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  14. 教育师范
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  1. 本书是教材和专著的结合体，编著理念新，编写风格新，主要体现在按照智能仪器自顶向下设计方法体系编排章节，编写了诸多同类教科书一般没有写过的东西，比如测量不确定度、现代设计方法体系及其应用、微弱信号处理理论技术、功能安全、结构安全、可靠性设计、现场总线和工业以太网特别是EPA等等。注重相关标准的要求，概念和方法都讲求标准化；强调和使用过程实际的开发平台；紧密结合生产、工程实际和学科前沿最新理论、技术、...查看更多
  2. 前    言
    一、课程地位和目标
    智能仪器是电子信息工程、测控技术与仪器、自动化等专业的专业必修课，也是其他专业比如生物医学工程、食品质量与安全、食品营养与检验教育、安全工程、刑事科学技术、运动训练、生物信息学、建筑电气与智能化、轨道交通信号与控制、水质科学与技术、农学类专业（农业资源与环境、野生动物与自然保护区管理、水土保持与荒漠化防治等）、医学类专业（如食品卫生与营养学、医学检验技术、医学影像技术等）、机械类（过程装备与控制工程等）、地理科学类（如自然地理与资源环境）、大气科学类（应用气象学等）地球物理学类、地质学类、地质类、测绘类、矿业类、交通运输类、航空航天类、兵器类（探测制导与控制技术、信息对抗技术等）等专业以及仪器分析学科的主要和重要必修或选修课程。在专业基础课如电路分析、模拟电子技术、数字电路等的基础上，其先修课程主要有计算机原理与接口技术（或者单片机原理与接口技术）、EDA技术、信号与系统、数字信号处理、电子测量技术、传感器技术以及汇编和高级程序设计语言（典型的是C语言）、软件工程等，此外还要了解或掌握人工智能、智能计算、软测量等课程的相关理论、技术和方法；其后续课程是专业实习、毕业设计等。
    智能仪器课程主要讲解智能化仪器仪表的组成原理、设计技术和应用方法等；涉及多门学科和课程的理论技术与方法。课程目的是使学生掌握智能仪器的基本原理、发展趋势、相关理论技术，以及智能仪器项目、系统的设计、研发方法，以适应电子信息技术和测控技术发展的要求，为从事测控技术与仪器仪表、电子信息工程、自动化等领域的工作打下坚实的基础。
    二、本书宗旨、特点
    一部教材应该体现某些教育思想和教学理念，结合具体的教学模式进行讲授。本书依照开放实验学的思想，引入面向对象哲学思想和工程技术方法，结合项目教学模式进行编写。开放实验学本质是以实验者（学习者）为主体，以教师为主导和合作者，有机结合多种教育理论如建构主义和开放教育理论，采取多种教学模式和方法，以发现和挖掘学生潜力、提升学生智慧，培育学生创新思维方式、创造意识、科学精神和创新文化、创新人才为目标的（实验）教学体系。开放实验学最为核心的思想就是课堂是实验室的延伸，课堂教学内容是实验教学的有机组成部分，实验以实际生活需求和生产过程中的项目形式展开，课堂教学也结合项目进行；比如电子工程专业，课堂教学就是结合项目，利用PROTEUS、KEILC、MATLAB等软件进行相关理论知识和技术的演示验证，对项目进行仿真实验教学等。通过这种开放实验教学过程，达到实验内容项目化、教学过程工程化、实验结果产品化，教学任务完成后项目自成体系，并具有一定商业市场推广价值。为此，引入面向对象哲学思想和工程化技术方法，把理论知识和应用理论知识的工程技术实践方法结合（封装）在一起成为具体的课题、项目，最终形成现实的新的物理对象。其基本目标在于彻底根除传统教学中学生只见局部、不见项目整体，只见僵化知识，不知实践应用，只见静态的基本原理，不见动态的发展现状和趋势，只懂书本内容，没有提升科学文化和科学精神等痼疾，这也更加符合国家卓越工程师培养计划的要求。
    本书的写作风格不是以一副居高临下的态势板着脸孔训人，没有抬出一大堆概念或者公式，弄的初学者一头雾水，不知所措，而且那样做最大的危害还是在心理上的，对学生的学习兴趣、信心给予了无情的打击，对其学习动力造成严重破坏。本书以一种平易近人的态度，以朴实、通俗的语言娓娓道来，注重一开始就引起学生极大而且浓厚的兴趣进行学习，逐步介绍智能仪器相关基本概念、沿革，讲解相关理论、技术、知识、方法和手段。主要目的在于结合当前智能仪器理论技术现状、趋势和前沿，密切结合实际运用，开阔学生视野，注重培养学生的工程思维方式和技术思想、创新意识和创新精神，使教材成为理论技术与工作实践的接口，达到学而有用、学而能用、学而会用、学而够用的目的。
    本书不只是教材，还是凝聚了作者心血的著作，体现了很多新东西，编著理念新，编写风格新。内容新，主要体现在几个方面：一是按照智能仪器自顶向下设计方法体系编排章节，自始至终强调体系结构观念和系统方法论思想；二是自始至终强调智能仪器全寿命周期过程；三是编写了诸多同类教科书一般没有写过的东西，比如测量不确定度、微弱信号处理、现代设计方法体及其应用、功能安全、结构安全、可靠性设计、现场总线和工业以太网特别是EPA等；四是注重标准的要求，概念和方法都讲求标准化；五是注意提供一些启发性、开拓性的线索；六是注意提示、强调和使用过程实际的开发平台；七是紧密结合生产、工程实际和学科前沿最新理论、技术、方法和工具；八是有时候以图代文，给读者自己解说的空间；九是将编者的一些新的思想、观点写进书中，比如智能仪器的定义等；十是力图把培养工程观念和思维方式放在首位，而不是只注重介绍相关知识。
    三、本书结构和编写情况
    本书共12章，可分为3部分，第1部分是基础理论，包括第1～4章；第2部分主要介绍设计理论和工程技术方法，包括第5～10章；第3部分是设计实例和工程应用，包括第11、12章。
    本书每一章开头列出重点内容，应该准备的相关基础，以及必须掌握的相关理论知识和工程技术方法。在相关项目实例中，列出相关学科的技术方法等必要条件，相关理论技术的现状和前沿性、前瞻性课题，以及相应的软硬件开发平台等。为实现本书宗旨提供强有力的方法论保障。
    本书第1章由傅林编写，属于绪论性质，介绍测量、仪器、智能仪器的基本概念和作用，电子测量技术的特点、仪器的技术指标、智能仪器的基本构成和特点。第2章由傅林编写，介绍微弱信号检测与智能传感器的理论和相关工程技术方法。第3章由傅林、胡沁春编写，介绍数据智能分析与智能处理相关理论和工程技术方法。第4章由傅林编写，从方法论的角度介绍智能仪器设计。第5章由傅林编写，介绍智能仪器性能设计。第6章由傅林编写，介绍智能仪器总线等内容。第7章由傅林编写，介绍智能仪器功能安全等理论知识与设计。第8章由傅林和蒋勇敏编写，介绍智能仪器结构设计。第9章由傅林、邓昌建、聂玲编写，介绍智能仪器硬件系统设计。第10章由傅林、邓昌建、聂玲编写，介绍智能仪器软件系统设计。第11章医疗仪器设计，由傅林编写。第12章智能仪器应用，由傅林、邓昌建编写。本科生李浩、胡元川制作了部分插图，编写了部分Matlab程序。全书由傅林统稿。
    四、本书的应用范围
    本书不仅适用于普通高等院校，也适用于各类职业院校；不仅适用于电子信息工程专业、自动控制专业、测控技术与仪器专业，也适用于生物医学专业以及前述其他需要掌握或者开设了测试测量仪器技术相关课程的专业。本书除了作为广大高等院校、职业院校师生员工的教材、参考教程、辅助读本之外，也可以供广大工程技术人员以及其他人员参考。
    五、本书交互渠道
    本书作者一贯反感、反对那些只是套用“由于作者水平有限，书中难免存在错漏之处，敬请批评指正”之类假话套话，而不留下任何批评指正机会、信息的做法。本书提供以下交互渠道，诚恳地期待与广大学者、专家、师生和工程技术人员以及其他读者进行交流和讨论。
    主编傅林联系方式：
    1. 电话：18980999338，13982138601
    2. Email：fulinlong@163.com
    3. QQ：705289580
    4. 地址：成都郫县中信大道2段1号，成都工业学院电子工程系，611730
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  1. 第1章  测量、仪器和智能仪器 1
    1.1  测量 1
    1.2  仪器 8
    1.3  智能仪器 12
    习题与思考一 16
    第2章  智能传感器和微弱信号检测 17
    2.1  传感器基础 17
    2.2  智能传感器 23
    2.3  智能传感器标准体系简介 32
    2.4  微弱信号检测理论技术简介 35
    习题与思考二 58
    第3章  数据智能分析与处理 59
    3.1  误差理论 59
    3.2  测量不确定度 72
    3.3  智能仪器中的反问题及其处理要求 87
    3.4  智能仪器中的智能信息处理方法 90
    习题与思考三 99
    第4章  智能仪器设计方法 100
    4.1  现代设计理论与方法 100
    4.2  智能仪器现代设计理论与方法 106
    4.3  智能仪器现代设计平台 115
    习题与思考四 125
    第5章  智能仪器性能设计 126
    5.1  智能仪器质量管理体系 126
    5.2  智能仪器总体性能设计框架 128
    5.3  智能仪器可靠性设计 132
    习题与思考五 169
    第6章  智能仪器总线 170
    6.1  智能仪器常用计算机总线 170
    6.2  测控总线 180
    6.3  现场总线 193
    6.4  工业以太网总线 201
    习题与思考六 211
    第7章  功能安全与安全仪器 212
    7.1  功能安全 212
    7.2  安全仪表及其设计 221
    7.3  安规和本质安全 237
    7.4  FSM与QMS、ISMS、OMS、EMS 245
    习题与思考七 247
    第8章  智能仪器机械结构设计 249
    8.1  智能仪器结构设计概述 250
    8.2  智能仪器结构设计一般准则 253
    8.3  仪器机箱设计 260
    8.4  仪器结构人类工效学设计 265
    习题与思考八 267
    第9章  智能仪器硬件系统设计 268
    9.1  智能仪器中的微处理器 268
    9.2  智能仪器硬件系统的开发平台 275
    9.3  智能仪器的控制器系统设计 277
    9.4  智能仪器的存储器系统设计 281
    9.5  智能仪器的通信、网络及其接口 283
    9.6  智能仪器的电路原理图设计技术和规范 290
    9.7  智能仪器的PCB板图设计技术和规范 294
    9.8  智能仪器设计仿真技术 300
    习题与思考九 304
    第10章  智能仪器软件系统设计 306
    10.1  智能仪器的软件框架设计 306
    10.2  智能仪器软件的开发语言和平台 310
    10.3  智能仪器的控制系统软件 316
    10.4  智能仪器的存储器软件设计 321
    10.5  智能仪器通信与网络软件设计 326
    习题与思考十 338
    第11章  生物医学仪器 339
    11.1  生物医学仪器相关知识 339
    11.2  生物医学仪器 346
    11.3  生物医学仪器设计开发过程 351
    11.4  项目一：BL-420F生物信号采集与处理系统改进设计 358
    11.5  项目二：BW-200生理无线遥测系统改进设计 366
    11.6  项目三：生物医学仪器风险管理、功能安全与电磁 兼容性设计相关要求 369
    习题与思考十一 380
    第12章  智能仪器应用 381
    12.1  自动测试系统 381
    12.2  故障预测与健康管理系统 385
    12.3  交通枢纽电子警察系统 391
    12.4  智能小区监测系统 394
    12.5  智能电网中的智能仪器 398
    习题与思考十二 402
    主要参考文献 403




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