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绪论1

0.1 现代机械系统中的测控技术和系统集成1

0.2 本课程的学习内容和学习方法2

第1章 信号及信号分析4

1.1 概述4

1.2 信号分类与描述4

1.2.1 信号的分类4

1.2.2 信号的时域描述和频域描述7

1.3 信号的时域分析8

1.3.1 信号分析中的常用函数8

1.3.2 信号的时域运算10

1.3.3 信号的时域分解11

1.3.4 周期信号的强度12

1.4 周期信号及其频域分析13

1.4.1 傅里叶级数的三角函数展开式13

1.4.2 傅里叶级数的复指数函数展开式16

1.4.3 周期信号的功率及功率谱18

1.5 非周期信号及其频域分析21

1.5.1 傅里叶变换22

1.5.2 能量谱24

1.5.3 傅里叶变换的主要性质25

1.5.4 典型功率信号的频谱28

1.6 随机信号及其分析34

1.6.1 概述34

1.6.2 随机信号的主要特征参数35

1.6.3 相关分析及其应用38

1.6.4 功率谱分析及其应用45

参考文献50

第2章 传感技术基础51

2.1 概述51

2.2 传感器分类及其基本特性51

2.2.1 传感器的分类51

2.2.2 传感器的基本特性52

2.3 机械式传感器54

2.4 电阻式传感器55

2.4.1 电位器式传感器55

2.4.2 电阻应变式传感器58

2.5 电感式传感器68

2.5.1 可变磁阻式电感传感器68

2.5.2 涡流式电感传感器70

2.5.3 差动变压器式电感传感器72

2.6 电容式传感器74

2.6.1 工作原理74

2.6.2 类型74

2.6.3 电容式传感器的特点及等效电路76

2.6.4 电容传感器测量电路76

2.6.5 电容传感器的应用79

2.7 压电式传感器80

2.7.1 压电效应和逆压电效应80

2.7.2 压电式传感器简介80

2.7.3 压电式传感器的等效电路80

2.7.4 压电晶片的并联和串联81

2.7.5 压电式传感器的测量电路81

2.7.6 压电式传感器的应用83

2.8 磁电传感器84

2.8.1 磁电感应式传感器84

2.8.2 霍尔传感器87

2.9 光电传感器89

2.9.1 光电效应89

2.9.2 光电器件及其特征91

2.9.3 测量电路及应用99

2.10 热电式传感器100

2.10.1 热电阻101

2.10.2 热敏电阻102

2.10.3 热电偶103

2.11 计数编码类传感器106

2.11.1 感应同步器107

2.11.2 光栅传感器108

2.11.3 磁栅传感器111

2.11.4 光电编码器112

2.12 图像传感器114

2.12.1 CCD芯片114

2.12.2 CMOS芯片116

2.12.3 图像传感器的应用117

2.13 微型、智能及网络传感器117

2.13.1 微型传感器117

2.13.2 智能传感器118

2.13.3 网络传感器119

参考文献121

第3章 信号处理基础122

3.1 信号处理概述122

3.2 模拟信号处理基础122

3.2.1 模拟信号处理概述122

3.2.2 信号放大122

3.2.3 调制解调123

3.2.4 滤波128

3.3 数字信号处理基础135

3.3.1 数字信号处理概述135

3.3.2 数字信号处理的基本步骤135

3.3.3 A/D、D/A转换器136

3.3.4 采样定理139

3.3.5 泄漏与加窗处理142

3.3.6 离散傅里叶变换147

3.3.7 栅栏效应149

3.3.8 常见数字信号处理150

参考文献153

第4章 系统及系统特性分析基础154

4.1 线性系统与常微分方程154

4.1.1 系统分类和特点154

4 1.2 定常线性系统155

4.2 系统传递函数156

4.2.1 传递函数的定义156

4.2.2 环节的串联、并联和反馈157

4.2.3 一些典型环节的传递函数159

4.2.4 传递函数框图及其等价变换160

4.3 系统频率响应函数162

4.4 系统脉冲响应函数165

4.5 一阶、二阶典型系统特性分析166

4.5.1 一阶、二阶系统的动态特性166

4.5.2 一阶、二阶系统对典型激励的响应169

4.6 系统对任意输入的响应173

4.7 系统不失真条件174

4.8 系统负载效应176

4.9 系统校正178

4.10 系统的干扰源和抗干扰性设计181

4.10.1 系统干扰源181

4.10.2 供电系统干扰及其抗干扰182

4.10.3 信道干扰及其抗干扰182

4.10.4 接地设计183

参考文献184

第5章 计算机集成应用基础185

5.1 概述185

5.2 单片微控制器185

5.2.1 单片微控制器的硬件结构186

5.2.2 单片微控制器的指令系统188

5.2.3 单片微控制器的特点及应用189

5.3 数字信号处理器190

5.3.1 DSP算法的特点及其硬件要求190

5.3.2 DSP处理器的基本结构组成191

5.3.3 DSP应用系统的优点及其应用193

5.4 嵌入式微处理器195

5.4.1 嵌入式系统的概念195

5.4.2 嵌入式系统的组成结构196

5.4.3 嵌入式系统的特点200

5.5 可编程序控制器201

5.5.1 PLC概述201

5.5.2 PLC结构组成及工作原理203

5.5.3 PLC指令及其程序设计204

5.6 系统集成中的计算机接口技术205

5.6.1 系统集成中接口技术的作用205

5.6.2 系统集成中计算机接口206

5.7 计算机通信原理与人机接口209

5.7.1 计算机通信原理209

5.7.2 人机接口212

5.8 计算机网络结构与网络协议212

5.8.1 计算机网络212

5.8.2 网络结构与协议214

5.9 计算机测控系统集成体系结构215

5.9.1 计算机测控系统集成体系215

5.9.2 管控一体化集成体系219

5.10 现场总线技术220

5.10.1 现场总线简介220

5.10.2 现场总线的结构特点与优点221

5.10.3 几种典型现场总线222

参考文献224

第6章 测控系统应用实例225

6.1 物料自动分拣系统中的传感和系统集成225

6.1.1 概述225

6.1.2 系统结构225

6.1.3 系统集成229

6.2 智能焊接机器人焊缝跟踪测控系统232

6.2.1 概述232

6.2.2 智能焊接机器人的主要子系统及其功能232

6.2.3 智能焊接机器人的计算机集成234

6.2.4 基于视觉的焊缝跟踪测量与控制235

6.2.5 基于视觉的焊缝跟踪软件流程239

6.3 虚拟仪器技术及应用239

6.3.1 概述239

6.3.2 虚拟仪器技术与基本构成240

6.3.3 虚拟仪器的应用242

参考文献247