全国高等院校仪器仪表及自动化类“十二五”规划教材：微弱信号检测与应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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孙士平 编

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• 微弱信号检测
• 仪器仪表
• 自动化
• 传感器
• 信号处理
• 噪声分析
• 数据采集
• 测量技术
• 电子技术
• 高等教育

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121195457

版次：1

商品编码：11186159

包装：平装

开本：16开

出版时间：2013-02-01

页数：248

字数：397000

正文语种：中文

编辑推荐

　　《全国高等院校仪器仪表及自动化类“十二五”规划教材：微弱信号检测与应用》可作为测控技术与仪器、地球物理、地球勘探、测录井、自动化、电子信息工程、通信工程、物理、光学、化学、生物医学工程、医学仪器等专业的高年级本科生和研究生教材，也可以作为有关专业工程技术人员与科技人员的参考书。

内容简介

　　《全国高等院校仪器仪表及自动化类“十二五”规划教材：微弱信号检测与应用》以微弱信号检测过程中的引例为起点，阐述微弱信号检测的应用领域和应用范围，对常用的微弱信号检测方法和检测仪器进行理论分析和介绍。全书共分6章，内容包括噪声、干扰、微弱信号检测、信噪比、信噪改善比等的基本概念，低噪声前置放大与屏蔽、接地技术，同步积分器、旋转电容滤波器、相关器、数字式相关器等周期性微弱信号检测的基本方法，取样积分器、多点信号平均器、锁定放大器的基本检测原理及其应用，随机性微弱信号的最佳滤波检测，离散性微弱光信号的检测方法。

目录

第1章 绪论
1.1 干扰、噪声的概念
1.1.1 干扰和噪声
1.1.2 随机噪声的功率谱密度及噪声分类
1.1.3 相关函数及随机噪声的相关函数
1.1.4 等效噪声带宽
1.2 微弱信号检测
1.2.1 微弱信号检测的概念
1.2.2 微弱信号检测的意义和目的
1.2.3 微弱信号检测的内容
1.2.4 常规小信号检测方法与微弱信号检测的基本方法
1.3 信噪比、信噪改善比、噪声系数和噪声因数
1.3.1 信噪比和信噪改善比
1.3.2 噪声系数和噪声因数
思考和练习

第2章 低噪声前置放大与屏蔽、接地技术
2.1 电子元器件的噪声
2.1.1 电阻的噪声
2.1.2 电容器的噪声
2.1.3 变压器的噪声
2.1.4 晶体管的噪声
2.1.5 场效应管的噪声
2.2 低噪声前置放大技术
2.2.1 低噪声前置放大器的等效噪声模型
2.2.2 低噪声前置放大器的设计
2.3 微弱信号检测系统屏蔽与接地技术
2.3.1 干扰噪声源
2.3.2 电容性耦合与屏蔽
2.3.3 电感性耦合与屏蔽
2.3.4 接地方式
2.3.5 系统的地回路电流
2.3.6 切断或减小地回路电流的几种方法
思考和练习

第3章 周期性微弱信号检测方法
3.1 同步积分器
3.1.1 同步积分器的原理
3.1.2 同步积分器的性能
3.1.3 同步积分器的两节串联
3.1.4 同步积分器的等效噪声带宽
3.1.5 实用同步积分器电路
3.2 旋转电容滤波器
3.2.1 旋转电容滤波器的原理
3.2.2 旋转电容滤波器的性能
3.2.3 旋转电容滤波器的等效噪声带宽
3.2.4 实用旋转电容滤波器电路
3.3 相关器
3.3.1 相关器的原理
3.3.2 相关器的性能
3.3.3 相关器的等效噪声带宽
3.4 数字式相关器
3.4.1 相关器的种类及数字式相关器的系统组成
3.4.2 数字式相关函数的实际运算
3.4.3 数字式相关函数的实现
3.4.4 数字式相关函数的误差分析
3.5 应用实例——编码地震提高地震探测能力
3.5.1 编码地震基本原理
3.5.2 编码地震实验系统实现方法
3.5.3 信号和噪声特征分析
3.5.4 数据相关分析结果
3.5.5 结论
思考和练习

第4章 取样积分器、多点信号平均器、锁定放大器的基本检测原理及其应用
4.1 门积分电路
4.1.1 门积分电路的传输函数
4.1.2 门积分电路的性能
4.1.3 门积分电路的等效噪声带宽
4.1.4 信噪比的改善
4.2 取样积分器
4.2.1 取样概述
4.2.2 取样积分器的取样方式
4.2.3 取样积分器的原理和工作方式
4.3 多点信号平均器
4.3.1 多点信号平均器的工作原理
4.3.2 数字式多点信号平均器的结构组成
4.3.3 数字式平均的信噪改善比
4.3.4 数字式平均的传输函数特性
4.3.5 数字式平均的实现算法
4.4 锁定放大器
4.4.1 锁定放大器的基本原理
4.4.2 锁定放大器的主要技术指标
4.4.3 锁定放大器的过载能力、动态范围与动态协调
4.4.4 几种典型的锁定放大器
4.4.5 正交矢量锁定放大器
4.5 应用实例——物质含水量检测系统设计与分析
4.5.1 检测系统设计及工作原理
4.5.2 数据分析和处理
4.5.3 结论分析
思考和练习

第5章 随机性微弱信号的最佳滤波检测
5.1 随机性微弱信号的基本特征
5.2 随机性微弱信号的匹配滤波器
5.2.1 匹配滤波器理论
5.2.2 白噪声背景下的匹配滤波器对微弱信号的检测
5.2.3 有色噪声背景下的匹配滤波器对微弱信号的检测
5.3 随机性微弱信号的维纳滤波
5.3.1 维纳滤波器必须满足的基本方程
5.3.2 维纳滤波器的非因果解
5.3.3 维纳滤波器的因果解
5.3.4 维纳滤波器的正交性
5.3.5 维纳滤波器的离散检测
5.4 随机性微弱信号的卡尔曼滤波
5.4.1非递归算法和递归算法
5.4.2一维（或标量）卡尔曼滤波方程
5.4.3一维卡尔曼滤波算法及模型
5.4.4一维卡尔曼滤波检测
思考和练习

第6章 离散性微弱光信号的检测方法
6.1 概述
6.2 光子计数技术
6.2.1 光子计数技术原理概述
6.2.2 光电倍增管的结构、种类及应用
6.2.3 甄别器
6.2.4 计数器的工作方式
6.2.5 光子计数系统的检测误差及其处理方法
6.3 光学多通道分析仪
6.3.1 概述
6.3.2 多色仪
6.3.3 多通道检测器中的光电检测器
6.3.4 像增强器
6.3.5 光学多通道分析仪的工作原理
6.4 光子计数器与光学多通道分析仪的应用
6.4.1 用单光子计数法检测稀土荧光材料的激发光谱
6.4.2 利用光学多通道分析仪检测人体血液荧光光谱及其在生物医学领域中的应用
6.4.3 光学多通道分析仪在癌症诊断中的应用
思考和练习
参考文献

前言/序言

　　随着现代科学技术的发展，人类为揭示大自然的奥秘总是在寻求新的检测理论和检测方法，也推动了新的检测技术和复杂的自动控制系统及信息处理理论技术的提高。多年来科学家们在研究宏观和微观世界的过程中，不断开发能把淹没在噪声中的大量有用信息检测出来的理论和方法，通过不断系统化、模块化的完善，形成了一个新的微弱信号检测的学科分支。现如今，微弱信号检测技术已广泛地应用于石油工业、地球勘探、太空探索、工业、农业、卫生、国防、科研等各领域。在这些应用领域中，几乎都涉及微弱信号检测问题。因此，微弱信号检测技术是人们了解世界的重要组成部分。微弱信号检测技术是一种将信号与强噪声分离的高新技术，它以参考信号、计算机和现代数字处理器件为基础，通过对信号的噪声进行抑制、以提高信噪比为目的的检测手段进行检测，即通过微弱信号检测得到高信噪比的电信号，由输入电路、放大电路等检测电路提取有用信息，再经模数转换接口输入微型计算机运算、处理，最后显示或打印输出所需检测物体的几何量或物理量等参数。因此，微弱信号检测技术是现代检测技术最重要的手段和方法之一，是现代检测技术的一个重要的发展方向。
　　本书是根据教育部相关课程大纲编写的，编写时也参照了长江大学石油仪器重点专业建设课程微弱信号检测技术的教学大纲，并经电子工业出版社“十二五”规划教材编委会及编委会成员中多位专家和教授多次讨论定稿而成。
　　本书共分为6章，每章以案例为引导进行理论推导，再进行实践举例。主要内容包括噪声、干扰、微弱信号检测、信噪比、信噪改善比等的基本概念；低噪声前置放大与屏蔽、接地技术；同步积分器、旋转电容滤波器、相关器、数字式相关器等周期性微弱信号检测的基本方法；取样积分器、多点信号平均器、锁定放大器的基本检测原理及其应用；随机性微弱信号的最佳滤波检测；离散性微弱光信号的检测方法。
　　本书每章内容大体包含6个部分：（1）案例导引；（2）理论基础推导；（3）微弱信号检测方法；（4）微弱信号检测方法的信噪比及特性分析；（5）对应微弱信号检测技术的数字处理方法；（6）典型应用。
　　本书实用性强、适用面广，可作为测控技术与仪器、地球物理、地球勘探、测录井、自动化、电子信息工程、通信工程、物理、光学、化学、生物医学工程、医学仪器等专业的高年级本科生和研究生教材，也可作为医疗仪器仪表工程、产品质量检测与控制、自动化仪器仪表、计量工程、信息工程等有关专业工程技术人员与科技人员的参考书。
　　在本书编写过程中受到旅居加拿大的熊晓东教授的悉心指导和极大关心，在此表示真诚的谢意！
　　尽管编者为本书付出了许多的心血和努力，但书中难免存在疏漏，恳请广大读者批评指正。
　　孙士平2012年10月于长江大学

微弱信号检测与应用：解锁隐秘信息，洞悉世界本质 在科学技术飞速发展的今天，我们对世界的认知和探索深度，在很大程度上取决于我们捕捉和解析微弱信号的能力。无论是浩瀚宇宙中遥远星体发出的微弱电磁波，还是生命体内极其精细的生物电信号，亦或是工业生产过程中需要精准把握的微量物理参数，都蕴含着丰富的信息。对这些微弱信号进行有效地检测、放大、分析和应用，已经成为现代科学研究、工业生产、医疗健康、环境保护等众多领域不可或缺的关键技术。 本书旨在系统地介绍微弱信号检测与应用领域的核心理论、关键技术、典型方法以及前沿进展。我们将带领读者深入理解微弱信号的本质、来源，以及其在不同应用场景下所面临的挑战。通过对本书的学习，读者将能够建立起一个扎实的理论基础，掌握实用的技术手段，从而能够独立地分析和解决实际的微弱信号检测问题，并能创新性地将相关技术应用于新的领域。 第一部分：微弱信号的理论基础与特性分析 在正式进入技术层面之前，理解微弱信号的本质是至关重要的。本部分将从基础理论出发，深入剖析微弱信号的定义、特点及其产生的原因。 信号与噪声： 我们首先将探讨信号与噪声的基本概念。信号是我们希望获取的有意义的信息载体，而噪声则是干扰信号、降低信息准确性的无关因素。理解两者的区别和相互作用，是微弱信号检测的首要前提。我们将详细阐述各种噪声的来源，包括热噪声、散粒噪声、闪烁噪声、环境噪声等，并分析它们对信号检测的影响。 微弱信号的定义与挑战： 微弱信号通常指的是幅度极小、频谱狭窄、或者信息隐藏在复杂背景中的信号。这些信号可能淹没在强大的噪声之中，其幅值可能仅有几个微伏甚至纳伏，频率可能非常低，或者其信息呈现为细微的频率、相位或幅度的变化。本书将系统地探讨微弱信号的各种形态，并深入分析检测微弱信号所面临的核心挑战：信噪比低、易受干扰、测量精度要求高、动态范围宽等。 信号的统计特性： 信号和噪声的统计特性对于设计有效的检测策略至关重要。我们将介绍概率密度函数、功率谱密度、自相关函数等基本统计工具，并探讨如何利用这些工具来描述和区分信号与噪声。 信息论基础： 从信息论的角度审视信号，有助于我们理解信息传输的极限。我们将简要介绍香农信息论的基本概念，如信息熵、信道容量等，并探讨如何在存在噪声的情况下，最大限度地提取和恢复信号中所包含的信息。 第二部分：微弱信号检测的关键技术与方法 掌握了微弱信号的基本理论后，本部分将详细介绍实现微弱信号检测的核心技术和常用方法。 放大技术： 由于微弱信号的幅度极小，放大是检测过程中的第一道也是最关键的环节。我们将重点介绍不同类型的放大器，包括： 运算放大器（Op-Amp）基础： 详细讲解运算放大器的基本原理、理想模型及其在各种放大电路（同相、反相、差分放大）中的应用。 低噪声放大器（LNA）设计： 深入探讨低噪声放大器的设计原则，包括噪声源的分析、噪声系数的优化、以及在高频和低频应用中的具体设计考量。 电荷放大器： 介绍电荷放大器的工作原理及其在压电传感器、光电探测器等领域的应用。 斩波稳零与自动增益控制（AGC）： 讲解这些技术如何克服零点漂移和提高动态范围，从而有效地放大微弱信号。 滤波技术： 滤波是分离信号与噪声、抑制干扰的有效手段。我们将系统介绍各种滤波器的原理和设计： 模拟滤波器： 深入讲解低通、高通、带通、带阻滤波器（如Butterworth、Chebyshev、Bessel滤波器）的设计理论、频率响应特性及其在不同应用场景下的选择。 数字滤波器： 介绍FIR（有限冲激响应）和IIR（无限冲激响应）数字滤波器的原理、设计方法（如窗函数法、频率采样法、双线性变换法）以及它们在数字信号处理中的优势。 自适应滤波器： 探讨自适应滤波器的工作原理，以及它们在去除未知噪声和跟踪时变信号方面的强大能力。 信号提取与增强技术： 当信号被噪声严重淹没时，需要更高级的技术来提取隐藏的信息。 同步平均（Coherent Averaging）： 详细阐述同步平均的原理，即利用外部触发信号将多个信号周期叠加，从而有效抑制随机噪声。 傅里叶变换（FFT）与频谱分析： 介绍快速傅里叶变换（FFT）在信号频谱分析中的应用，如何通过频谱图识别信号的频率成分和噪声的特性。 小波变换（Wavelet Transform）： 讲解小波变换的原理，它在时频分析方面的优势，以及如何利用小波去噪和特征提取。 相关技术（Correlation）： 介绍互相关和自相关函数，如何利用它们来检测已知形状的信号或分析信号的周期性。 锁相环（PLL）： 讲解锁相环的工作原理，它在信号跟踪、频率合成和噪声抑制方面的应用。 采样与量化： 在将模拟信号转化为数字信号进行处理时，采样和量化的精度至关重要。 奈奎斯特采样定理： 详细阐述采样频率与信号带宽的关系，以及欠采样可能带来的问题。 量化误差与分辨率： 分析量化过程中产生的误差，以及ADC（模数转换器）的位分辨率对信号精度的影响。 过采样与噪声整形： 介绍过采样技术和噪声整形技术如何提高ADC的有效分辨率，从而更精确地捕捉微弱信号。 第三部分：微弱信号检测的应用实例与前沿展望 理论与技术最终要回归到实际应用。本部分将通过具体的案例，展示微弱信号检测技术在各个领域的广泛应用，并展望未来的发展趋势。 生物医学工程： 心电图（ECG）与脑电图（EEG）信号检测： 分析ECG和EEG信号的微弱特性，以及如何利用滤波、放大和去噪技术来捕捉和分析这些重要的生理信号。 肌电图（EMG）信号检测： 探讨EMG信号的特点及其在神经肌肉疾病诊断中的应用。 生物传感器信号处理： 介绍各种生物传感器（如血糖传感器、DNA传感器）产生的微弱电信号的检测与分析。 医学影像处理： 简要提及在医学影像（如MRI、PET）中，对微弱信号的获取和增强技术。 物理测量与科学仪器： 高精度称重与力测量： 介绍应变片、压电传感器等如何产生微弱信号，以及如何进行精确放大和处理。 温度、压力、流量等参数的精密测量： 探讨各种传感器在测量微小变化时产生的微弱信号的检测方法。 光学与声学检测： 涉及光电探测器、麦克风等产生的微弱信号的处理，如天文观测、声学成像、激光雷达等。 半导体器件的微弱信号检测： 在电子学领域，对器件内部产生的微弱电流、电压信号的测量对于器件特性分析至关重要。 工业自动化与过程控制： 传感器信号处理： 在工业现场，各种传感器（如红外传感器、气体传感器、振动传感器）产生的微弱信号如何被精确采集，以实现对生产过程的实时监控和精确控制。 故障诊断与状态监测： 通过分析设备运行中产生的微弱振动、声音或电信号变化，提前预警潜在的故障。 环境监测： 传感器对大气污染物、水质、土壤成分等微量物质的检测，需要对极其微弱的信号进行分析。 通信与导航： 弱信号通信： 在远距离通信、深空探测等场景下，如何有效地接收和解码极其微弱的通信信号。 射频（RF）信号检测： 在无线通信领域，对微弱射频信号的灵敏度和抗干扰能力的要求极高。 前沿技术展望： 机器学习与人工智能在微弱信号处理中的应用： 探讨如何利用AI算法（如深度学习）来自动识别、分类和去噪微弱信号，实现更智能化的检测。 新的传感器技术与信号采集方法： 介绍近年来涌现出的新型高灵敏度传感器，以及它们对微弱信号检测能力带来的提升。 低功耗与便携式微弱信号检测系统： 随着物联网和移动技术的发展，对低功耗、小型化微弱信号检测设备的需求日益增长。 量子传感与量子信息处理： 展望量子技术在未来可能带来的革命性微弱信号检测能力。 本书的编写力求严谨、系统、深入浅出，既注重理论的深度，又强调实践的应用性。我们希望通过对本书的介绍，能够激发读者对微弱信号检测与应用领域浓厚的兴趣，为他们在未来的学习、研究和工程实践中提供坚实的理论支撑和实用的技术指导，最终能够更好地洞察这个充满信息的世界。

评分☆☆☆☆☆

在阅读过程中，我发现书中对各种微弱信号检测方法的优缺点分析相当到位，并且结合了实际工程中的考量。它并没有仅仅停留在理论层面，而是花了相当大的篇幅去讨论不同技术在实际应用中的可行性、成本、精度以及对环境的适应性等问题。例如，在介绍光电检测技术时，不仅讲解了其原理，还列举了在生物医学、环境监测等领域的具体应用案例，并分析了不同传感器选择的依据，这对于我们未来的毕业设计或者项目开发非常有指导意义。书中还穿插了不少实际操作中的注意事项和常见故障排除方法，这些细节之处体现了作者深厚的实践经验，远比纯粹的理论书籍更具价值。它教会我们的不仅仅是“是什么”，更是“怎么做”以及“为什么这样做”，这种从理论到实践的桥梁作用，对于培养具备解决实际问题能力的工程师至关重要。

评分☆☆☆☆☆

翻开书页，首先映入眼帘的是内容组织结构，我觉得这方面做得非常到位。作者很显然是经过深思熟虑，将复杂的微弱信号检测技术分解成一个个逻辑清晰、循序渐进的章节。从最基础的信号理论引入，到各种检测原理的深入剖析，再到具体的应用实例，整个脉络非常清晰，让初学者也能较快地掌握核心概念。每章的开始都有明确的学习目标，结尾处也常常附带一些思考题或者小结，这对于巩固知识点非常有帮助。我特别喜欢的是书中对一些关键公式和理论的推导过程，都进行了详细的阐述，并且配有图示，让抽象的概念变得直观易懂。即使是涉及到一些比较高深的数学模型，作者也尽量用通俗易懂的语言来解释，避免了单纯的公式堆砌，这一点对于非数学专业出身的学生来说，简直是福音。整体的编排思路，就像一位经验丰富的老师，循循善诱地引导着学生一步步深入理解微弱信号检测的奥秘。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计虽然不算特别出挑，但整体感觉还是比较扎实的，符合一本专业教材的定位。封面上的字体清晰，排版也显得比较规整。拿到书的时候，能感觉到纸张的厚度不错，印刷质量也算上乘，没有出现模糊或者错印的情况，这一点对于需要经常翻阅的教材来说，无疑是个加分项。而且，书的尺寸也比较适中，拿在手里不会觉得过于沉重，放在书架上也不会占用太多空间，无论是用于课堂学习还是课后复习，携带和存放都比较方便。我尤其注意到封面上的“全国高等院校仪器仪表及自动化类‘十二五’规划教材”这样的字样，这在一定程度上表明了其在教育界认可度和权威性，让人对内容的专业性和前沿性抱有期待，也方便了我们这些在校生根据教学大纲来选择合适的参考书籍，省去了不少甄别的功夫。从外观上看，它传递出一种严谨、务实的学术气息，让人一拿到就能感受到它作为一本教学辅助工具的价值。

评分☆☆☆☆☆

书中对于一些前沿的微弱信号检测技术也有涉及，虽然可能没有那么深入，但已经足够让读者对这个领域的发展趋势有一个初步的了解。比如，在提到某些新型传感器或者信号处理算法时，作者会简要介绍其基本原理和潜在的应用前景，这对于我们开阔视野，了解行业动态非常有益。而且，书中对于不同技术的比较也做得比较客观，既指出了它们的优势，也坦诚地谈论了它们的局限性，这让读者能够根据具体需求做出更明智的技术选择，而不是盲目追求所谓的“最新技术”。虽然我个人对其中某个特定章节的详尽程度可能还有更高的期待，但考虑到这是一本综合性的教材，能够涵盖如此广泛的知识点，并且在一定程度上展现了研究的深度和广度，已经是非常出色的了。它像一个引路人，为我们指明了更深入探索的方向。

评分☆☆☆☆☆

总的来说，这本书给我留下的印象非常深刻，它不仅在知识的传授上做得很好，更在学习方法的引导上起到了积极作用。作者善于用类比和形象化的方式来解释复杂的原理，使得原本枯燥的技术内容变得生动有趣。我个人尤其欣赏的是书中对案例分析的重视，每一个应用实例都剖析得非常透彻，从信号的来源、特点，到检测方案的设计，再到结果的解读，都给出了详实的说明。这不仅仅是知识的罗列，更是一种解决问题的思维方式的训练。通过这些案例，我能够更好地理解微弱信号检测技术在实际工程中的地位和作用，也为我未来的职业规划提供了更清晰的认识。虽然有些地方可能需要反复阅读才能完全消化，但这恰恰说明了其内容的丰富性和深度，也激发了我进一步学习和研究的兴趣。