仪器设计技术基础（第2版）

　　本书以仪器系统设计综合能力的形成为目标，介绍掌握运用理论基础知识解决仪器系统设计专业技术问题的具体方法。全书共分为6章：第1章为仪器设计技术概论；第2章为传感器设计技术；第3章为仪器功能电路设计；第4章为仪器系统集成方法；第5章为仪器精度设计；第6章为仪器可靠性设计。 本书可作为仪器、计量、测量、测控、信息、自动化、机电一体化等专业的高校本科生教材，也可供相关专业技术领域的研究生和工程技术人员参考。

　　陈非凡，1967年生于湖南醴陵，1996年毕业于哈尔滨工业大学获精密仪器及其机械专业工学博士学位。1998年博士后出站受聘于清华大学，现任清华大学精密仪器系教授、博士生导师。多年来一直从事分布式测控技术与智能仪器系统设计方面的科研和教学工作，承担或参加过多项国家重大项目研究，包括我国d一台多波束条带测深仪、我国d一颗纳卫星、高精度惯性导航仪、高精度光电准直仪、饱和潜水员生命体征分布式远程监测仪等智能仪器及其相关的分布式测控技术研究项目，曾获国家技术发明奖、北京市科学技术进步奖、江西省科学技术进步奖等省部级以上科研奖励多项，国家发明专利多项。编著或参编已出版教材4部，发表学术论文80余篇。

第1章仪器设计技术概论

1.1仪器及测量基本概念

思考题

1.2仪器仪表技术

思考题

1.3仪器设计过程

思考题

1.4传感器与执行器的性能评价

1.4.1传感器的静态特性指标及评价方法

1.4.2传感器的动态特性指标及评价方法

1.4.3执行器的主要技术特性指标及评价方法

1.4.4关于仪器与传感器的同名测量性能指标

思考题

第2章传感器设计技术

2.1热效应及温度传感器设计

2.1.1热电阻效应温度传感器设计

2.1.2热电偶效应温度传感器设计

2.1.3热辐射效应温度传感器设计

思考题

2.2光电效应及光电传感器设计

2.2.1外光电效应敏感器技术

2.2.2内光电效应敏感器技术

2.2.3结构型光电传感器设计

2.2.4光纤传感器设计

思考题

2.3磁效应及磁电传感器设计

2.3.1磁光效应传感器设计

2.3.2磁导效应传感器设计

2.3.3霍尔效应传感器设计

2.3.4磁电感应效应传感器设计

2.3.5电磁互感效应传感器设计

2.3.6涡流效应传感器设计

2.3.7压磁效应传感器设计

思考题

2.4机电效应及机电传感器设计

2.4.1压电效应及电荷传感器设计

2.4.2电阻传感器设计

2.4.3电容传感器设计

2.4.4电感传感器设计

思考题




2.5表征测量传感器设计

2.5.1机械谐振效应传感器设计

2.5.2声波测量传感器设计

2.5.3射线测量传感器设计

2.5.4隧道效应传感器设计

2.5.5原子力效应传感器设计

思考题

第3章仪器功能电路设计

3.1信号放大电路设计

3.1.1理想运放与实际运放电路设计

3.1.2单片仪器放大电路设计

3.1.3隔离放大电路设计

3.1.4可控增益信号放大电路设计

思考题

3.2信号滤波电路设计

3.2.1滤波电路分类及其特性

3.2.2普通滤波电路设计

3.2.3开关电容滤波电路设计

思考题

3.3调制解调电路设计

3.3.1幅度调制测量信号的解调电路设计

3.3.2相位调制测量信号的解调电路设计

3.3.3频率调制测量信号的解调电路设计

思考题

3.4模数转换电路设计

3.4.1模数转换方法及相关概念

3.4.2D/A转换原理

3.4.3逐次逼近式A/D转换器

3.4.4双积分式A/D转换器

3.4.5ΔΣ型A/D转换器

思考题

3.5单片机及其功能扩展电路设计

3.5.1单片机相关概念

3.5.2单片机并行功能扩展电路设计

3.5.3单片机同步串行功能扩展电路设计

3.5.4单片机异步串行功能扩展电路设计

3.5.5单片机I/O端口功能电路设计

3.5.6信号隔离传输接口电路设计

3.5.7大功率高压交流负载高速控制接口电路设计

3.5.8直流电机驱动接口电路设计

思考题

3.6仪器控制面板电路设计

3.6.1仪器键盘输入电路设计

3.6.2仪器信息显示电路设计

3.6.3FPGA和CPLD可编程逻辑电路简介

思考题

第4章仪器系统集成方法

4.1集总式仪器系统集成方法

思考题

4.2仪器系统数据交互方法

4.2.1CRC校验码技术

4.2.2USB总线接口电路设计

4.2.3CAN总线接口电路设计

4.2.4以太网接口电路设计

4.2.5无线连接接口电路设计

思考题

4.3分布式测控系统设计方法

4.3.1分布式测控仪器系统集成方法的演变过程

4.3.2分布式测控网络模型

4.3.3信号分布式测控系统

思考题

4.4信息分布式测控仪器系统

4.4.1信息管道技术

4.4.2信息管道器件

4.4.3IPT测控节点电路设计

4.4.4信息管道构建方法及DMCS信息集成

思考题

第5章仪器精度设计

5.1测量误差的基本性质

5.1.1仪器测量结果及有效数字

5.1.2随机误差特性

5.1.3系统误差特性

5.1.4粗大误差特性及剔除方法

5.1.5测量结果的本质含义

思考题

5.2精度表征及其标定方法

5.2.1测量误差的传递与合成方法

5.2.2仪器精度的测量误差表征方法

5.2.3仪器精度的测量不确定度表征方法

5.2.4精度标定和校准方法

思考题

5.3测量数据最优估计及其曲线拟合

5.3.1最小二乘法最优估计原理

5.3.2线性回归分析及最优直线拟合方法

5.3.3非线性回归分析与最优曲线拟合方法

思考题

5.4测量误差分配与系统精度设计

5.4.1等作用设计原则

5.4.2等精度设计原则

5.4.3最经济设计原则

5.4.4成熟前端优先设计原则

思考题

第6章仪器可靠性设计

6.1可靠性特征参数及技术指标

6.1.1可靠性概率特征指标

6.1.2可靠性寿命特征指标

6.1.3产品寿命的典型分布规律

思考题

6.2系统可靠性模型及其可靠度预测

6.2.1可靠性系统模型

6.2.2串联系统及其可靠度预测方法

6.2.3并联系统及其可靠度预测方法

6.2.4r/n表决系统及其可靠度预测方法

6.2.5非工作储备系统及其可靠度预测方法

6.2.6复杂系统及其可靠度预测方法

思考题

6.3系统可靠度分配及其可靠性设计

6.3.1平均分配设计原则

6.3.2失效率相对比分配设计原则

6.3.3AGREE分配设计原则

6.3.4最小花费设计原则

思考题

6.4仪器系统可靠性保障方法

6.4.1硬件电路可靠性保障方法

6.4.2软件可靠性保障方法

6.4.3抗电磁干扰可靠性保障方法

思考题