传感器系统 基础及应用

本书包括传感器相关的数学、物理、电路等基础理论，介绍了相关的性能指标、性能选择以及集成到工程系统所需的软硬件，讲述了优选的传感器技术、分析建模、实际应用和设计研究实例。全书共12章，前面7章是传感器的基础知识，第8~11章分别讨论了不同种类传感器的结构及实际应用，第12章涉及优选的传感器技术。本书可以作为高等学校测控技术与仪器、自动化、机电一体化、电气工程等专业高年级本科生和研究生教材，也可供相关科研和工程技术人员学习参考。

 

出版者的话
译者序
前言
作者简介
第1章工程中的传感器系统1
1.1传感器和传感器系统的作用1
1.1.1传感过程中估计的重要性2
1.1.2创新的传感器技术3
1.2应用场景3
1.3人体感官系统5
1.4机电一体化工程5
1.4.1机电一体化的方法6
1.4.2机电一体化仪器的瓶颈6
1.5控制系统的架构7
1.5.1反馈和前馈控制8
1.5.2数字控制10
1.5.3可编程逻辑控制器11
1.5.4分布式控制12
1.6仪表化过程14
1.6.1仪表化步骤15
1.6.2应用实例15
1.7本书的组织结构21
关键术语22
思考题24
第2章组件互连27
2.1引言27
2.1.1组件互连概述27
2.1.2本章内容28
2.2阻抗28
2.2.1阻抗的定义28
2.2.2在组件互连中阻抗匹配的重要性28
2.3阻抗匹配的方法29
2.3.1优选功率传输29
2.3.2效率优选的功率传输31
2.3.3信号传输中的反射预防31
2.3.4负载效应的降低32
2.3.5机械系统中的阻抗匹配34
关键术语42
思考题42
第3章放大器和滤波器45
3.1信号修整与调理45
3.1.1信号调理45
3.1.2本章内容45
3.2放大器46
3.2.1运算放大器46
3.2.2放大器的性能等级48
3.2.3电压、电流和功率放大器51
3.2.4仪表放大器53
3.2.5噪声和接地回路55
3.3模拟滤波器57
3.3.1无源滤波器和有源滤波器58
3.3.2低通滤波器59
3.3.3高通滤波器64
3.3.4带通滤波器65
3.3.5带阻滤波器68
3.3.6数字滤波器69
关键术语70
思考题71
第4章信号转换方法74
4.1信号修整与转换74
4.1.1信号转换74
4.1.2本章内容75
4.2调制器和解调器75
4.2.1幅度调制76
4.2.2幅度调制的应用78
4.2.3解调80
4.3数据采集硬件82
4.3.1数模转换器85
4.3.2模数转换器89
4.3.3采样保持硬件93
4.3.4多路复用器94
4.4电桥96
4.4.1惠斯登电桥96
4.4.2恒流电桥98
4.4.3电桥输出的硬件线性化99
4.4.4半桥电路100
4.4.5阻抗电桥101
4.5装置的线性化102
4.5.1非线性的性质102
4.5.2模拟线性化硬件104
4.6其他信号转换硬件107
4.6.1移相器108
4.6.2电压频率转换器109
4.6.3频率电压转换器111
4.6.4电压电流转换器111
4.6.5峰值保持电路112
关键术语113
思考题114
第5章性能指标和参数120
5.1性能指标120
5.1.1性能指标的参数120
5.1.2动态参考模型122
5.2时域指标124
5.3频域指标127
5.3.1增益裕度和相位裕度128
5.3.2频域内简单的振荡器模型129
5.4线性度129
5.5仪表额定值133
5.5.1额定参数133
5.5.2灵敏度134
关键术语141
思考题143
第6章带宽、采样和误差传递146
6.1引言146
6.2带宽分析146
6.2.1带宽147
6.2.2静态增益150
6.3由信号采样而产生的混叠失真151
6.3.1采样定理151
6.3.2混叠的简要说明152
6.3.3抗混叠滤波器152
6.3.4控制系统的带宽设计155
6.4仪器误差的注意事项157
6.5误差传递与合成159
6.5.1灵敏度在误差合成中的应用159
6.5.2绝对误差160
6.5.3方和根误差160
6.5.4来自单项误差的同等贡献160
关键术语164
思考题166
第7章测量结果的估计171
7.1传感与估计171
7.2最小二乘估计172
7.2.1最小二乘点估计172
7.2.2数据和估计的随机性173
7.2.3最小二乘线估计176
7.2.4估计的质量177
7.3MLE179
7.3.1MLE的分析依据179
7.3.2通过贝叶斯定理证明MLE180
7.3.3MLE与正态分布181
7.3.4递归优选似然估计182
7.3.5离散MLE的示例183
7.4标量静态卡尔曼滤波器184
7.4.1标量静态卡尔曼滤波器的概念184
7.4.2贝叶斯公式的使用185
7.4.3标量静态卡尔曼滤波器算法186
7.5线性多变量动态卡尔曼滤波器190
7.5.1状态空间模型191
7.5.2系统响应192
7.5.3可控性与可观测性192
7.5.4离散时间状态空间模型193
7.5.5线性卡尔曼滤波器算法194
7.6扩展卡尔曼滤波器196
7.7无迹卡尔曼滤波器199
7.7.1无迹变换200
7.7.2无迹卡尔曼滤波器算法202
关键术语206
思考题209
第8章模拟运动传感器215
8.1传感器和换能器215
8.1.1相关术语216
8.1.2传感器的类型与选型217
8.2传感器的机电应用219
8.3电位计220
8.3.1旋转电位计221
8.3.2性能方面的考量223
8.3.3光学电位计225
8.4可变电感传感器227
8.4.1电感、电抗和磁阻228
……