內容簡介
本書共分6章，內容包括緒論、儀器儀表中的感測集成技術、系統及系統特性描述、儀器儀表計算機系統集成技術、典型儀器儀表集成系統套用實例、現代測控與儀器微納米系統集成技術。
本書可供從事測控技術與儀器、電子精密機械、機電一體化、光學儀器、精密儀器與機械、微納米機電系統的研究、設計、製造、使用和調修的工程技術人員學習和參考。
前言
當今世界已進入資訊時代，信息技術成為推動科學技術和國民經濟發展的關鍵技術。測量控制與儀器儀表作為對物質世界的信息進行採集、處理、控制的基礎手段和設備，是信息產業的源頭和重要組成部分。儀器儀表是工業生產的“倍增器”，科學研究的“先行官”，軍事上的“戰鬥力”，國民活動中的“物化法官”，套用無所不在。
現代測量控制與儀器儀表是機械、電子、計算機、材料、物理、化學、生物等領域先進技術的高度綜合，是一個國家科技和國民經濟發展水平的重要標誌。測量控制與儀器儀表工程師是國家急需的專業技術人才。為了適應我國經濟發展的需要和政府職能的轉變，發展和規範專業人才評價工作，推動人才的合理交流和用人單位的量才錄用，促進工程師資格國際互認，經中國科學技術協會批准，中國儀器儀表學會已正式開展測量控制與儀器儀表工程師資格認證(Measurement & Control and Instrumentation Engineer Accreditation,MCIEA)工作。為保證MCIEA工作的順利進行和確保MCIEA的質量，將MCIEA與專業繼續教育、培訓和資格考試緊密結合，中國儀器儀表學會委託授權15所高校建立第一批MCIEA培訓考試中心，開展培訓和組織考試。為此，中國儀器儀表學會組織專家、教授專門編寫了這套MCIEA培訓教材，經MCIEA教材編審委員會及有關單位的專家審定正式試用。
這套MCIEA培訓教材包括《測量控制與儀器儀表的前沿技術及發展趨勢》與《測量控制與儀器儀表現代系統集成技術》兩本教材。兩本教材對測量控制與儀器儀表套用最多且發展較快的一些前沿技術及發展趨勢進行了全面描述，對測量控制與儀器儀表現代系統集成技術的原理、套用和發展進行了重點說明。這套教材內容廣泛、深入淺出、條理分明，在突出技術先進性的同時，兼顧技術的實用性，力求學員在領會測量控制與儀器儀表的前沿技術及發展趨勢、提高接受和運用新技術能力的同時，了解測量控制與儀器儀表現代系統集成技術的本質、提高解決實際問題的能力。這些知識和能力是一個現代測量控制與儀器儀表工程師需要具備的。中國儀器儀表學會名譽理事長
Foreword隨著經濟的全球化，製造業也正快速地走向國際化、集成化和柔性化。現在已經進入了資訊時代，信息工業的發展仰賴於信息的獲取，而信息的獲取是由儀器儀表來實現的，儀器儀表是現代科技的前沿技術，是複雜大系統集成的基礎。
為適應我國政府職能的轉變，發展和規範專業人才評價工作，充分發揮工程技術人員的積極性和創造性，促進人才的合理交流，鼓勵他們在推進技術進步、振興經濟中作出貢獻； 為適應科技發展的需要，趕上世界科技進步的步伐，提高我國測控技術的水平，在政府巨觀指導下，開展社會化的測量控制與儀器儀表工程師資格認證工作，推進測量控制與儀器儀表工程師資格國際互認，中國儀器儀表學會和人事部全國人才交流中心推出了測量控制與儀器儀表工程師資格培訓、考試和認證。本書就是根據測量控制與儀器儀表工程師資格認證標準（MCIEA）的教學大綱編寫而成的。
本書總結了編著者長期的教學經驗與科研工作成果，薈萃了有關現代測量控制與儀器儀表系統集成技術的理論和成果，著力反映這一學術領域的當代發展水平，使培訓學員在系統掌握測控系統的基礎理論、技術與方法的基礎上，重點學會系統集成，以提高解決實際問題的能力。同時本書力圖做到概念清楚、深入淺出，對測量控制與儀器儀表現代系統集成技術有關的共同性理論和方法進行了系統全面的闡述。
本書共分6章。
第1章緒論。人類在其自身的社會發展中創造並發展了儀器測量學，本章介紹了儀器儀表在國民經濟中的地位、儀器儀表技術的發展現狀、現代儀器儀表系統的基本結構與組成、儀器儀表集成的基本概念及意義。
第2章儀器儀表中的感測集成技術。感測器是測控技術的基礎，本章介紹了現代感測技術的發展、現代感測技術在儀器儀表集成系統中的位置和作用、測量系統的基本功能、感測器的分類、典型感測器及其在儀器儀表系統集成中的套用，以及光電感測技術和微型感測集成系統。
第3章系統及系統特性描述。集成信息化大系統向著開放、集成、高速和網路管理智慧型化方向發展。本章介紹了系統集成的概念、基本集成模組，闡述了系統建模及仿真以及系統控制集成技術。
第4章儀器儀表計算機系統集成技術。儀器儀表計算機系統是大生產的重要組成部分。本章論述了計算機集成儀器儀表系統的基本功能結構、系統集成中的計算機接口技術、智慧型儀器系統的硬體處理技術、智慧型儀器系統處理技術及基於虛擬儀器技術的系統集成。
第5章典型儀器儀表集成系統套用實例。本章介紹了典型儀器儀表集成系統套用實例，包括集成多感測技術的產品質量檢測系統、基於虛擬儀器的大型橋樑結構動態特性測試系統集成、大型電站設備狀態監測與故障診斷系統、鍋爐燃燒質量監測控制系統、慣性儀表自動測試系統。
第6章現代測控與儀器微納米系統集成技術。微納米技術是近年來發展起來的新技術，在測控系統中套用越來越廣泛。本章系統地闡述了微納米測試系統集成技術，介紹了生物工程中測控集成技術與納米自組裝技術。
本書由丁天懷教授主持編寫。參加編寫的人員有： 王伯雄教授（1?1～1?4，5.1），王伯雄教授和丁天懷教授（2.1～2.5 ），董景新教授（3?1～3?4，4.1，4.2，5.5），王東生教授（2.6，5.4），李慶祥教授（2.7，6.2），王雪副教授和丁天懷教授（4.3，4.4，5.3），李玉和副教授（ 6.1，6.3 ），鄧焱副教授（4.5，5.2）。第1章和第2章由王伯雄教授統稿， 第3章和第4章由董景新教授統稿，第5章和第6章由李慶祥教授統稿。全書由丁天懷、李慶祥教授統稿。
本書為測量控制與儀器儀表工程師資格培訓教材，同時也可供從事測控技術與儀器、電子精密機械、機電一體化、光學儀器、精密儀器與機械、微納米機電系統的研究、設計、製造、使用和調修的工程技術人員學習和參考。
由於編著者水平有限，書中難免有不妥甚至錯誤之處，殷切希望讀者提出寶貴意見。
目錄
1緒論
1.1儀器儀表在國民經濟中的地位
1.2儀器儀表技術的發展現狀
1.3現代儀器儀表系統的基本結構與組成
1.4儀器儀表系統集成的基本概念及意義
思考題
參考文獻
2儀器儀表中的感測集成技術
2.1現代感測技術的發展
2.2現代感測技術在儀器儀表集成系統中的
置和作用
2.3測量系統的基本功能
2.3.1測量系統的功能模組組成
2.3.2功能模組間的相互作用
2.4感測器的分類
2.4.1按被測物理量進行分類
2.4.2按作用原理進行分類
2.4.3按能量轉換關係進行分類
2.4.4常用感測器的種類
2.5典型感測器及其在儀器儀表系統集成中的
套用
2.5.1電阻式感測器及其套用
2.5.2電感式感測器及其套用
2.5.3渦流感測器及其套用
2.5.4電容式感測器及其套用
2.5.5壓電感測器及其套用
2.5.6磁電式感測器及其套用
2.6光電感測技術
2.6.1光電感測技術基礎
2.6.2光譜測試技術
2.6.3莫爾條紋測量技術
2.6.4干涉測量技術
2.6.5光纖感測技術
2.7微型感測集成系統
2.7.1概述
2.7.2微型感測器
2.7.3微型感測集成系統的套用
思考題
參考文獻
3系統及系統特性描述
3.1系統集成的概念
3.1.1系統集成概念的提出和發展
3.1.2系統集成的基本結構形式
3.2基本集成模組
3.2.1物理層配置
3.2.2套用層
3.3系統建模及仿真
3.3.1系統需求分析
3.3.2建模及仿真
3.4系統控制
3.4.1分散型控制系統
3.4.2現場匯流排控制系統
3.4.3可程式邏輯控制
3.4.4數位訊號處理器
3.4.5嵌入式控制器
3.4.6PID控制器
3.4.7最優控制
3.4.8自適應控制
思考題
參考文獻
4儀器儀表計算機系統集成技術
4.1計算機集成儀器儀表系統的基本功能結構
4.1.1數據的融合與綜合利用
4.1.2網路體系結構與網路協定
4.1.3Internet國際網際網路
4.1.4現場匯流排技術
4.2系統集成中的計算機接口技術
4.2.1接口技術概述
4.2.2簡單I/O接口
4.2.3中斷
4.2.4異步串列I/O
4.3智慧型儀器系統的硬體處理技術
4.3.1概述
4.3.2智慧型儀器的輸入通道及數據採集
4.3.3智慧型儀器的輸出通道
4.3.4智慧型儀器的通信原理與人機接口
4.4智慧型儀器系統處理技術
4.4.1智慧型儀器的典型處理功能
4.4.2智慧型儀器硬體電路的抗干擾
4.4.3智慧型儀器的設計與實現
4.5基於虛擬儀器技術的系統集成
4.5.1虛擬儀器的概念及系統構成
4.5.2虛擬儀器的軟體技術
4.5.3虛擬儀器的硬體技術
思考題
參考文獻
5典型儀器儀表集成系統套用實例
5.1集成多感測技術的產品質量檢測系統
5.1.1概述
5.1.2融合接觸與非接觸測量技術的產品集成檢測系統
5.1.3系統模組設計與功能介紹
5.1.4感測器的選擇與系統的集成
5.1.5測量裝置的協調與測量過程自動化
5.2基於虛擬儀器的大型橋樑結構動態特性測試系統的集成
5.2.1橋樑結構動態特性測試需求分析
5.2.2橋樑結構動態特性測試系統功能設計
5.2.3基於虛擬儀器技術的大型橋樑測試系統的集成
5.2.4攜帶型橋樑結構測試系統集成案例
5.2.5長期監測的橋樑結構測試系統集成案例
5.3大型電站設備狀態監測與故障診斷系統
5.3.1概述
5.3.2電站機械設備狀態監測常用感測器
5.3.3電站機械設備狀態參數監測
5.3.4電站機械設備故障的機理與診斷
5.3.5設備狀態監測與故障診斷典型系統介紹
5.3.6新華電站XDPS?400分散控制系統
5.4鍋爐燃燒質量監測控制系統
5.4.1概述
5.4.2鍋爐燃燒質量監測控制系統設計
5.5慣性儀表自動測試系統
5.5.1性能指標要求
5.5.2總體方案
5.5.3部件選擇
5.5.4控制器及接口電路
5.5.5控制系統框圖
思考題
參考文獻
6現代測控與儀器微納米系統集成技術
6.1微納米測試系統集成技術
6.1.1微納米測試技術概述
6.1.2表面粗糙度測試系統
6.1.3線條寬度測試系統
6.1.4台階高度測試系統
6.1.5膜厚測量系統
6.2生物工程中測控集成技術
6.2.1生物單元測控集成技術
6.2.2典型套用系統
6.3納米自組裝技術
6.3.1納米自組裝技術概述
6.3.2納米自組裝原理、特點
6.3.3納米自組裝技術的典型套用
思考題
參考文獻
測量控制與儀器儀表現代系統集成技術