儀器設計技術基礎(第2版)（簡體書）

本書以儀器系統設計綜合能力的形成為目標，介紹掌握運用理論基礎知識解決儀器系統設計專業技術問題的具體方法。全書共分為6章：第1章為儀器設計技術概論；第2章為傳感器設計技術；第3章為儀器功能電路設計；第4章為儀器系統集成方法；第5章為儀器精度設計；第6章為儀器可靠性設計。 本書可作為儀器、計量、測量、測控、信息、自動化、機電一體化等專業的高校本科生教材，也可供相關專業技術領域的研究生和工程技術人員參考。

陳非凡，1967年生于湖南醴陵，1996年畢業于哈爾濱工業大學獲精密儀器及其機械專業工學博士學位。1998年博士后出站受聘于清華大學，現任清華大學精密儀器系教授、博士生導師。多年來一直從事分布式測控技術與智能儀器系統設計方面的科研和教學工作，承擔或參加過多項國家重大項目研究，包括我國第一臺多波束條帶測深儀、我國第一顆納衛星、高精度慣性導航儀、高精度光電準直儀、飽和潛水員生命體征分布式遠程監測儀等智能儀器及其相關的分布式測控技術研究項目，曾獲國家技術發明獎、北京市科學技術進步獎、江西省科學技術進步獎等省部級以上科研獎勵多項，國家發明專利多項。編著或參編已出版教材4部，發表學術論文80余篇。

根據作者在清華大學講授“儀器設計技術基礎”課程10余年的課堂教學經驗重新撰寫而成,偏重于理論基礎知識運用方法的教學、技術開發能力的挖掘和儀器綜合設計能力的逐漸形成和培養。

第1章儀器設計技術概論

1.1儀器及測量基本概念

思考題

1.2儀器儀表技術

思考題

1.3儀器設計過程

思考題

1.4傳感器與執行器的性能評價

1.4.1傳感器的靜態特性指標及評價方法

1.4.2傳感器的動態特性指標及評價方法

1.4.3執行器的主要技術特性指標及評價方法

1.4.4關于儀器與傳感器的同名測量性能指標

思考題

第2章傳感器設計技術

2.1熱效應及溫度傳感器設計

2.1.1熱電阻效應溫度傳感器設計

2.1.2熱電偶效應溫度傳感器設計

2.1.3熱輻射效應溫度傳感器設計

思考題

2.2光電效應及光電傳感器設計

2.2.1外光電效應敏感器技術

2.2.2內光電效應敏感器技術

2.2.3結構型光電傳感器設計

2.2.4光纖傳感器設計

思考題

2.3磁效應及磁電傳感器設計

2.3.1磁光效應傳感器設計

2.3.2磁導效應傳感器設計

2.3.3霍爾效應傳感器設計

2.3.4磁電感應效應傳感器設計

2.3.5電磁互感效應傳感器設計

2.3.6渦流效應傳感器設計

2.3.7壓磁效應傳感器設計

思考題

2.4機電效應及機電傳感器設計

2.4.1壓電效應及電荷傳感器設計

2.4.2電阻傳感器設計

2.4.3電容傳感器設計

2.4.4電感傳感器設計

思考題

2.5表征測量傳感器設計

2.5.1機械諧振效應傳感器設計

2.5.2聲波測量傳感器設計

2.5.3射線測量傳感器設計

2.5.4隧道效應傳感器設計

2.5.5原子力效應傳感器設計

思考題

第3章儀器功能電路設計

3.1信號放大電路設計

3.1.1理想運放與實際運放電路設計

3.1.2單片儀器放大電路設計

3.1.3隔離放大電路設計

3.1.4可控增益信號放大電路設計

思考題

3.2信號濾波電路設計

3.2.1濾波電路分類及其特性

3.2.2普通濾波電路設計

3.2.3開關電容濾波電路設計

思考題

3.3調制解調電路設計

3.3.1幅度調制測量信號的解調電路設計

3.3.2相位調制測量信號的解調電路設計

3.3.3頻率調制測量信號的解調電路設計

思考題

3.4模數轉換電路設計

3.4.1模數轉換方法及相關概念

3.4.2D/A轉換原理

3.4.3逐次逼近式A/D轉換器

3.4.4雙積分式A/D轉換器

3.4.5ΔΣ型A/D轉換器

思考題

3.5單片機及其功能擴展電路設計

3.5.1單片機相關概念

3.5.2單片機並行功能擴展電路設計

3.5.3單片機同步串行功能擴展電路設計

3.5.4單片機異步串行功能擴展電路設計

3.5.5單片機I/O端口功能電路設計

3.5.6信號隔離傳輸接口電路設計

3.5.7大功率高壓交流負載高速控制接口電路設計

3.5.8直流電機驅動接口電路設計

思考題

3.6儀器控制面板電路設計

3.6.1儀器鍵盤輸入電路設計

3.6.2儀器信息顯示電路設計

3.6.3FPGA和CPLD可編程邏輯電路簡介

思考題

第4章儀器系統集成方法

4.1集總式儀器系統集成方法

思考題

4.2儀器系統數據交互方法

4.2.1CRC校驗碼技術

4.2.2USB總線接口電路設計

4.2.3CAN總線接口電路設計

4.2.4以太網接口電路設計

4.2.5無線連接接口電路設計

思考題

4.3分布式測控系統設計方法

4.3.1分布式測控儀器系統集成方法的演變過程

4.3.2分布式測控網絡模型

4.3.3信號分布式測控系統

思考題

4.4信息分布式測控儀器系統

4.4.1信息管道技術

4.4.2信息管道器件

4.4.3IPT測控節點電路設計

4.4.4信息管道構建方法及DMCS信息集成

思考題

第5章儀器精度設計

5.1測量誤差的基本性質

5.1.1儀器測量結果及有效數字

5.1.2隨機誤差特性

5.1.3系統誤差特性

5.1.4粗大誤差特性及剔除方法

5.1.5測量結果的本質含義

思考題

5.2精度表征及其標定方法

5.2.1測量誤差的傳遞與合成方法

5.2.2儀器精度的測量誤差表征方法

5.2.3儀器精度的測量不確定度表征方法

5.2.4精度標定和校準方法

思考題

5.3測量數據最優估計及其曲線擬合

5.3.1最小二乘法最優估計原理

5.3.2線性回歸分析及最優直線擬合方法

5.3.3非線性回歸分析與最優曲線擬合方法

思考題

5.4測量誤差分配與系統精度設計

5.4.1等作用設計原則

5.4.2等精度設計原則

5.4.3最經濟設計原則

5.4.4成熟前端優先設計原則

思考題

第6章儀器可靠性設計

6.1可靠性特征參數及技術指標

6.1.1可靠性概率特征指標

6.1.2可靠性壽命特征指標

6.1.3產品壽命的典型分布規律

思考題

6.2系統可靠性模型及其可靠度預測

6.2.1可靠性系統模型

6.2.2串聯系統及其可靠度預測方法

6.2.3並聯系統及其可靠度預測方法

6.2.4r/n表決系統及其可靠度預測方法

6.2.5非工作儲備系統及其可靠度預測方法

6.2.6復雜系統及其可靠度預測方法

思考題

6.3系統可靠度分配及其可靠性設計

6.3.1平均分配設計原則

6.3.2失效率相對比分配設計原則

6.3.3AGREE分配設計原則

6.3.4最小花費設計原則

思考題

6.4儀器系統可靠性保障方法

6.4.1硬件電路可靠性保障方法

6.4.2軟件可靠性保障方法

6.4.3抗電磁干擾可靠性保障方法

思考題