傳感器調(diào)理電路設(shè)計(jì)理論及應(yīng)用

前言

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，信息的獲取、調(diào)理、傳輸已經(jīng)成為信息領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。作為信息技術(shù)的三大支柱之一，傳感與檢測(cè)技術(shù)已滲透到人類的科學(xué)研究、工程實(shí)踐和日常生活的各個(gè)方面，在促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的廣闊領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用。在不確定條件下，把各類傳感器原始信息轉(zhuǎn)換為檢測(cè)系統(tǒng)及后續(xù)控制系統(tǒng)、分析系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)的可用信息是傳感器調(diào)理電路的主要功能。傳感器調(diào)理電路的精度及穩(wěn)定性決定了使用該信息的各類系統(tǒng)的精度及穩(wěn)定性，它在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)服務(wù)等眾多領(lǐng)域中發(fā)揮了不可替代的重要作用。本書(shū)的主要內(nèi)容就是介紹在不確定條件下，設(shè)計(jì)具有高精度、高穩(wěn)定性的傳感器調(diào)理電路的理論基礎(chǔ)，包括常用基本電路原理分析、特性的論述及應(yīng)用等，該書(shū)對(duì)傳感器調(diào)理電路的設(shè)計(jì)有很大的指導(dǎo)和參考作用。本書(shū)是筆者在20多年來(lái)從事檢測(cè)技術(shù)與儀器專業(yè)教學(xué)及科研工作的基礎(chǔ)上撰寫(xiě)而成的，將電路設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)與電路實(shí)例分析相結(jié)合，內(nèi)容豐富，系統(tǒng)性強(qiáng)，表述深入淺出，理論聯(lián)系實(shí)際。全書(shū)內(nèi)容大致可分成3部分。第1部分為第1～7章，主要介紹傳感器調(diào)理電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論：各種不同特性的傳感器及其相匹配的放大電路，無(wú)失真地接收弱電信號(hào)并加以放大，然后將信號(hào)進(jìn)行不同需求處理；同時(shí)，也介紹了具有檢測(cè)儀器電路特色的儀表非線性特性的線性化、檢測(cè)微弱信號(hào)的特性法、調(diào)理電路的抗干擾技術(shù)。第2部分為第8～9章，主要介紹傳感器調(diào)理電路的可靠性設(shè)計(jì)與仿真，突出航空航天產(chǎn)品高可靠性設(shè)計(jì)的特色。在進(jìn)行電路原理設(shè)計(jì)的同時(shí)，必須進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)及可靠性預(yù)計(jì)工作，對(duì)所設(shè)計(jì)的電路必須進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，這會(huì)使電路研制的成功率大大提高。第3部分為第10章，是傳感器調(diào)理電路的實(shí)例分析，同時(shí)也突出了航空航天產(chǎn)品及醫(yī)療儀器設(shè)計(jì)的特殊需求。實(shí)例均是作者多年科研工作的研究成果，均在第1部分理論的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)與研制成功，并已在工程中應(yīng)用。將理論基礎(chǔ)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，會(huì)使讀者較容易消化、接受該學(xué)科的知識(shí)。

內(nèi)容概要

　　傳感器調(diào)理電路是現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)?！秱鞲衅髡{(diào)理電路設(shè)計(jì)理論及應(yīng)用》全面闡述了各種類型的傳感器輸出弱信號(hào)的放大、處理、傳輸及抗干擾技術(shù)，在闡述中突出了設(shè)計(jì)電路的基本理論、基本方法，還特別突出了工程實(shí)際應(yīng)用。書(shū)中還介紹了調(diào)理電路可靠性設(shè)計(jì)與仿真，突出了航空航天產(chǎn)品的高可靠性設(shè)計(jì)特色；同時(shí)，還介紹了調(diào)理電路多個(gè)實(shí)例，均是作者多年科研工作的成果，具有很強(qiáng)的實(shí)用和參考價(jià)值?！　　秱鞲衅髡{(diào)理電路設(shè)計(jì)理論及應(yīng)用》內(nèi)容具有先進(jìn)性、實(shí)用性、完整性和易讀性?！　　秱鞲衅髡{(diào)理電路設(shè)計(jì)理論及應(yīng)用》是檢測(cè)技術(shù)與儀器、儀器科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生的教材，也可作為電氣工程與自動(dòng)化、電子信息、檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置、機(jī)械電子工程等專業(yè)本科生的教材，同時(shí)也是相關(guān)專業(yè)尤其是國(guó)防工業(yè)的科研人員、工程技術(shù)人員的一本極有價(jià)值的參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

第1章 概論1.1 檢測(cè)技術(shù)1.1.1 檢測(cè)技術(shù)的定義1.1.2 檢測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)1.2 傳感器調(diào)理電路1.3 傳感器調(diào)理電路設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)1.3.1 信號(hào)放大電路1.3.2 信號(hào)處理電路1.3.3 調(diào)制與解調(diào)電路1.3.4 檢測(cè)儀表非線性特性的線性化1.3.5 檢測(cè)微弱信號(hào)的方法1.3.6 抗干擾技術(shù)1.3.7 可靠性設(shè)計(jì)和預(yù)計(jì)1.3.8 調(diào)理電路仿真1.4 檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向習(xí)題與思考題第2章 信號(hào)放大電路2.1 小信號(hào)放大器的設(shè)計(jì)2.1.1 小信號(hào)交流放大器的設(shè)計(jì)2.1.2 線性集成運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)2.1.3 實(shí)用參考電路2.2 數(shù)據(jù)放大器的設(shè)計(jì)2.2.1 數(shù)據(jù)放大器的靜態(tài)特性指標(biāo)2.2.2 數(shù)據(jù)放大器的動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)2.2.3 集成運(yùn)放對(duì)稱組裝式數(shù)據(jù)放大器2.2.4 動(dòng)態(tài)校零數(shù)據(jù)放大器2.2.5 實(shí)用參考電路2.3 低漂移直流放大器的設(shè)計(jì)2.3.1 單管直流放大器溫度漂移的計(jì)算2.3.2 差動(dòng)放大器溫度漂移的計(jì)算2.3.3 雙通道放大器電路2.3.4 低漂移直流放大器制作工藝2.3.5 實(shí)用參考電路2.4 高輸入阻抗放大器的設(shè)計(jì)2.4.1 自舉反饋型高輸入阻抗放大器2.4.2 高輸入阻抗放大器的計(jì)算2.4.3 高輸人阻抗放大器的信號(hào)保護(hù)2.4.4 高輸入阻抗放大器的制作裝配工藝2.4.5 實(shí)用參考電路2.5 電荷放大器的設(shè)計(jì)2.5.1 電荷放大器原理2.5.2 電荷放大器特性2.5.3 電荷放大器單元電路分析2.5.4 電荷放大器的設(shè)計(jì)方法2.6 光電轉(zhuǎn)換放大電路2.6.1 真空光電管測(cè)量電路2.6.2 光電倍增管測(cè)量電路2.6.3 導(dǎo)體光電檢測(cè)器件光電轉(zhuǎn)換放大電路2.7 低噪聲放大器設(shè)計(jì)2.7.1 噪聲的基本知識(shí)2.7.2 噪聲電路的計(jì)算2.7.3 信噪比與噪聲系數(shù)2.7.4 前置放大器的噪聲模型2.7.5 一些常用電路的等效輸入噪聲2.7.6 低噪聲電路設(shè)計(jì)原則習(xí)題與思考題第3章 信號(hào)處理電路3.1 有源濾波器的設(shè)計(jì)3.1.1 有源濾波器的分類和基本參數(shù)3.1.2 組成有源濾波器的基本方法3.1.3 有源濾波器的設(shè)計(jì)步驟3.1.4 集成有源濾波器3.2 常用特征值檢測(cè)電路3.2.1 絕對(duì)值檢測(cè)電路3.2.2 峰值檢測(cè)電路3.2.3 真有效值檢測(cè)電路3.3 采樣／保持電路3.3.1 電路原理3.3.2 模擬開(kāi)關(guān)3.3.3 采樣／保持實(shí)用電路3.4 常用的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路3.4.1 電壓比較電路3.4.2 電壓／頻率轉(zhuǎn)換電路3.4.3 電壓／電流轉(zhuǎn)換電路習(xí)題與思考題第4章 調(diào)制與解調(diào)電路4.1 振幅調(diào)制與解調(diào)電路4.1.1 調(diào)幅原理與方法4.1.2 調(diào)幅波的解調(diào)4.2 頻率調(diào)制與解調(diào)電路4.2.1 調(diào)頻原理與方法4.2.2 調(diào)頻波的解調(diào)4.3 相位調(diào)制與解調(diào)電路4.3.1 調(diào)相原理與方法4.3.2 調(diào)相波的解調(diào)4.4 脈沖調(diào)制式測(cè)量電路4.4.1 脈沖調(diào)制原理與方法4.4.2 脈沖調(diào)制信號(hào)的解調(diào)習(xí)題與思考題第5章 儀表非線性特性的線性化5.1 儀表組成環(huán)節(jié)的非線性5.1.1 指數(shù)曲線型非線性特性5.1.2 有理代數(shù)函數(shù)型非線性特性5.2 經(jīng)典非線性特性的補(bǔ)償方法5.2.1 開(kāi)環(huán)式非線性補(bǔ)償法5.2.2 閉環(huán)式非線性補(bǔ)償法5.2.3 最佳參數(shù)選擇法5.2.4 差動(dòng)補(bǔ)償法5.2.5 數(shù)字控制分段校正法5.3 線性化電路的設(shè)計(jì)5.4 智能傳感器中非線性特性的補(bǔ)償方法5.4.1 查表法5.4.2 最小二乘曲線擬合法5.4.3 函數(shù)鏈神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法習(xí)題與思考題第6章 檢測(cè)微弱信號(hào)的一般方法6.1 微弱信號(hào)檢測(cè)的基本概念6.1.1 微弱信號(hào)檢測(cè)概述6.1.2 微弱信號(hào)檢測(cè)的基本方法6.1.3 微弱信號(hào)檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)6.2 常用的微弱信號(hào)檢測(cè)方法6.2.1 窄帶濾波法6.2.2 鎖定放大法6.2.3 取樣積分法6.2.4 相關(guān)分析法6.3 弱離散信號(hào)的檢測(cè)6.3.1 離散信號(hào)檢測(cè)的特點(diǎn)6.3.2 光子計(jì)數(shù)器的基本原理6.3.3 光子計(jì)數(shù)器應(yīng)用舉例6.4 微弱并行檢測(cè)技術(shù)6.4.1 微弱并行檢測(cè)技術(shù)概述6.4.2 光學(xué)多道分析儀的原理6.4.3 光學(xué)多道分析儀應(yīng)用舉例習(xí)題與思考題第7章 抗干擾技術(shù)7.1 干擾的來(lái)源7.1.1 外部干擾7.1.2 內(nèi)部干擾7.2 干擾的傳輸途徑7.2.1 電場(chǎng)耦合7.2.2 磁場(chǎng)耦合(互感性耦合)……第8章 傳感器調(diào)理電路的可靠性設(shè)計(jì)第9章 傳感器調(diào)理電路的仿真第10章 傳感器調(diào)理電實(shí)例分析參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展為檢測(cè)技術(shù)創(chuàng)造了非常好的條件，同時(shí)也向檢測(cè)技術(shù)提出了更高、更新的要求，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)的巨大進(jìn)步，使檢測(cè)技術(shù)得到了空前的發(fā)展。檢測(cè)技術(shù)發(fā)展方向大致有以下幾個(gè)方面。（1）測(cè)試精度更高、功能更強(qiáng)精度是檢測(cè)技術(shù)的永恒主題。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各個(gè)領(lǐng)域?qū)y(cè)試的精度要求越來(lái)越高。例如，在尺寸測(cè)量范疇內(nèi)，從絕對(duì)量來(lái)講已提出了納米與亞納米的要求。納米測(cè)量已經(jīng)不僅是單一方向的測(cè)量，而且還要求實(shí)現(xiàn)空間坐標(biāo)測(cè)量。在時(shí)間測(cè)量上，相對(duì)精度為10；國(guó)際上現(xiàn)在又開(kāi)始了建立光鐘時(shí)間基準(zhǔn)的研究，相對(duì)精度為10，即3000億年不差1s。在科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與社會(huì)發(fā)展過(guò)程中，會(huì)不斷出現(xiàn)新領(lǐng)域、新事物，需要人們?nèi)フJ(rèn)識(shí)、探索和開(kāi)拓，例如開(kāi)拓外層空間，探索微觀世界，了解人類自身的奧秘等。為此，需要測(cè)試的領(lǐng)域越來(lái)越多，環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，所有這一切都要求檢測(cè)具有更強(qiáng)的功能。（2）檢測(cè)方法的推進(jìn)隨著檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的要求不再滿足于單一參數(shù)的測(cè)量，而是希望對(duì)系統(tǒng)中的多個(gè)參數(shù)進(jìn)行融合測(cè)量，即采用多傳感器融合技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)中的多個(gè)參數(shù)進(jìn)行單次測(cè)量，然后通過(guò)一定算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分別得到各個(gè)參數(shù)。多傳感器信息融合技術(shù)因其立體化的多參數(shù)測(cè)量性能而廣泛應(yīng)用在軍事、地質(zhì)科學(xué)、機(jī)器人、智能交通、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。（3）檢測(cè)儀器與計(jì)算機(jī)技術(shù)集成計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，以及與檢測(cè)技術(shù)深層次的結(jié)合，導(dǎo)致了新一代儀器儀表和檢測(cè)系統(tǒng)，即虛擬儀器、現(xiàn)場(chǎng)總線儀表和智能檢測(cè)系統(tǒng)的出現(xiàn)?，F(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為信息處理核心，加上各種檢測(cè)裝置和輔助應(yīng)用設(shè)備、并／串通信接口以及相應(yīng)的智能化軟件，組成用于檢測(cè)、計(jì)量、探測(cè)和用于閉環(huán)控制的檢測(cè)環(huán)節(jié)等的專門(mén)設(shè)備。其主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。①硬件功能軟件化。微電子技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了微處理器的運(yùn)行速度越來(lái)越快，價(jià)格也越來(lái)越低。基于微處理器的儀器儀表的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，使得一些實(shí)時(shí)性要求高，原本由硬件完成的功能，甚至于硬件無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能，可用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展和高速數(shù)字信號(hào)處理器的廣泛采用，極大地增強(qiáng)了儀器的信號(hào)處理能力。數(shù)字濾波、FFT、相關(guān)計(jì)數(shù)等數(shù)字處理方法，可以通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器用軟件來(lái)完成，大大地提高了儀器的性能，從而推動(dòng)了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在儀器儀表領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用。

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