机械工程测控技术基础及系统集成应用PDF电子书下载

绪论 1

0.1 现代机械系统中的测控技术和系统集成 1

0.2 本课程的学习内容和学习方法 2

第1章 信号及信号分析 4

1.1 概述 4

1.2 信号分类与描述 4

1.2.1 信号的分类 4

1.2.2 信号的时域描述和频域描述 7

1.3 信号的时域分析 8

1.3.1 信号分析中的常用函数 8

1.3.2 信号的时域运算 10

1.3.3 信号的时域分解 11

1.3.4 周期信号的强度 12

1.4 周期信号及其频域分析 13

1.4.1 傅里叶级数的三角函数展开式 13

1.4.2 傅里叶级数的复指数函数展开式 16

1.4.3 周期信号的功率及功率谱 18

1.5 非周期信号及其频域分析 21

1.5.1 傅里叶变换 22

1.5.2 能量谱 24

1.5.3 傅里叶变换的主要性质 25

1.5.4 典型功率信号的频谱 28

1.6 随机信号及其分析 34

1.6.1 概述 34

1.6.2 随机信号的主要特征参数 35

1.6.3 相关分析及其应用 38

1.6.4 功率谱分析及其应用 45

参考文献 50

第2章 传感技术基础 51

2.1 概述 51

2.2 传感器分类及其基本特性 51

2.2.1 传感器的分类 51

2.2.2 传感器的基本特性 52

2.3 机械式传感器 54

2.4 电阻式传感器 55

2.4.1 电位器式传感器 55

2.4.2 电阻应变式传感器 58

2.5 电感式传感器 68

2.5.1 可变磁阻式电感传感器 68

2.5.2 涡流式电感传感器 70

2.5.3 差动变压器式电感传感器 72

2.6 电容式传感器 74

2.6.1 工作原理 74

2.6.2 类型 74

2.6.3 电容式传感器的特点及等效电路 76

2.6.4 电容传感器测量电路 76

2.6.5 电容传感器的应用 79

2.7 压电式传感器 80

2.7.1 压电效应和逆压电效应 80

2.7.2 压电式传感器简介 80

2.7.3 压电式传感器的等效电路 80

2.7.4 压电晶片的并联和串联 81

2.7.5 压电式传感器的测量电路 81

2.7.6 压电式传感器的应用 83

2.8 磁电传感器 84

2.8.1 磁电感应式传感器 84

2.8.2 霍尔传感器 87

2.9 光电传感器 89

2.9.1 光电效应 89

2.9.2 光电器件及其特征 91

2.9.3 测量电路及应用 99

2.10 热电式传感器 100

2.10.1 热电阻 101

2.10.2 热敏电阻 102

2.10.3 热电偶 103

2.11 计数编码类传感器 106

2.11.1 感应同步器 107

2.11.2 光栅传感器 108

2.11.3 磁栅传感器 111

2.11.4 光电编码器 112

2.12 图像传感器 114

2.12.1 CCD芯片 114

2.12.2 CMOS芯片 116

2.12.3 图像传感器的应用 117

2.13 微型、智能及网络传感器 117

2.13.1 微型传感器 117

2.13.2 智能传感器 118

2.13.3 网络传感器 119

参考文献 121

第3章 信号处理基础 122

3.1 信号处理概述 122

3.2 模拟信号处理基础 122

3.2.1 模拟信号处理概述 122

3.2.2 信号放大 122

3.2.3 调制解调 123

3.2.4 滤波 128

3.3 数字信号处理基础 135

3.3.1 数字信号处理概述 135

3.3.2 数字信号处理的基本步骤 135

3.3.3 A/D、D/A转换器 136

3.3.4 采样定理 139

3.3.5 泄漏与加窗处理 142

3.3.6 离散傅里叶变换 147

3.3.7 栅栏效应 149

3.3.8 常见数字信号处理 150

参考文献 153

第4章 系统及系统特性分析基础 154

4.1 线性系统与常微分方程 154

4.1.1 系统分类和特点 154

4 1.2 定常线性系统 155

4.2 系统传递函数 156

4.2.1 传递函数的定义 156

4.2.2 环节的串联、并联和反馈 157

4.2.3 一些典型环节的传递函数 159

4.2.4 传递函数框图及其等价变换 160

4.3 系统频率响应函数 162

4.4 系统脉冲响应函数 165

4.5 一阶、二阶典型系统特性分析 166

4.5.1 一阶、二阶系统的动态特性 166

4.5.2 一阶、二阶系统对典型激励的响应 169

4.6 系统对任意输入的响应 173

4.7 系统不失真条件 174

4.8 系统负载效应 176

4.9 系统校正 178

4.10 系统的干扰源和抗干扰性设计 181

4.10.1 系统干扰源 181

4.10.2 供电系统干扰及其抗干扰 182

4.10.3 信道干扰及其抗干扰 182

4.10.4 接地设计 183

参考文献 184

第5章 计算机集成应用基础 185

5.1 概述 185

5.2 单片微控制器 185

5.2.1 单片微控制器的硬件结构 186

5.2.2 单片微控制器的指令系统 188

5.2.3 单片微控制器的特点及应用 189

5.3 数字信号处理器 190

5.3.1 DSP算法的特点及其硬件要求 190

5.3.2 DSP处理器的基本结构组成 191

5.3.3 DSP应用系统的优点及其应用 193

5.4 嵌入式微处理器 195

5.4.1 嵌入式系统的概念 195

5.4.2 嵌入式系统的组成结构 196

5.4.3 嵌入式系统的特点 200

5.5 可编程序控制器 201

5.5.1 PLC概述 201

5.5.2 PLC结构组成及工作原理 203

5.5.3 PLC指令及其程序设计 204

5.6 系统集成中的计算机接口技术 205

5.6.1 系统集成中接口技术的作用 205

5.6.2 系统集成中计算机接口 206

5.7 计算机通信原理与人机接口 209

5.7.1 计算机通信原理 209

5.7.2 人机接口 212

5.8 计算机网络结构与网络协议 212

5.8.1 计算机网络 212

5.8.2 网络结构与协议 214

5.9 计算机测控系统集成体系结构 215

5.9.1 计算机测控系统集成体系 215

5.9.2 管控一体化集成体系 219

5.10 现场总线技术 220

5.10.1 现场总线简介 220

5.10.2 现场总线的结构特点与优点 221

5.10.3 几种典型现场总线 222

参考文献 224

第6章 测控系统应用实例 225

6.1 物料自动分拣系统中的传感和系统集成 225

6.1.1 概述 225

6.1.2 系统结构 225

6.1.3 系统集成 229

6.2 智能焊接机器人焊缝跟踪测控系统 232

6.2.1 概述 232

6.2.2 智能焊接机器人的主要子系统及其功能 232

6.2.3 智能焊接机器人的计算机集成 234

6.2.4 基于视觉的焊缝跟踪测量与控制 235

6.2.5 基于视觉的焊缝跟踪软件流程 239

6.3 虚拟仪器技术及应用 239

6.3.1 概述 239

6.3.2 虚拟仪器技术与基本构成 240

6.3.3 虚拟仪器的应用 242

参考文献 247