉窗口500

12.3.2 信息的检索502

12.3.3 信息的处理502

12.3 人类感受信息的其它途径502

12.3.1 信息的传输502

12.4 感觉503

12.5 测量系统的发展趋势504

12.6 观察者与显示器之间的相互协调506

12.7 显示器上的信息编码508

习题513

参考文献513

附录 常用物理常数表514