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1　仪器设计技术概论1

1.1　仪器技术的社会作用与重要地位3

1.1.1　仪器技术在认识世界方面的重要作用4

1.1.2　仪器技术在改造世界方面的重要作用6

1.1.3　仪器技术在国民经济方面的重要作用7

1.1.4　仪器技术在社会保障方面的重要作用8

1.1.5　仪器技术在国防安全方面的重要作用11

1.2　现代仪器设计技术的研究现状与发展趋势12

1.3　仪器的基本构成及其概念14

1.4　仪器设计技术简介16

思考题19

2　传感器与执行器技术20

2.1　传感器与执行器的技术特性指标22

2.1.1　传感器的主要技术特性指标23

2.1.2　执行器的主要技术特性指标30

2.2　光电效应及光电传感器的设计32

2.2.1　外光电效应及其传感器技术32

2.2.2 内光电效应及其传感器技术48

2.2.3　阵列式光电图像传感器66

2.2.4　结构型光电传感器的设计76

2.2.5　光纤传感器的设计81

2.3　磁效应及其传感器技术86

2.3.1　磁光效应及其传感器技术87

2.3.2　磁电效应及其传感器技术99

2.3.3　磁致伸缩效应及其应用145

2.3.4　核磁共振效应及其传感器技术146

2.3.5　超导量子效应及其传感器技术150

2.4　机电效应及其传感器的设计153

2.4.1　压电效应及其传感器技术153

2.4.2　压阻效应及其传感器技术159

2.4.3　结构型电路特征参数传感技术161

2.4.4　机械谐振效应及其传感器技术189

2.5 声波效应及其传感器技术193

2.5.1　声敏传感器技术197

2.5.2　超声波时延测量技术202

2.5.3　声波多普勒效应及其传感器技术204

2.5.4　超声回波扫描测量技术及其传感器设计208

2.5.5　声学显微测量技术及其传感器设计212

2.5.6　声表面波效应及其传感器设计216

2.6　其他基础效应及其传感器技术222

2.6.1　热电效应及其传感器设计222

2.6.2　半导体效应及其传感器设计226

2.6.3　隧道效应及其传感器设计247

2.6.4　射线测量及其传感器技术252

2.6.5　生物化学效应及其传感器技术254

2.7　执行技术及执行器设计258

2.7.1 电磁力效应及电磁执行器技术258

2.7.2　逆压电效应及其执行器技术277

2.7.3　磁致伸缩效应及其执行器技术279

2.7.4　光学执行器技术283

思考题290

3　仪器电路设计与系统集成技术292

3.1　模拟信号处理电路的设计292

3.1.1　模拟信号的基本运算电路的设计292

3.1.2　测量转换电路的设计296

3.1.3　仪器放大电路的设计311

3.1.4　滤波电路的设计322

3.1.5　信号调制解调电路的设计332

3.2　数字信号处理电路的设计340

3.2.1　单片机电路的设计341

3.2.2 FPGA和CPLD电路362

3.3　仪器通信接口电路的设计370

3.3.1 同步串行通信接口370

3.3.2　异步串行通信接口372

3.3.3　CAN总线技术376

3.3.4　USB总线技术383

3.3.5　仪器专用总线技术394

3.4　仪器系统集成技术396

3.4.1　独立式仪器集总集成方法397

3.4.2　分布式仪器总线集成方法398

思考题407

4　仪器精度理论与精度设计409

4.1　仪器精度的基本概念409

4.1.1　测量误差表征方法410

4.1.2　测量不确定度表征方法413

4.1.3　测量不确定度与测量误差的关系415

4.2　测量误差的基本性质417

4.2.1　随机误差的特性417

4.2.2　系统误差特性与仪器标定430

4.2.3　粗大误差特性及其剔除方法433

4.3　测量误差的传递与仪器精度设计435

4.3.1　测量误差的合成原理436

4.3.2　误差分配与仪器精度设计439

4.4　最小二乘法与回归分析方法443

4.4.1　最小二乘法最优估计原理443

4.4.2　回归分析方法452

思考题459

5　仪器可靠性设计465

5.1　可靠性特征参数与技术指标465

5.1.1　可靠性概率技术指标465

5.1.2　可靠性寿命技术指标469

5.1.3　产品寿命的典型分布特征471

5.2 系统可靠性模型与可靠性预测478

5.2.1　可靠性系统模型478

5.2.2　串联系统的可靠性预测方法479

5.2.3　并联冗余系统的可靠性预测方法481

5.2.4　r/n并联表决系统的可靠性预测方法483

5.2.5　非工作储备系统的可靠性预测方法484

5.2.6　复杂系统的可靠性预测方法485

5.3 系统可靠性分配与设计493

5.3.1　平均分配设计原则493

5.3.2　按相对失效率比分配的设计原则494

5.3.3　AGREE分配设计原则498

5.3.4　花费最小的设计原则501

5.4　提高系统可靠性的方法511

5.4.1　元件和零部件的质量控制511

5.4.2　降额设计方法513

5.4.3　简化设计方法513

5.4.4　冗余设计方法514

5.4.5　耐环境设计514

5.4.6　硬件抗干扰设计516

5.4.7　软件可靠性设计526

5.4.8　包装和运输设计527

思考题527

6　人机工程学设计基础532

6.1　人的特性研究533

6.1.1　人体静态特征参数534

6.1.2　人体动态特征参数534

6.1.3　人体肢体活动的力量范围541

6.1.4　肢体动作的灵活性和准确性543

6.1.5　人体的信息感知特性543

6.2　人-机系统的设计549

6.2.1　仪器显示面板的布局设计549

6.2.2　仪器控制台的布局设计563

6.3　人与环境的关系研究566

6.3.1　热环境对人的影响566

6.3.2　光环境对人的影响569

6.3.3　声环境对人的影响572

6.3.4　振动环境对人的影响573

6.3.5　有毒环境对人的影响574

6.4　人-机-环境的关系574

思考题576

附录A　标准正态分布密度函数表577

附录B　标准正态分布积分表579

附录C　Γ函数表581

参考文献583