全國高等院校儀器儀錶及自動化類“十二五”規劃教材：微弱信號檢測與應用 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

孫士平 編

圖書標籤:

• 微弱信號檢測
• 儀器儀錶
• 自動化
• 傳感器
• 信號處理
• 噪聲分析
• 數據采集
• 測量技術
• 電子技術
• 高等教育

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121195457

版次：1

商品編碼：11186159

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2013-02-01

頁數：248

字數：397000

正文語種：中文

編輯推薦

　　《全國高等院校儀器儀錶及自動化類“十二五”規劃教材：微弱信號檢測與應用》可作為測控技術與儀器、地球物理、地球勘探、測錄井、自動化、電子信息工程、通信工程、物理、光學、化學、生物醫學工程、醫學儀器等專業的高年級本科生和研究生教材，也可以作為有關專業工程技術人員與科技人員的參考書。

內容簡介

　　《全國高等院校儀器儀錶及自動化類“十二五”規劃教材：微弱信號檢測與應用》以微弱信號檢測過程中的引例為起點，闡述微弱信號檢測的應用領域和應用範圍，對常用的微弱信號檢測方法和檢測儀器進行理論分析和介紹。全書共分6章，內容包括噪聲、乾擾、微弱信號檢測、信噪比、信噪改善比等的基本概念，低噪聲前置放大與屏蔽、接地技術，同步積分器、鏇轉電容濾波器、相關器、數字式相關器等周期性微弱信號檢測的基本方法，取樣積分器、多點信號平均器、鎖定放大器的基本檢測原理及其應用，隨機性微弱信號的最佳濾波檢測，離散性微弱光信號的檢測方法。

目錄

第1章 緒論
1.1 乾擾、噪聲的概念
1.1.1 乾擾和噪聲
1.1.2 隨機噪聲的功率譜密度及噪聲分類
1.1.3 相關函數及隨機噪聲的相關函數
1.1.4 等效噪聲帶寬
1.2 微弱信號檢測
1.2.1 微弱信號檢測的概念
1.2.2 微弱信號檢測的意義和目的
1.2.3 微弱信號檢測的內容
1.2.4 常規小信號檢測方法與微弱信號檢測的基本方法
1.3 信噪比、信噪改善比、噪聲係數和噪聲因數
1.3.1 信噪比和信噪改善比
1.3.2 噪聲係數和噪聲因數
思考和練習

第2章 低噪聲前置放大與屏蔽、接地技術
2.1 電子元器件的噪聲
2.1.1 電阻的噪聲
2.1.2 電容器的噪聲
2.1.3 變壓器的噪聲
2.1.4 晶體管的噪聲
2.1.5 場效應管的噪聲
2.2 低噪聲前置放大技術
2.2.1 低噪聲前置放大器的等效噪聲模型
2.2.2 低噪聲前置放大器的設計
2.3 微弱信號檢測係統屏蔽與接地技術
2.3.1 乾擾噪聲源
2.3.2 電容性耦閤與屏蔽
2.3.3 電感性耦閤與屏蔽
2.3.4 接地方式
2.3.5 係統的地迴路電流
2.3.6 切斷或減小地迴路電流的幾種方法
思考和練習

第3章 周期性微弱信號檢測方法
3.1 同步積分器
3.1.1 同步積分器的原理
3.1.2 同步積分器的性能
3.1.3 同步積分器的兩節串聯
3.1.4 同步積分器的等效噪聲帶寬
3.1.5 實用同步積分器電路
3.2 鏇轉電容濾波器
3.2.1 鏇轉電容濾波器的原理
3.2.2 鏇轉電容濾波器的性能
3.2.3 鏇轉電容濾波器的等效噪聲帶寬
3.2.4 實用鏇轉電容濾波器電路
3.3 相關器
3.3.1 相關器的原理
3.3.2 相關器的性能
3.3.3 相關器的等效噪聲帶寬
3.4 數字式相關器
3.4.1 相關器的種類及數字式相關器的係統組成
3.4.2 數字式相關函數的實際運算
3.4.3 數字式相關函數的實現
3.4.4 數字式相關函數的誤差分析
3.5 應用實例——編碼地震提高地震探測能力
3.5.1 編碼地震基本原理
3.5.2 編碼地震實驗係統實現方法
3.5.3 信號和噪聲特徵分析
3.5.4 數據相關分析結果
3.5.5 結論
思考和練習

第4章 取樣積分器、多點信號平均器、鎖定放大器的基本檢測原理及其應用
4.1 門積分電路
4.1.1 門積分電路的傳輸函數
4.1.2 門積分電路的性能
4.1.3 門積分電路的等效噪聲帶寬
4.1.4 信噪比的改善
4.2 取樣積分器
4.2.1 取樣概述
4.2.2 取樣積分器的取樣方式
4.2.3 取樣積分器的原理和工作方式
4.3 多點信號平均器
4.3.1 多點信號平均器的工作原理
4.3.2 數字式多點信號平均器的結構組成
4.3.3 數字式平均的信噪改善比
4.3.4 數字式平均的傳輸函數特性
4.3.5 數字式平均的實現算法
4.4 鎖定放大器
4.4.1 鎖定放大器的基本原理
4.4.2 鎖定放大器的主要技術指標
4.4.3 鎖定放大器的過載能力、動態範圍與動態協調
4.4.4 幾種典型的鎖定放大器
4.4.5 正交矢量鎖定放大器
4.5 應用實例——物質含水量檢測係統設計與分析
4.5.1 檢測係統設計及工作原理
4.5.2 數據分析和處理
4.5.3 結論分析
思考和練習

第5章 隨機性微弱信號的最佳濾波檢測
5.1 隨機性微弱信號的基本特徵
5.2 隨機性微弱信號的匹配濾波器
5.2.1 匹配濾波器理論
5.2.2 白噪聲背景下的匹配濾波器對微弱信號的檢測
5.2.3 有色噪聲背景下的匹配濾波器對微弱信號的檢測
5.3 隨機性微弱信號的維納濾波
5.3.1 維納濾波器必須滿足的基本方程
5.3.2 維納濾波器的非因果解
5.3.3 維納濾波器的因果解
5.3.4 維納濾波器的正交性
5.3.5 維納濾波器的離散檢測
5.4 隨機性微弱信號的卡爾曼濾波
5.4.1非遞歸算法和遞歸算法
5.4.2一維（或標量）卡爾曼濾波方程
5.4.3一維卡爾曼濾波算法及模型
5.4.4一維卡爾曼濾波檢測
思考和練習

第6章 離散性微弱光信號的檢測方法
6.1 概述
6.2 光子計數技術
6.2.1 光子計數技術原理概述
6.2.2 光電倍增管的結構、種類及應用
6.2.3 甄彆器
6.2.4 計數器的工作方式
6.2.5 光子計數係統的檢測誤差及其處理方法
6.3 光學多通道分析儀
6.3.1 概述
6.3.2 多色儀
6.3.3 多通道檢測器中的光電檢測器
6.3.4 像增強器
6.3.5 光學多通道分析儀的工作原理
6.4 光子計數器與光學多通道分析儀的應用
6.4.1 用單光子計數法檢測稀土熒光材料的激發光譜
6.4.2 利用光學多通道分析儀檢測人體血液熒光光譜及其在生物醫學領域中的應用
6.4.3 光學多通道分析儀在癌癥診斷中的應用
思考和練習
參考文獻

前言/序言

　　隨著現代科學技術的發展，人類為揭示大自然的奧秘總是在尋求新的檢測理論和檢測方法，也推動瞭新的檢測技術和復雜的自動控製係統及信息處理理論技術的提高。多年來科學傢們在研究宏觀和微觀世界的過程中，不斷開發能把淹沒在噪聲中的大量有用信息檢測齣來的理論和方法，通過不斷係統化、模塊化的完善，形成瞭一個新的微弱信號檢測的學科分支。現如今，微弱信號檢測技術已廣泛地應用於石油工業、地球勘探、太空探索、工業、農業、衛生、國防、科研等各領域。在這些應用領域中，幾乎都涉及微弱信號檢測問題。因此，微弱信號檢測技術是人們瞭解世界的重要組成部分。微弱信號檢測技術是一種將信號與強噪聲分離的高新技術，它以參考信號、計算機和現代數字處理器件為基礎，通過對信號的噪聲進行抑製、以提高信噪比為目的的檢測手段進行檢測，即通過微弱信號檢測得到高信噪比的電信號，由輸入電路、放大電路等檢測電路提取有用信息，再經模數轉換接口輸入微型計算機運算、處理，最後顯示或打印輸齣所需檢測物體的幾何量或物理量等參數。因此，微弱信號檢測技術是現代檢測技術最重要的手段和方法之一，是現代檢測技術的一個重要的發展方嚮。
　　本書是根據教育部相關課程大綱編寫的，編寫時也參照瞭長江大學石油儀器重點專業建設課程微弱信號檢測技術的教學大綱，並經電子工業齣版社“十二五”規劃教材編委會及編委會成員中多位專傢和教授多次討論定稿而成。
　　本書共分為6章，每章以案例為引導進行理論推導，再進行實踐舉例。主要內容包括噪聲、乾擾、微弱信號檢測、信噪比、信噪改善比等的基本概念；低噪聲前置放大與屏蔽、接地技術；同步積分器、鏇轉電容濾波器、相關器、數字式相關器等周期性微弱信號檢測的基本方法；取樣積分器、多點信號平均器、鎖定放大器的基本檢測原理及其應用；隨機性微弱信號的最佳濾波檢測；離散性微弱光信號的檢測方法。
　　本書每章內容大體包含6個部分：（1）案例導引；（2）理論基礎推導；（3）微弱信號檢測方法；（4）微弱信號檢測方法的信噪比及特性分析；（5）對應微弱信號檢測技術的數字處理方法；（6）典型應用。
　　本書實用性強、適用麵廣，可作為測控技術與儀器、地球物理、地球勘探、測錄井、自動化、電子信息工程、通信工程、物理、光學、化學、生物醫學工程、醫學儀器等專業的高年級本科生和研究生教材，也可作為醫療儀器儀錶工程、産品質量檢測與控製、自動化儀器儀錶、計量工程、信息工程等有關專業工程技術人員與科技人員的參考書。
　　在本書編寫過程中受到旅居加拿大的熊曉東教授的悉心指導和極大關心，在此錶示真誠的謝意！
　　盡管編者為本書付齣瞭許多的心血和努力，但書中難免存在疏漏，懇請廣大讀者批評指正。
　　孫士平2012年10月於長江大學

微弱信號檢測與應用：解鎖隱秘信息，洞悉世界本質 在科學技術飛速發展的今天，我們對世界的認知和探索深度，在很大程度上取決於我們捕捉和解析微弱信號的能力。無論是浩瀚宇宙中遙遠星體發齣的微弱電磁波，還是生命體內極其精細的生物電信號，亦或是工業生産過程中需要精準把握的微量物理參數，都蘊含著豐富的信息。對這些微弱信號進行有效地檢測、放大、分析和應用，已經成為現代科學研究、工業生産、醫療健康、環境保護等眾多領域不可或缺的關鍵技術。 本書旨在係統地介紹微弱信號檢測與應用領域的核心理論、關鍵技術、典型方法以及前沿進展。我們將帶領讀者深入理解微弱信號的本質、來源，以及其在不同應用場景下所麵臨的挑戰。通過對本書的學習，讀者將能夠建立起一個紮實的理論基礎，掌握實用的技術手段，從而能夠獨立地分析和解決實際的微弱信號檢測問題，並能創新性地將相關技術應用於新的領域。 第一部分：微弱信號的理論基礎與特性分析 在正式進入技術層麵之前，理解微弱信號的本質是至關重要的。本部分將從基礎理論齣發，深入剖析微弱信號的定義、特點及其産生的原因。 信號與噪聲： 我們首先將探討信號與噪聲的基本概念。信號是我們希望獲取的有意義的信息載體，而噪聲則是乾擾信號、降低信息準確性的無關因素。理解兩者的區彆和相互作用，是微弱信號檢測的首要前提。我們將詳細闡述各種噪聲的來源，包括熱噪聲、散粒噪聲、閃爍噪聲、環境噪聲等，並分析它們對信號檢測的影響。 微弱信號的定義與挑戰： 微弱信號通常指的是幅度極小、頻譜狹窄、或者信息隱藏在復雜背景中的信號。這些信號可能淹沒在強大的噪聲之中，其幅值可能僅有幾個微伏甚至納伏，頻率可能非常低，或者其信息呈現為細微的頻率、相位或幅度的變化。本書將係統地探討微弱信號的各種形態，並深入分析檢測微弱信號所麵臨的核心挑戰：信噪比低、易受乾擾、測量精度要求高、動態範圍寬等。 信號的統計特性： 信號和噪聲的統計特性對於設計有效的檢測策略至關重要。我們將介紹概率密度函數、功率譜密度、自相關函數等基本統計工具，並探討如何利用這些工具來描述和區分信號與噪聲。 信息論基礎： 從信息論的角度審視信號，有助於我們理解信息傳輸的極限。我們將簡要介紹香農信息論的基本概念，如信息熵、信道容量等，並探討如何在存在噪聲的情況下，最大限度地提取和恢復信號中所包含的信息。 第二部分：微弱信號檢測的關鍵技術與方法 掌握瞭微弱信號的基本理論後，本部分將詳細介紹實現微弱信號檢測的核心技術和常用方法。 放大技術： 由於微弱信號的幅度極小，放大是檢測過程中的第一道也是最關鍵的環節。我們將重點介紹不同類型的放大器，包括： 運算放大器（Op-Amp）基礎： 詳細講解運算放大器的基本原理、理想模型及其在各種放大電路（同相、反相、差分放大）中的應用。 低噪聲放大器（LNA）設計： 深入探討低噪聲放大器的設計原則，包括噪聲源的分析、噪聲係數的優化、以及在高頻和低頻應用中的具體設計考量。 電荷放大器： 介紹電荷放大器的工作原理及其在壓電傳感器、光電探測器等領域的應用。 斬波穩零與自動增益控製（AGC）： 講解這些技術如何剋服零點漂移和提高動態範圍，從而有效地放大微弱信號。 濾波技術： 濾波是分離信號與噪聲、抑製乾擾的有效手段。我們將係統介紹各種濾波器的原理和設計： 模擬濾波器： 深入講解低通、高通、帶通、帶阻濾波器（如Butterworth、Chebyshev、Bessel濾波器）的設計理論、頻率響應特性及其在不同應用場景下的選擇。 數字濾波器： 介紹FIR（有限衝激響應）和IIR（無限衝激響應）數字濾波器的原理、設計方法（如窗函數法、頻率采樣法、雙綫性變換法）以及它們在數字信號處理中的優勢。 自適應濾波器： 探討自適應濾波器的工作原理，以及它們在去除未知噪聲和跟蹤時變信號方麵的強大能力。 信號提取與增強技術： 當信號被噪聲嚴重淹沒時，需要更高級的技術來提取隱藏的信息。 同步平均（Coherent Averaging）： 詳細闡述同步平均的原理，即利用外部觸發信號將多個信號周期疊加，從而有效抑製隨機噪聲。 傅裏葉變換（FFT）與頻譜分析： 介紹快速傅裏葉變換（FFT）在信號頻譜分析中的應用，如何通過頻譜圖識彆信號的頻率成分和噪聲的特性。 小波變換（Wavelet Transform）： 講解小波變換的原理，它在時頻分析方麵的優勢，以及如何利用小波去噪和特徵提取。 相關技術（Correlation）： 介紹互相關和自相關函數，如何利用它們來檢測已知形狀的信號或分析信號的周期性。 鎖相環（PLL）： 講解鎖相環的工作原理，它在信號跟蹤、頻率閤成和噪聲抑製方麵的應用。 采樣與量化： 在將模擬信號轉化為數字信號進行處理時，采樣和量化的精度至關重要。 奈奎斯特采樣定理： 詳細闡述采樣頻率與信號帶寬的關係，以及欠采樣可能帶來的問題。 量化誤差與分辨率： 分析量化過程中産生的誤差，以及ADC（模數轉換器）的位分辨率對信號精度的影響。 過采樣與噪聲整形： 介紹過采樣技術和噪聲整形技術如何提高ADC的有效分辨率，從而更精確地捕捉微弱信號。 第三部分：微弱信號檢測的應用實例與前沿展望 理論與技術最終要迴歸到實際應用。本部分將通過具體的案例，展示微弱信號檢測技術在各個領域的廣泛應用，並展望未來的發展趨勢。 生物醫學工程： 心電圖（ECG）與腦電圖（EEG）信號檢測： 分析ECG和EEG信號的微弱特性，以及如何利用濾波、放大和去噪技術來捕捉和分析這些重要的生理信號。 肌電圖（EMG）信號檢測： 探討EMG信號的特點及其在神經肌肉疾病診斷中的應用。 生物傳感器信號處理： 介紹各種生物傳感器（如血糖傳感器、DNA傳感器）産生的微弱電信號的檢測與分析。 醫學影像處理： 簡要提及在醫學影像（如MRI、PET）中，對微弱信號的獲取和增強技術。 物理測量與科學儀器： 高精度稱重與力測量： 介紹應變片、壓電傳感器等如何産生微弱信號，以及如何進行精確放大和處理。 溫度、壓力、流量等參數的精密測量： 探討各種傳感器在測量微小變化時産生的微弱信號的檢測方法。 光學與聲學檢測： 涉及光電探測器、麥剋風等産生的微弱信號的處理，如天文觀測、聲學成像、激光雷達等。 半導體器件的微弱信號檢測： 在電子學領域，對器件內部産生的微弱電流、電壓信號的測量對於器件特性分析至關重要。 工業自動化與過程控製： 傳感器信號處理： 在工業現場，各種傳感器（如紅外傳感器、氣體傳感器、振動傳感器）産生的微弱信號如何被精確采集，以實現對生産過程的實時監控和精確控製。 故障診斷與狀態監測： 通過分析設備運行中産生的微弱振動、聲音或電信號變化，提前預警潛在的故障。 環境監測： 傳感器對大氣汙染物、水質、土壤成分等微量物質的檢測，需要對極其微弱的信號進行分析。 通信與導航： 弱信號通信： 在遠距離通信、深空探測等場景下，如何有效地接收和解碼極其微弱的通信信號。 射頻（RF）信號檢測： 在無綫通信領域，對微弱射頻信號的靈敏度和抗乾擾能力的要求極高。 前沿技術展望： 機器學習與人工智能在微弱信號處理中的應用： 探討如何利用AI算法（如深度學習）來自動識彆、分類和去噪微弱信號，實現更智能化的檢測。 新的傳感器技術與信號采集方法： 介紹近年來湧現齣的新型高靈敏度傳感器，以及它們對微弱信號檢測能力帶來的提升。 低功耗與便攜式微弱信號檢測係統： 隨著物聯網和移動技術的發展，對低功耗、小型化微弱信號檢測設備的需求日益增長。 量子傳感與量子信息處理： 展望量子技術在未來可能帶來的革命性微弱信號檢測能力。 本書的編寫力求嚴謹、係統、深入淺齣，既注重理論的深度，又強調實踐的應用性。我們希望通過對本書的介紹，能夠激發讀者對微弱信號檢測與應用領域濃厚的興趣，為他們在未來的學習、研究和工程實踐中提供堅實的理論支撐和實用的技術指導，最終能夠更好地洞察這個充滿信息的世界。

評分☆☆☆☆☆

翻開書頁，首先映入眼簾的是內容組織結構，我覺得這方麵做得非常到位。作者很顯然是經過深思熟慮，將復雜的微弱信號檢測技術分解成一個個邏輯清晰、循序漸進的章節。從最基礎的信號理論引入，到各種檢測原理的深入剖析，再到具體的應用實例，整個脈絡非常清晰，讓初學者也能較快地掌握核心概念。每章的開始都有明確的學習目標，結尾處也常常附帶一些思考題或者小結，這對於鞏固知識點非常有幫助。我特彆喜歡的是書中對一些關鍵公式和理論的推導過程，都進行瞭詳細的闡述，並且配有圖示，讓抽象的概念變得直觀易懂。即使是涉及到一些比較高深的數學模型，作者也盡量用通俗易懂的語言來解釋，避免瞭單純的公式堆砌，這一點對於非數學專業齣身的學生來說，簡直是福音。整體的編排思路，就像一位經驗豐富的老師，循循善誘地引導著學生一步步深入理解微弱信號檢測的奧秘。

評分☆☆☆☆☆

總的來說，這本書給我留下的印象非常深刻，它不僅在知識的傳授上做得很好，更在學習方法的引導上起到瞭積極作用。作者善於用類比和形象化的方式來解釋復雜的原理，使得原本枯燥的技術內容變得生動有趣。我個人尤其欣賞的是書中對案例分析的重視，每一個應用實例都剖析得非常透徹，從信號的來源、特點，到檢測方案的設計，再到結果的解讀，都給齣瞭詳實的說明。這不僅僅是知識的羅列，更是一種解決問題的思維方式的訓練。通過這些案例，我能夠更好地理解微弱信號檢測技術在實際工程中的地位和作用，也為我未來的職業規劃提供瞭更清晰的認識。雖然有些地方可能需要反復閱讀纔能完全消化，但這恰恰說明瞭其內容的豐富性和深度，也激發瞭我進一步學習和研究的興趣。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計雖然不算特彆齣挑，但整體感覺還是比較紮實的，符閤一本專業教材的定位。封麵上的字體清晰，排版也顯得比較規整。拿到書的時候，能感覺到紙張的厚度不錯，印刷質量也算上乘，沒有齣現模糊或者錯印的情況，這一點對於需要經常翻閱的教材來說，無疑是個加分項。而且，書的尺寸也比較適中，拿在手裏不會覺得過於沉重，放在書架上也不會占用太多空間，無論是用於課堂學習還是課後復習，攜帶和存放都比較方便。我尤其注意到封麵上的“全國高等院校儀器儀錶及自動化類‘十二五’規劃教材”這樣的字樣，這在一定程度上錶明瞭其在教育界認可度和權威性，讓人對內容的專業性和前沿性抱有期待，也方便瞭我們這些在校生根據教學大綱來選擇閤適的參考書籍，省去瞭不少甄彆的功夫。從外觀上看，它傳遞齣一種嚴謹、務實的學術氣息，讓人一拿到就能感受到它作為一本教學輔助工具的價值。

評分☆☆☆☆☆

書中對於一些前沿的微弱信號檢測技術也有涉及，雖然可能沒有那麼深入，但已經足夠讓讀者對這個領域的發展趨勢有一個初步的瞭解。比如，在提到某些新型傳感器或者信號處理算法時，作者會簡要介紹其基本原理和潛在的應用前景，這對於我們開闊視野，瞭解行業動態非常有益。而且，書中對於不同技術的比較也做得比較客觀，既指齣瞭它們的優勢，也坦誠地談論瞭它們的局限性，這讓讀者能夠根據具體需求做齣更明智的技術選擇，而不是盲目追求所謂的“最新技術”。雖然我個人對其中某個特定章節的詳盡程度可能還有更高的期待，但考慮到這是一本綜閤性的教材，能夠涵蓋如此廣泛的知識點，並且在一定程度上展現瞭研究的深度和廣度，已經是非常齣色的瞭。它像一個引路人，為我們指明瞭更深入探索的方嚮。

評分☆☆☆☆☆

在閱讀過程中，我發現書中對各種微弱信號檢測方法的優缺點分析相當到位，並且結閤瞭實際工程中的考量。它並沒有僅僅停留在理論層麵，而是花瞭相當大的篇幅去討論不同技術在實際應用中的可行性、成本、精度以及對環境的適應性等問題。例如，在介紹光電檢測技術時，不僅講解瞭其原理，還列舉瞭在生物醫學、環境監測等領域的具體應用案例，並分析瞭不同傳感器選擇的依據，這對於我們未來的畢業設計或者項目開發非常有指導意義。書中還穿插瞭不少實際操作中的注意事項和常見故障排除方法，這些細節之處體現瞭作者深厚的實踐經驗，遠比純粹的理論書籍更具價值。它教會我們的不僅僅是“是什麼”，更是“怎麼做”以及“為什麼這樣做”，這種從理論到實踐的橋梁作用，對於培養具備解決實際問題能力的工程師至關重要。