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前言1

第1章　绪论1

1.1　安全监测的意义、目的和任务1

1.1.1　安全监测的意义1

1.1.2　安全监测的目的2

1.1.3　安全监测的任务3

1.2　安全监测技术的发展概况4

1.2.1　危险性分析和定量分析阶段4

1.2.2 实时在线监测阶段5

1.3　本书的主要内容5

2.1.1　传感器的基本概念7

2.1　概述7

第2章　安全监测用传感器7

2.1.2　传感器的分类8

2.1.3 常用传感器10

2.2　温度传感器10

2.2.1　膨胀式温度传感器10

2.2.2　热电偶温度传感器13

2.2.3　热电阻温度传感器15

2.2.4　半导体热敏电阻16

2.3　压力传感器18

2.3.1　应变式压力传感器18

2.3.2　压电式压力传感器20

2.3.3 电容式差压传感器20

2.4.1　差压式流量传感器21

2.4　流量传感器21

2.4.2 电磁式流量传感器23

2.4.3　涡轮式流量传感器24

2.4.4　超声式流量传感器25

2.5　物位传感器27

2.5.1　音叉式料位传感器27

2.5.2 电容式料位传感器28

2.5.3　超声式料位传感器31

2.5.4　微波式及γ射线料位传感器35

2.6　气体传感器36

2.6.1　接触燃烧式气体传感器36

2.6.3　半导体气体传感器37

2.6.2 热线式热传导率气体传感器37

第3章　数据采集与信号处理技术41

3.1　数据采集技术基础41

3.1.1　信号A/D、D/A转换过程41

3.1.2　采样信号的频谱43

3.1.3　采样定理46

3.1.4　采样方式49

3.2　典型的数据采集系统51

3.3　数据采集系统的技术要求54

3.3.1　数据采集系统的主要技术指标54

3.3.2　高速数据采集系统的主要技术指标54

3.4　计算机数据采集系统56

3.4.1　计算机数据采集系统的基本构成56

3.4.2　主要功能电路58

3.5.1　概述64

3.5　信号处理基础64

3.5.2　时域分析和频域分析65

3.5.3　随机信号处理66

3.5.4 离散傅里叶变换71

3.6　信号中的噪声73

3.6.1 白噪声73

3.6.2　有色噪声74

3.6.3　脉冲噪声74

3.6.4　随机噪声的波形75

3.7　信号的预处理77

3.7.3　幅值处理78

3.7.5　去趋势项78

3.7.4　去均值78

3.7.2　预滤波78

3.7.1 解调78

3.7.6　预白化80

3.8　信号平均81

3.8.1　信号平均方法81

3.8.2 Boxcar平均器82

3.8.3　时域多点平均83

3.9　信号的滤波85

3.9.1 经典滤波和统计滤波85

3.9.2　模拟滤波器90

3.9.3　数字滤波器92

3.10　信号的平滑处理93

3.10.1　单纯移动平均法95

3.10.3　适应平滑法96

3.10.2 多项式拟合法96

3.10.4　频域平滑法97

第4章　智能化和干扰抑制技术99

4.1　监测智能化技术99

4.1.1　非线性自校正99

4.1.2 自校零与自校准103

4.1.3 自补偿107

4.2　干扰与抑制118

4.2.1　干扰的来源和传播方式118

4.2.2　干扰的抑制122

5.2　红外非接触测温技术128

5.2.1　红外辐射测温的基本原理128

5.1　概述128

第5章　现代温度监测技术128

5.2.2　红外辐射测温仪135

5.3　基于彩色三基色的温度测量技术152

5.3.1 彩色三基色温度测量原理153

5.3.2　彩色三基色温度测量装置155

5.4　分布式光纤温度测量技术156

5.4.1 分布式光纤温度测量的原理156

5.4.2　分布式光纤温度测量系统的结构及特性159

5.4.3 分布式光纤温度测量系统的应用范围160

5.4.4　分布式光纤温度测量技术的局限性及发展趋势160

第6章　红外气体浓度监测技术162

6.1　概述162

6.2　红外气体浓度监测的基本原理162

6.2.1 双原子分子的红外吸收频率163

6.2.2 多原子分子的红外吸收频率166

6.2.3　特征红外吸收波长168

6.2.4　红外吸收定律169

6.3　非色散红外吸收气体浓度监测技术170

6.3.1 时间双光束测量方法171

6.3.2 空间双光束测量方法172

6.4　红外大面积气体泄漏监测技术173

6.4.1 红外大面积气体泄漏的双光束监测原理174

6.4.2　红外大面积气体泄漏监测的量纲175

第7章　声发射监测技术177

7.1　概述177

7.2　声发射监测的理论基础178

7.2.1　声发射产生条件及声发射源178

7.2.2　声发射信号的表征参数181

7.2.3　声发射源定位184

7.3　声发射监测仪器188

7.3.1　声发射监测仪的组成188

7.3.2　声发射传感器188

7.3.3　信号处理部分190

7.4　声发射监测技术在安全工程中的应用191

7.4.1　应用声发射监测技术预报矿山岩体冒落和崩塌191

7.4.2　利用声发射监测技术预测预报煤与瓦斯突出192

第8章　微弱信号检测技术194

8.1　相关检测原理194

8.1.1　相关函数194

8.1.2　相关检测196

8.2.1　锁定放大器的工作原理199

8.2　锁定放大器199

8.2.2　锁定放大器的主要参数201

8.3　取样积分器202

8.3.1　取样积分器的工作原理203

8.3.2　取样积分器的主要参数207

8.4　光子计数技术210

8.4.1　光子计数的原理211

8.4.2　光子计数系统的测量误差216

第9章　人工神经网络及其应用219

9.1　概述219

9.1.1　人工神经网络的优越性及存在的问题220

9.1.2　人工智能专家系统与神经网络的比较220

9.2.1　人工神经元221

9.2　人工神经网络基础221

9.2.2　人工神经元模型222

9.2.3　前馈神经网络223

9.2.4　神经网络的两大类学习算法224

9.2.5　误差反向传播BP算法225

9.3　神经网络在火灾烟雾识别中的应用226

9.3.1 火灾烟雾识别神经网络模型226

9.3.2　仿真训练及验证229

9.3.3　应用小结230

第10章　现场总线技术及其应用231

10.1　概述231

10.2　现场总线的发展背景与趋势232

10.2.1　现场总线是综合自动化的发展需要232

10.2.3　现场总线将朝着开放、统一标准的方向发展233

10.2.2　智能仪表为现场总线的出现奠定了基础233

10.3　现场总线的特点与优点234

10.3.1　现场总线系统的结构特点234

10.3.2　现场总线系统的技术特点235

10.3.3　现场总线的优点236

10.4　几种有影响的现场总线技术237

10.4.1　基金会现场总线237

10.4.2 LonWorks总线238

10.4.3 PROFIBUS总线238

10.4.4　CAN总线239

10.4.5 HART总线239

10.5.1　现场总线新型测量系统240

10.5　现场总线的应用240

10.5.2　现场总线设备管理系统241

第11章　虚拟测试仪器技术及其应用246

11.1　概述246

11.1.1　虚拟测试仪器的特点247

11.1.2　虚拟测试仪器的研究方向247

11.2　虚拟测试仪器的含义与系统构成248

11.2.1　虚拟测试仪器的含义248

11.2.2　虚拟测试仪器的系统构成250

11.2.3　虚拟测试仪器的系统构建251

11.3　虚拟测试仪器的硬件构成252

11.3.1 基于PC总线的虚拟测试仪器硬件252

11.3.2　基于VXI总线的虚拟测试仪器253

11.4.1 LabVIEW258

11.4　虚拟测试仪器软件开发平台258

11.4.2　LabWindows/CVI259

11.5　虚拟测试仪器系统的应用260

11.5.1　功能描述260

11.5.2　工作原理260

11.5.3　面板设计263

第12章　监控组态软件及其应用265

12.1　监控组态软件及其发展265

12.1.1 “组态”和“监控组态软件”的概念265

12.1.2　监控组态软件的发展趋势266

12.1.3　组态软件的设计思想及特点269

12.1.4　组态软件的数据流273

12.1.5　使用组态软件的一般步骤274

12.1.6　监控组态软件在自动监控系统中所处的地位275

12.2　监控组态软件的核心组成276

12.2.1　组态软件的系统构成及图形开发环境276

12.2.2 实时数据库280

12.2.3　监控组态软件的I/O设备驱动283

12.3　监控组态软件的扩展功能286

12.3.1　监控组态软件的网络体系和通信功能286

12.3.2　监控组态软件与第三方软件的通信方式291

12.3.3　监控组态软件的控制功能295

12.4　监控组态软件在罐区监控系统中的应用298

12.4.1　罐区概况与监控要求298

12.4.2 系统方案299

12.4.3　软件设计说明300

12.4.4 系统调试及运行情况303

参考文献304