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目录 1

1 导论 1

1.1 信号的形式 1

1.1.1 连续时间信号 3

1.1.2 离散时间信号 4

1.1.3 准数字信号 5

1.2 系统的性质与分类 10

1.2.1 即时系统与动力学系统 11

1.2.2 线性系统与非线性系统 12

1.2.3 定常系统与非定常系统 13

1.2.4 因果系统与非因果系统 15

1.2.5 单输入输出系统与多输入输出系统 16

1.3 线性定常系统 17

1.3.1 单位冲激信号 17

1.3.2 信号通过线性定常系统 19

1.4 系统模型的建立 21

1.4.1 系统建模的基本概念 21

1.4.2 用分析法建立物理模型 22

1.4.3 实验法与系统辨识 24

1.4.4 相似系统与机电等效 25

1.5.1 测控系统的基本概念 27

1.5 测控系统专业知识的学习与应用 27

1.5.2 文献资料的获取与利用 31

1.5.3 研究过程的记录及文章发表 33

习题 34

2 系统的数学模型 37

2.1 系统的时域模型 37

2.1.1 线性常系数微分方程 37

2.1.2 线性常系数差分方程 42

2.2 系统的频域模型 44

2.2.1 线性定常连续时间系统的传递函数 44

2.2.2 线性定常离散时间系统的传递函数 46

2.2.3 拉普拉斯变换与z变换 53

2.3 系统分析中的图解描述方式 55

2.3.1 系统的互联 55

2.3.2 系统的方框图 56

2.4 系统的状态空间模型 61

2.4.1 基本概念 61

2.4.2 状态空间表达式的概念 64

2.4.3 状态空间表达式的建立 66

2.4.4 状态空间表达式与系统的传递矩阵 74

习题 77

3.1.1 传感器的定义 79

3 传感器与测试系统 79

3.1 传感器的基本概念 79

3.1.2 传感器与测控系统 82

3.1.3 传感器的分类 84

3.1.4 传感器的基本特性 86

3.2 传感器的标定与数据处理 93

3.2.1 每个标定点上只有一个测量值的情况 94

3.2.2 每个标定点上有多个测量值的情况 97

3.3 测试系统的模块化设计 98

3.3.1 模块化理论与模块化设计思想 99

3.3.2 测试系统的模块化设计 100

3.4 电阻抗式传感器的检测电路 101

3.4.1 电阻式传感器的检测电路 102

3.4.2 变电抗式传感器的检测电路 106

3.4.3 电容式传感器的检测电路 111

习题 117

4 信号调理 120

4.1 信号调理的基本概念与分类 120

4.2 电平调整 121

4.2.1 无源电平调整电路 122

4.2.2 有源电平调整电路 122

4.2.3 运算放大器的技术指标及基本电路形式 123

4.2.4 有源电平调整电路实例分析 129

4.3 线性化 135

4.3.1 无源线性化电路 136

4.3.2 有源线性化电路 138

4.4 信号变换 144

4.4.1 电压-电流变换 145

4.4.2 电流-电压变换 148

4.4.3 模拟-数字转换器与数字-模拟转换器 151

4.4.4 电压-频率转换与频率-电压转换 159

4.5.1 滤波器的基本概念 162

4.5 滤波及阻抗匹配 162

4.5.2 模拟滤波器的特性分析与设计 164

习题 169

5 图像处理技术 171

5.1 数字图像处理概述 171

5.1.1 模拟图像与数字图像 171

5.1.2 图像处理的定义及研究内容 173

5.2 图像的描述和数字化 174

5.2.1 二维图像的数学模型 174

5.2.2 图像的数字化 176

5.3.1 连续傅里叶变换与离散傅里叶变换 179

5.3 图像处理中的正交变换 179

5.3.2 图像处理中的离散傅里叶变换 180

5.4 数字图像处理的基本技术 184

5.4.1 图像采集 184

5.4.2 图像增强 186

5.4.3 图像滤波 194

5.4.4 图像锐化 198

5.4.5 图像分割 200

5.5 图像检测方法应用实例 204

5.5.1 测量方法 204

5.5.3 图像的采集与处理 206

5.5.2 测量装置 206

习题 208

6 微弱信号检测技术 209

6.1 信号与噪声 209

6.1.1 干扰与噪声 209

6.1.2 噪声的度量 210

6.1.3 几种常见的电子噪声 214

6.2 同步相干检测 216

6.2.1 功率谱与相关函数 216

6.2.2 窄带滤波与同步累计 218

6.2.3 相关检测 221

6.2.4 锁定放大器 225

6.3 取样积分 230

6.3.1 实时采样与变换采样 231

6.3.2 单点取样积分器 232

6.3.3 多点信号平均器 242

习题 246

7 数字控制系统 247

7.1 过程控制方法 247

7.1.1 过程变量开关式控制方法 248

7.1.2 简单常规控制方法 249

7.1.3 复杂控制方法 252

7.1.4 直接数字控制 257

7.2 数字PID的分析与设计 262

7.2.1 数字PID控制算法 264

7.2.2 PID控制算法的改进 266

7.2.3 数字PID控制器的工程实现 271

7.3 模糊控制基础 277

7.3.1 模糊集合与模糊关系 278

7.3.2 模糊推理 285

7.3.3 模糊控制器 289

习题 295

8.1.1 模拟量输入通道 299

8 计算机测控系统 299

8.1 计算机测控系统的输入与输出通道 299

8.1.2 模拟量输出通道 301

8.1.3 数据采集系统 301

8.2 信号的采集与处理 303

8.2.1 信号的采样 303

8.2.2 信号整周期截取的软、硬件实现 307

8.2.3 信号的数字滤波 312

8.3 计算机测控系统 318

8.3.1 计算机测控系统的基本概念 318

8.3.2 计算机控制系统的类型 321

8.3.3 计算机测控系统实例 328

8.4 抗干扰技术 333

8.4.1 常态干扰与共态干扰 333

8.4.2 常态干扰的抑制 335

8.4.3 共模干扰的抑制 336

8.4.4 其他抗干扰措施 340

习题 341

9 现场总线技术与基于Internet的远程测控系统 343

9.1 现场总线概述 343

9.1.1 现场总线的产生 343

9.1.2 现场总线的概念及特点 345

9.2 总线与网络通信 350

9.2.1 总线的基本概念与操作 350

9.2.2 计算机网络与网络拓扑 350

9.3 开放系统互联参考模型 354

9.3.1 网络协议与网络体系结构 354

9.3.2 开放系统互联参考模型 357

9.3.3 现场总线通信协议 360

9.4 几种主要的现场总线 362

9.4.1 基金会现场总线 362

9.4.2 LonWorks 367

9.4.3 PROFIBUS 369

9.4.4 CAN 372

9.4.5 HART 373

9.5 现场总线控制系统 374

9.5.1 现场总线控制系统的基本结构 375

9.5.2 现场总线在过程控制中的应用 377

9.6 基于Internet的远程测控系统 380

9.6.1 基于Internet的远程测控系统的形成 380

9.6.2 基于Internet的远程测控系统结构及关键技术 382

9.6.3 基于Internet的远程测控技术的应用现状与前景 386

参考文献 388