本書共7章，內(nèi)容包括：智能傳感器與電子測量技術(shù)概述、測量誤差基本理論、智能儀器簡介、傳感器接口與信號處理電路、無線傳感器和傳感器網(wǎng)絡(luò)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計、智能傳感器與電子測量技術(shù)新進展。本書在選材上具有系統(tǒng)先進性和實用性的特點。為便于讀者學(xué)習(xí)和理解，每章均附有本章的小結(jié)、思考題與習(xí)題，并且，隨書附電子課件、習(xí)題參考答案，視頻講解，重點詞匯、定義和原理給出了英文注釋。本書可供從事電子技術(shù)工作的科技人員參考，也可作為高等學(xué)校理工科本科、專科電子信息類專業(yè)的教材或參考書，還可作為低年級研究生的參考書。
1.重點詞匯、定義和原理配英文注釋；2.每章附要點、小結(jié)、思考題和習(xí)題；3.書后附習(xí)題答案和電子課件；4.重點知識點附視頻講解
傳感器作為現(xiàn)代科技的前沿技術(shù)，與通信、計算機并稱為現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱和物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)。傳感器技術(shù)應(yīng)用涉及國民經(jīng)濟及國防科研的各個領(lǐng)域，是國民經(jīng)濟基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一。傳感器技術(shù)對國家建設(shè)、科技發(fā)展、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及民生等領(lǐng)域都有非常重要的影響。與傳感器密切相關(guān)的電子測量技術(shù)也隨著電子技術(shù)、信息技術(shù)及傳感器技術(shù)的發(fā)展而快速發(fā)展。
傳感器技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了三個歷史階段：第一代是結(jié)構(gòu)化傳感器，第二代是20世紀70年代初發(fā)展起來的固體傳感器，到70年代后期出現(xiàn)了集成傳感器，第三代是20世紀80年代發(fā)展起來的智能傳感器，相應(yīng)的電子測量技術(shù)也得到了快速發(fā)展。20世紀80年代智能化測量主要以微處理器為核心，把傳感器信號調(diào)節(jié)電路、微計算機、存儲器及接口集成到一塊芯片上，使傳感器具有一定的人工智能。20世紀90年代智能化測量技術(shù)有了進一步提高，在傳感器一級實現(xiàn)智能化，使其具有自診斷功能、記憶功能、多參量測量功能以及聯(lián)網(wǎng)通信等功能。
本書介紹了智能傳感器與電子測量技術(shù)概況、測量誤差基本理論、智能儀器，分析了傳感器接口與信號處理電路、無線傳感器和傳感器網(wǎng)絡(luò)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計流程，最后闡述了智能傳感器與電子測量技術(shù)新進展。同時，本書對重點段落、重點詞匯、定義和基本工作原理、重要電路等進行了英文注釋，英文中更重視語義的表達，而不是與中文一一對照。在每章后均附有中英文對照的習(xí)題，書末附有參考答案。
特別感謝青島科技大學(xué)自動化與電子工程學(xué)院曹夢龍副院長在書籍編寫過程中給予的指導(dǎo)和幫助，李佩佩參與了本書第1、3、5章的編寫，高越參與了第2、4、6、7章的編寫。筆者進行了全書的統(tǒng)稿、翻譯和審查工作。
傳感器種類繁多，電子測量技術(shù)發(fā)展迅速，涉及面廣，鑒于筆者才疏學(xué)淺，書中難以覆蓋智能傳感器和電子測量技術(shù)全貌，不足之處在所難免，懇請讀者不吝賜教，以便修改完善。
李鶯歌
2022年8月于青島
第1章 智能傳感器與電子測量技術(shù)概述 001
Chapter 1 Overview of Intelligent Sensors and Electronic Measurement Technology 001
1.1 電子測量系統(tǒng)簡介Introduction to Electronic Measurement System 001
1.1.1 電子測量技術(shù)Electronic measurement technology 001
1.1.2 電子測量技術(shù)的特點Characteristics of electronic measurement technology 006
1.1.3 電子測量技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀Development status of electronic measurement technology 007
1.1.4 傳感器簡介Introduction to sensor 008
1.2 智能傳感器簡介Introduction to Intelligent Sensor 011
1.2.1 智能傳感器的特點Characteristics of intelligent sensor 013
1.2.2 智能傳感器的性能指標Performance index of intelligent sensor 013
1.2.3 智能傳感器的實現(xiàn)The form of inplementation of the intelligent sensor 014
1.2.4 智能傳感器的應(yīng)用Applications of intelligent sensor 016
1.2.5 智能傳感器的設(shè)計思想Design ideas for intelligent sensor 018
1.3 本章小結(jié)Chapter Summary 021
參考文獻References 021
習(xí)題Exercises 021
第2章 測量誤差基本理論 022
Chapter 2 Basic Principle of Measurement Error 022
2.1 誤差的概念與表示方法The Concept of Error and Representation Method 022
2.1.1 測量誤差Measurement error 022
2.1.2 誤差的表示方法Expression method of error 025
2.1.3 誤差的性質(zhì)與分類The characteristics and classification of error 029
2.1.4 基本術(shù)語Basic terms 033
2.2 粗大誤差Gross Error 036
2.2.1 萊特準則檢驗法Method of Wright criterion test 036
2.2.2 格拉布斯檢驗法Method of Grubbs test 037
2.2.3 中位數(shù)檢驗法Method of median test 037
2.2.4 應(yīng)用舉例Application examples 038
2.3 隨機誤差Random Error 040
2.3.1 隨機誤差的統(tǒng)計處理Statistical treatment of random errors 040
2.3.2 有限次測量值的算術(shù)平均值和標準差A(yù)rithmetic mean and standard deviation of a finite number of measured values 043
2.3.3 測量結(jié)果的置信度The confidence level of the measured result 045
2.3.4 非等精度測量Unequal-precision measurement 047
2.4 系統(tǒng)誤差Systematic Error 049
2.4.1 系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因Causes of systematic errors 050
2.4.2 系統(tǒng)誤差的檢查和判別Inspection and discrimination of systematic errors 050
2.4.3 削弱系統(tǒng)誤差的方法Methods to weaken systematic errors 054
2.4.4 重復(fù)性測量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理Data processing of repetitive measurement results 055
2.5 誤差的合成與分配Synthesis and Distribution of Error 056
2.5.1 測量誤差的合成Synthesis of measurement error 056
2.5.2 測量誤差的分配Distribution of measurement error 059
2.5.3 最佳測量方案的選擇Selection of the best solution 060
2.6 測量不確定度Measurement Uncertainty 062
2.6.1 測量不確定度概述Overview of measurement uncertainty 062
2.6.2 標準不確定度的評定Evaluation of standard uncertainty 066
2.6.3 測量不確定度的合成The combination of measurement uncertainty 069
2.6.4 擴展不確定度Expanded uncertainty 070
2.6.5 不確定度的報告Reporting of uncertainty 071
2.6.6 測量不確定度的應(yīng)用Application of measurement uncertainty 073
2.7 測量數(shù)據(jù)的處理Processing of Measurement Data 079
2.7.1 有效數(shù)字的處理Handling of significant digits 080
2.7.2 等精度測量結(jié)果的處理Processing of equal-precision measurement result 081
參考文獻References 083
習(xí)題Exercises 083
第3章 智能儀器 084
Chapter 3 Intelligent Instruments 084
3.1 自動測試系統(tǒng)的組成和發(fā)展概況Composition and Development of Automatic Test System 084
3.1.1 自動測試系統(tǒng)的發(fā)展概況Development of automatic test systems 085
3.1.2 自動測試系統(tǒng)的基本組成Basic components of automatic test system 087
3.2 智能儀器概述Overview of Intelligent Instrument 089
3.2.1 智能儀器的組成Composition of intelligent instrument 090
3.2.2 智能儀器的硬件結(jié)構(gòu)Hardware structure of intelligent instrument 091
3.2.3 智能儀器的軟件組成Software composition of intelligent instrument 093
3.2.4 智能儀器的特點Characteristics of intelligent instrument 094
3.2.5 智能儀器的典型功能Typical functions of intelligent instrument 096
3.3 虛擬儀器的特點和結(jié)構(gòu)The Characteristics and Structure of Virtual Instrument 101
3.3.1 虛擬儀器的特點The characteristics of virtual instrument 103
3.3.2 虛擬儀器的結(jié)構(gòu)The structure of virtual instrument 106
3.4 網(wǎng)絡(luò)化儀器與遠程測控技術(shù)Networked Instrument and Remote Measurement and Control Technology 108
參考文獻References 112
習(xí)題Exercises 112
第4章 傳感器接口與信號處理電路 113
Chapter 4 Sensor Interface and Signal Processing Circuit 113
4.1 傳感器輸出信號的處理方法Processing Method of Sensor Output Signal 114
4.2 對傳感器接口電路的要求Requirements for Sensor Interface Circuits 116
4.3 傳感器接口電路的形式Form of Sensor Interface Circuit 116
4.3.1 電平的處理Processing of voltage level 116
4.3.2 阻抗匹配器Impedance matcher 117
4.3.3 電橋電路Bridge circuit 120
4.3.4 放大與衰減Amplification or attenuation 125
4.3.5 噪聲的抑制Noise suppression 127
4.4 信號轉(zhuǎn)換電路Signal Conversion Circuit 139
4.4.1 電壓-電流轉(zhuǎn)換Voltage-to-current conversion 139
4.4.2 模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換Analog-to-digital conversion 140
參考文獻References 144
習(xí)題Exercises 144
第5章 無線傳感器和傳感器網(wǎng)絡(luò) 145
Chapter 5 Wireless Sensor and Sensor Network 145
5.1 無線傳感器和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述Overview of Wireless Sensor and Wireless Sensor Network 147
5.1.1 無線傳感器和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡介Introduction of wireless sensor and wireless sensor network 147
5.1.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點Characteristics of wireless sensor network 149
5.1.3 通信標準Communication standard 151
5.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)組成System Composition and Structure of Wireless Sensor Network 159
5.2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)框圖Systematic diagram of wireless sensor network 159
5.2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)Network structure of WSN 161
5.2.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的約束因素Constraints on wireless sensor network design 163
5.2.4 WSN與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)對比Comparison between WSN and traditional sensor network 166
5.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)Key Technologies for Wireless Sensor Network 170
5.3.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)軟件體系結(jié)構(gòu)Wireless sensor network software architecture 183
5.3.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議棧The protocol stack for the wireless sensor network 186
5.3.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信體系結(jié)構(gòu)Wireless sensor network communication architecture 188
5.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用Application of Wireless Sensor Network 191
參考文獻References 195
習(xí)題Exercises 195
第6章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計 196
Chapter 6 Software Design in WSN 196
6.1 ZigBee技術(shù)簡介Introduction to ZigBee Technology 196
6.1.1 ZigBee技術(shù)的特點Features of ZigBee technology 199
6.1.2 ZigBee 2007協(xié)議簡介Introduction to ZigBee 2007 protocol 201
6.1.3 ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)通信信道分析ZigBee wireless network communication channel analysis 202
6.1.4 ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)ZigBee wireless network topological structure 203
6.1.5 ZigBee技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域Application fields of ZigBee technology 204
6.1.6 CC2530芯片概述Overview of CC2530 chip 205
6.2 設(shè)置網(wǎng)絡(luò)的步驟Procedure of Network Set-up 207
6.2.1 ZigBee協(xié)議棧ZigBee protocol stack 208
6.2.2 ZigBee協(xié)議棧的使用The use of ZigBee protocol stack 209
6.3 協(xié)調(diào)節(jié)點程序設(shè)計Program Design for Coordinator 214
6.4 終端節(jié)點程序設(shè)計Program Design for Terminal Node 220
參考文獻References 224
習(xí)題Exercises 224
第7章 智能傳感器與電子測量技術(shù)新進展 225
Chapter 7 New Progress of Intelligent Sensor and Electronic Measurement Technology 225
7.1 智能傳感器研究進展Research Progress of Intelligent Sensor 225
7.1.1 智能傳感器新的研究方向New research direction of intelligent sensor 225
7.1.2 智能信息輸入器件與設(shè)備新發(fā)展New development of intelligent information input devices and equipment 228
7.2 智能傳感器產(chǎn)品與應(yīng)用Intelligent Sensor Products and Applications 234
7.3 電子測量領(lǐng)域技術(shù)新進展New Technological Progress in The Field of Electronic Measurement 237
7.3.1 傳感器接口電路新進展New development of sensor interface circuit 237
7.3.2 傳感器輸出信號處理器研究與應(yīng)用新進展New progress in research and application of sensor output signal processor 238
7.3.3 智能測量技術(shù)Intelligent measurement technology 240
7.3.4 軟測量技術(shù)Soft sensing technology 242
參考文獻References 247
習(xí)題Exercises 247
習(xí)題參考答案 249
第1章 習(xí)題參考答案 249
第2章 習(xí)題參考答案 251
第3章 習(xí)題參考答案 251
第4章 習(xí)題參考答案 254
第5章 習(xí)題參考答案 256
第6章 習(xí)題參考答案 262
第7章 習(xí)題參考答案 264
附錄A 正態(tài)分布在對稱區(qū)間的積分表 268
Appendix A Integral table of normal distribution in symmetric interval 268
附錄B t分布在對稱區(qū)間的積分表 270
Appendix B Integral table of t distribution in symmetric interval 270
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