传感器调理电路设计理论及应用PDF电子书下载

第1章　概论 1

1.1　检测技术 1

1.1.1　检测技术的定义 1

1.1.2　检测系统的基本结构 1

1.2　传感器调理电路 2

1.3　传感器调理电路设计的理论基础 3

1.3.1　信号放大电路 3

1.3.2　信号处理电路 3

1.3.3　调制与解调电路 4

1.3.4　检测仪表非线性特性的线性化 4

1.3.5　检测微弱信号的方法 4

1.3.6　抗干扰技术 5

1.3.7　可靠性设计和预计 5

1.3.8　调理电路仿真 5

1.4　检测技术的发展方向 6

习题与思考题 7

第2章　信号放大电路 8

2.1　小信号放大器的设计 8

2.1.1　小信号交流放大器的设计 8

2.1.2　线性集成运算放大器的设计 19

2.1.3　实用参考电路 29

2.2　数据放大器的设计 32

2.2.1　数据放大器的静态特性指标 32

2.2.2　数据放大器的动态特性指标 33

2.2.3　集成运放对称组装式数据放大器 35

2.2.4　动态校零数据放大器 38

2.2.5　实用参考电路 40

2.3　低漂移直流放大器的设计 41

2.3.1　单管直流放大器温度漂移的计算 41

2.3.2　差动放大器温度漂移的计算 44

2.3.3　双通道放大器电路 49

2.3.4　低漂移直流放大器制作工艺 51

2.3.5　实用参考电路 52

2.4　高输入阻抗放大器的设计 58

2.4.1 自举反馈型高输入阻抗放大器 58

2.4.2　高输入阻抗放大器的计算 62

2.4.3　高输入阻抗放大器的信号保护 65

2.4.4　高输入阻抗放大器的制作装配工艺 66

2.4.5　实用参考电路 66

2.5　电荷放大器的设计 69

2.5.1　电荷放大器原理 69

2.5.2　电荷放大器特性 70

2.5.3　电荷放大器单元电路分析 74

2.5.4　电荷放大器的设计方法 78

2.6　光电转换放大电路 80

2.6.1　真空光电管测量电路 81

2.6.2　光电倍增管测量电路 81

2.6.3　半导体光电检测器件光电转换放大电路 83

2.7　低噪声放大器设计 93

2.7.1　噪声的基本知识 93

2.7.2　噪声电路的计算 95

2.7.3　信噪比与噪声系数 96

2.7.4　前置放大器的噪声模型 98

2.7.5　一些常用电路的等效输入噪声 99

2.7.6　低噪声电路设计原则 101

习题与思考题 105

第3章　信号处理电路 109

3.1　有源滤波器的设计 109

3.1.1　有源滤波器的分类和基本参数 109

3.1.2　组成有源滤波器的基本方法 112

3.1.3　有源滤波器的设计步骤 114

3.1.4　集成有源滤波器 120

3.2　常用特征值检测电路 122

3.2.1　绝对值检测电路 123

3.2.2　峰值检测电路 126

3.2.3　真有效值检测电路 129

3.3　采样／保持电路 133

3.3.1 电路原理 133

3.3.2　模拟开关 135

3.3.3　采样／保持实用电路 137

3.4　常用的信号转换电路 139

3.4.1　电压比较电路 139

3.4.2　电压／频率转换电路 143

3.4.3　电压／电流转换电路 147

习题与思考题 151

第4章　调制与解调电路 154

4.1　振幅调制与解调电路 154

4.1.1　调幅原理与方法 154

4.1.2　调幅波的解调 157

4.2　频率调制与解调电路 162

4.2.1　调频原理与方法 162

4.2.2　调频波的解调 164

4.3　相位调制与解调电路 167

4.3.1　调相原理与方法 167

4.3.2　调相波的解调 169

4.4　脉冲调制式测量电路 171

4.4.1　脉冲调制原理与方法 171

4.4.2　脉冲调制信号的解调 173

习题与思考题 174

第5章　仪表非线性特性的线性化 176

5.1　仪表组成环节的非线性 176

5.1.1　指数曲线型非线性特性 176

5.1.2　有理代数函数型非线性特性 178

5.2　经典非线性特性的补偿方法 180

5.2.1　开环式非线性补偿法 180

5.2.2　闭环式非线性补偿法 182

5.2.3　最佳参数选择法 185

5.2.4　差动补偿法 186

5.2.5　数字控制分段校正法 187

5.3　线性化电路的设计 190

5.4　智能传感器中非线性特性的补偿方法 193

5.4.1　查表法 194

5.4.2　最小二乘曲线拟合法 195

5.4.3　函数链神经网络法 195

习题与思考题 196

第6章　检测微弱信号的一般方法 198

6.1　微弱信号检测的基本概念 198

6.1.1　微弱信号检测概述 198

6.1.2　微弱信号检测的基本方法 199

6.1.3　微弱信号检测的发展趋势 200

6.2　常用的微弱信号检测方法 200

6.2.1　窄带滤波法 200

6.2.2　锁定放大法 201

6.2.3　取样积分法 202

6.2.4　相关分析法 207

6.3　弱离散信号的检测 209

6.3.1　离散信号检测的特点 209

6.3.2　光子计数器的基本原理 210

6.3.3　光子计数器应用举例 212

6.4　微弱并行检测技术 214

6.4.1　微弱并行检测技术概述 214

6.4.2　光学多道分析仪的原理 215

6.4.3　光学多道分析仪应用举例 216

习题与思考题 218

第7章　抗干扰技术 219

7.1　干扰的来源 219

7.1.1　外部干扰 219

7.1.2 内部干扰 220

7.2　干扰的传输途径 220

7.2.1 电场耦合 220

7.2.2　磁场耦合（互感性耦合） 222

7.2.3　漏电流效应 223

7.2.4　共阻抗耦合 224

7.3　差模干扰与共模干扰 225

7.3.1　概述 225

7.3.2　差模干扰 226

7.3.3　共模干扰 227

7.4　抗干扰技术 229

7.4.1　滤波技术 229

7.4.2　屏蔽技术 232

7.4.3　隔离技术 236

7.4.4　去耦电路 240

7.4.5　接地技术 243

7.4.6　浮空（浮置、浮接）技术 251

7.4.7　静电放电干扰 252

7.4.8　漏电干扰的防止措施 253

习题与思考题 254

第8章　传感器调理电路的可靠性设计 255

8.1　概述 255

8.2　举例电路简介 255

8.2.1　调理电路的功能 255

8.2.2　电路介绍 256

8.2.3　电路中的元器件 260

8.3　调理电路的可靠性设计 262

8.3.1　原理设计的可靠性措施 262

8.3.2　元器件选型及应用的可靠性措施 265

8.3.3　印刷电路板设计的可靠性措施 266

8.4　调理电路的可靠性预计 267

8.4.1　有关的基本概念 268

8.4.2　可靠性预计方法 268

8.4.3　可靠性的预计 269

8.4.4　可靠性预计的结果 275

8.4.5　可靠性预计的结论 275

8.4.6　可靠性预计的注意事项 276

习题与思考题 276

第9章　传感器调理电路的仿真 277

9.1　电路的计算机仿真 277

9.1.1　电路仿真的基本概念 277

9.1.2　电路仿真软件OrCAD介绍 278

9.1.3 电路仿真软件OrCAD/PSpice的仿真功能 278

9.1.4　使用OrCAD/PSpice进行电路仿真的步骤 280

9.1.5　电路的仿真实例 283

9.1.6　电路仿真过程 284

9.1.7　仿真结果分析 296

9.2　印刷电路板的热分析 296

9.2.1　热分析的目的与方法 297

9.2.2　BETAsoft-Board软件的特点 297

9.2.3　印刷电路板的热分析方法 299

9.3　印刷电路板的热测试 303

9.3.1　热测试的目的与方法 303

9.3.2　印刷电路板的热测试步骤 303

9.3.3　热测试的结果与改进措施 304

习题与思考题 306

第10章　传感器调理电路实例分析 307

10.1　航空发动机磨损在线监测仪电路 307

10.1.1　监测的理论基础 308

10.1.2　监测系统的组成 309

10.1.3　能谱的数据处理 311

10.1.4　实验结果 314

10.1.5　结论 316

10.2　基于磁致伸缩机理的航空燃油液位测量仪电路 316

10.2.1　磁致伸缩效应 317

10.2.2　磁致伸缩液位传感器测量机理 318

10.2.3　磁致伸缩液位测量系统 319

10.2.4　液位测量系统实验 326

10.2.5　结论 328

10.3　高精度航空燃油密度实时测量仪电路 329

10.3.1　测量的机理 329

10.3.2　测量系统的构成 330

10.3.3　测量系统对飞机燃油密度的测量 333

10.3.4　提高航空燃油密度测量精度的方法 336

10.3.5　结论 340

10.4　航空数字人感系统电路 340

10.4.1　人感系统的组成 340

10.4.2　人感系统的工作原理 341

10.4.3　人感系统的仿真 342

10.4.4　传感器调理电路 343

10.4.5　直流电机驱动电路 346

10.4.6　保护电路 347

10.4.7　人感系统软件 348

10.4.8　结论 349

10.5　基于压电传感器阵列的结构健康监测仪电路 349

10.5.1　压电传感器进行结构损伤检测的机理 350

10.5.2　基于压电传感器阵列的健康监测仪总体方案 351

10.5.3　压电传感器的布局 352

10.5.4　监测仪调理电路 353

10.5.5　实验及结果 356

10.5.6　结论 359

10.6　航空标定转台的角速度波动检测仪电路 359

10.6.1　角速度波动技术研究的内容 360

10.6.2　检测仪的组成 360

10.6.3　系统的软件组成 367

10.6.4　系统联调 367

10.7　转速标准装置电路 370

10.7.1　无刷直流电机转速控制原理 370

10.7.2　电机锁相控制 371

10.7.3　转速标准装置的组成及工作原理 372

10.7.4　频率量测量方法 377

10.7.5　标定实验及分析 378

10.7.6　结论 380

10.8　航空电力设备中高精度直流大电流测试仪电路 380

10.8.1　测试仪的组成 381

10.8.2 巨磁电阻传感器环节的设计与调试 382

10.8.3　数据采集和数据处理模块的设计与调试 385

10.8.4　测试仪的误差分析与补偿 386

10.9　VXI总线仪器自动计量校准方法 389

10.9.1　VXI仪器校准的方法 390

10.9.2　VXI仪器的校准 391

10.9.3　E1418A模块校准举例 393

10.9.4　VXI仪器校准的发展趋势 399

10.10　二氧化碳分压传感器调理电路 400

10.10.1　测量机理 400

10.10.2　传感器的组成 401

10.10.3　关键技术 403

10.10.4　传感器性能 408

10.10.5　结论 410

10.11　卫星推进系统通道流量测试仪电路 410

10.11.1　测试仪的组成 411

10.11.2　气体流量探头的组成及原理 411

10.11.3　气体流量探头数学模型的建立 414

10.11.4　气体流量探头的试验数据处理 415

10.11.5　数据采集与处理系统 415

10.12　制造火箭推进剂的混合机桨叶安全状况实时测试仪电路 416

10.12.1　测试仪的组成 417

10.12.2　测试系统关键环节的设计与调试 418

10.12.3　测试仪的标定 421

10.12.4　测试仪现场实测结果分析 423

10.13　光纤pH值实时监测仪电路 424

10.13.1　单光路的光电转换与放大电路 424

10.13.2　双光路的光电转换与放大电路 426

10.13.3　结论 429

10.14　高精度光纤静位移传感器调理电路 429

10.14.1　高精度光纤位移传感器 430

10.14.2　前置放大器的设计与调试 430

10.14.3　有源滤波器 434

10.14.4　A/D转换器 435

10.14.5　结论 436

10.15　安全火花型集成电路温度变送器电路 436

10.15.1　主要技术指标 436

10.15.2　工作原理 436

10.15.3　系统试验 440

10.15.4　结论 441

10.16　电子式差定温探测器电路 441

10.16.1　探测器的工作原理 442

10.16.2　电桥参数选定 443

10.16.3　具体算例 446

10.17　光电感烟火灾探测器调理电路及信号的远距离传输 449

10.17.1　光电感烟火灾探测器的工作原理 449

10.17.2　光电感烟火灾探测器的调理电路设计 450

10.17.3　火灾自动报警系统中信号的远距离传输 454

10.18　电阻率测井仪电路 459

10.18.1　测井仪测量原理 459

10.18.2　测井仪电路设计 460

10.18.3　结论 462

10.19　光纤布拉格光栅用于太阳能帆板模型的振动监测 462

10.19.1　光纤布拉格光栅的传感原理 463

10.19.2　光纤布拉格光栅传感模型分析 464

10.19.3　太阳能帆板模型振动监测系统的组成 466

10.19.4　光纤光栅解调系统 466

10.19.5　光纤布拉格光栅的标定及温度补偿 469

10.19.6　太阳能帆板振动监测系统实验及结果分析 471

10.20　无创呼吸末二氧化碳监测仪电路 474

10.20.1　无创呼吸末二氧化碳监测仪的组成 475

10.20.2　传感器组件的工作原理 476

10.20.3　调理电路的设计 476

10.20.4　结论 483

10.21　无创血流动力监测仪电路 484

10.21.1　胸腔阻抗法基本原理 484

10.21.2　监测仪的组成 486

10.21.3　阻抗测量电路 487

10.21.4　心电信号放大电路 495

10.21.5　A/D转换电路 498

10.21.6　单片机控制电路 498

10.21.7　光电隔离通信电路 499

10.21.8　结论 500

10.22　人工电子耳蜗系统电路 500

10.22.1　电子耳蜗系统的组成 501

10.22.2　系统关键环节的设计与调试 502

10.22.3　人工耳蜗系统的联调 506

10.22.4　结论 507

10.23　用于高压输电线路的组合式电流／电压测试仪电路 508

10.23.1　测试仪电路的组成 508

10.23.2　测试仪电路关键环节的设计与调试 509

10.23.3　测试仪电路的认证 513

10.23.4　结论 514

10.24　钻孔倾斜度测量仪电路 514

10.24.1　测量仪原理 515

10.24.2　加速度计电路设计 516

10.24.3　磁阻传感器电路设计 517

10.24.4　结论 520

参考文献 521