电子测量系统 理论与实践PDF电子书下载

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 IEEE488 48

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MTBF 201

5.8 并联系统的可靠性和MTBF 203

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NF 434

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1 488

11.3 电桥放大器电路 488

11.3.2 电路2 489

11.3.3 电路3 490

11.3.4 电路4 490

11.3.5 电路5 491

11.3.6 电路6 492

11.3.7 电路7 492

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