進入21世紀以來，國家教育部推出了一系列提升高校教學質(zhì)量、自我強化完善的機制體制，圍繞“新工科”教育，在教育教學方法、專業(yè)整體布局、實驗實訓、質(zhì)量考核等各個環(huán)節(jié)進行了一系列的研究探討，取得了豐碩的成果，在國內(nèi)產(chǎn)生了一定的影響。
要實現(xiàn)“新工科”的理念，首先是教學師資力量和教材，沒有教材，特別是好的教材，實現(xiàn)“新工科”教育理想，豈不成了無源之水、無本之木，再美好的理念也無法得到落實。同時，業(yè)界有與之相配套的教材、實驗指導、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等相關(guān)教學資料的需求，而本書正是為適應“新工科”理念所進行的有益探索和嘗試。
大學沿襲工業(yè)化生產(chǎn)模式，導致條塊分割過度專業(yè)化的弊端，博士越讀越專，學問越做越窄，在當下日趨復雜、需要多專業(yè)相互協(xié)作解決的具體社會、科學問題，顯現(xiàn)出諸多短板。呼吁打破學科壁壘，按社會、科學問題重組高校課程�，F(xiàn)代學科高度融合，相互滲透，其間有著千絲萬縷的聯(lián)系，使得我們在研究某一學科、某一技術(shù)時，必須學習運用借鑒其他學科的技術(shù)思想、方法與應用成就。
由此聯(lián)想到，不僅僅是進行各個行業(yè)的專業(yè)概論的普及，更應該了解人類文明歷史進程中的帶有普適性的科學技術(shù)原理，將中小學生人人都可以理解的《十萬個為什么》，進一步對原理、機理進行科學描述，以提升大學生的科學思維。
本書的取材、選材全部來自工業(yè)實踐，如何在編寫過程中處理、照顧、平衡不同行業(yè)專業(yè)的內(nèi)容，在介紹基礎(chǔ)知識的同時，注意培養(yǎng)提高學生的創(chuàng)新能力，是一個永恒的主題，也是衡量一本教材質(zhì)量的關(guān)鍵。作為適用于各個行業(yè)本科生的跨專業(yè)技術(shù)原理概論，從各個行業(yè)中選取1～2個典型的設(shè)備、工藝原理進行介紹，名頭太大，取舍難度也大。本書選材遵循的思路是： 選取其在原理敘述、理解難度、構(gòu)思結(jié)構(gòu)有精巧之處的設(shè)備和工藝原理，并考慮其學術(shù)性、趣味性、普及性等方面，從日常生活最簡單常見的問題入手，采用案例項目方法，重點放在講述問題原理的來龍去脈，追求知識點的技術(shù)原理和深度，而不過于追求技術(shù)的先進性和完整性。各章節(jié)圍繞各自主題循序漸進，深入歷史背景、問題演變、發(fā)展線索，梳理其中的結(jié)構(gòu)原理，遵循從簡到繁的原則，前后章節(jié)結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)，力求系統(tǒng)全面。如此選取介紹，可能造成知識無法層層鋪開，也算是美中不足了。
本書旨在將內(nèi)容極其豐富、學科門類繁多的工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域進行濃縮而又不失其系統(tǒng)性，將那些深邃的理論和繁難的計算分析通俗化，又不失科學性，文字凝練而又深入淺出，融知識性、科學性、趣味性和前瞻性于一體，對于工業(yè)技術(shù)發(fā)展各個時期典型工藝設(shè)備原理與成就，力求用精煉的文字和例證加以論述，把錯綜復雜的工藝發(fā)展脈絡梳理清楚，令積淀千年的科學工藝技術(shù)原理讀起來，略顯輕松有趣。
本書作為一本技術(shù)理論概論課程教材，盡管在選材、取材方面，做了大量細致的篩選、整理分析等工作，但跨越眾多理工科專業(yè)，難度可想而知，學生受益、教師難當，囿于學識能力、學術(shù)視野、閱歷所限，書中難免存在理解不夠深入，解釋有偏差、疏漏、謬誤之處。任何事物都存在著優(yōu)與劣的平衡點，包羅萬象就難免存在淺薄寡淡的一面，所以作者盡力做到內(nèi)容豐富而不單調(diào)，雅趣別致而不枯燥。
作者期待著本書作為一本入門的教科書，能夠為大學本科生、研究生及其他讀者提供常用的工業(yè)技術(shù)原理、方法，以點帶面，有所突破。本書雖經(jīng)數(shù)次反復審核、修改，心中仍未釋然，還會有這樣那樣的問題，在此拋磚引玉，誠望學界同仁不吝賜教。
第一部分基礎(chǔ)篇
第1章機械鐘表結(jié)構(gòu)與原理3
1.1時間與時鐘3
1.1.1時間與計時3
1.1.2擒縱調(diào)速與走時5
1.2機械鬧鐘結(jié)構(gòu)與原理6
1.2.1機械式鬧鐘6
1.2.2走時系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理8
1.3機械手表自動系結(jié)構(gòu)和工作原理15
1.3.1機械手表自動系工作原理15
1.3.2全自動手表上條結(jié)構(gòu)16
習題18
第2章汽車自動變速器與差速器19
2.1輪系與傳動比19
2.2自動變速器原理23
2.2.1自動變速器的分類23
2.2.2自動變速器的基本組成和工作原理24
2.2.3自動變速器選擋桿的使用26
2.2.4典型液力變矩器27
2.3單排行星齒輪機構(gòu)29
2.3.1單排行星齒輪機構(gòu)的組成29
2.3.2單排行星齒輪機構(gòu)的運動規(guī)律29
2.3.3單排行星齒輪機構(gòu)不同的動力傳動方式30
2.4辛普森式行星齒輪變速器31
2.4.1四擋辛普森行星齒輪變速器的結(jié)構(gòu)31
2.4.2四擋辛普森行星齒輪變速器各擋傳遞路線33
2.5拉威娜式行星齒輪變速器37
2.5.1四擋拉威娜行星齒輪變速器的結(jié)構(gòu)與組成37
2.5.2四擋拉威娜行星齒輪變速器各擋傳遞路線37
2.6汽車差速器結(jié)構(gòu)與工作原理41
2.6.1同步裝置的基本結(jié)構(gòu)41
2.6.2差速器結(jié)構(gòu)原理41
習題44
第3章制冷與熱機原理45
3.1概述46
3.2制冷方法48
3.3制冷介質(zhì)48
3.4制冷方式50
3.4.1單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)50
3.4.2多級與復疊式制冷54
3.5空調(diào)器工作原理56
3.5.1空調(diào)器的基本功能與結(jié)構(gòu)56
3.5.2可制熱空調(diào)器的工作過程58
3.5.3空調(diào)制冷壓縮機與冰箱制冷壓縮機的區(qū)別59
3.6蒸汽機與內(nèi)燃機的工作原理61
3.6.1蒸汽機與循環(huán)過程61
3.6.2內(nèi)燃機62
3.6.3往復活塞式內(nèi)燃機的工作原理63
3.6.4燃氣輪機64
習題66
第4章慣性陀螺器件與導航67
4.1慣性與陀螺67
4.2陀螺結(jié)構(gòu)與原理69
4.3陀螺儀的理論基礎(chǔ)72
4.3.1陀螺儀工作原理72
4.3.2陀螺進動分析76
4.3.3多自由度陀螺儀78
4.4陀螺羅經(jīng)結(jié)構(gòu)與原理79
4.4.1陀螺羅經(jīng)穩(wěn)定指北80
4.4.2陀螺羅經(jīng)的誤差82
4.4.3陀螺盤的章動和進動分析85
習題86
第二部分提高篇
第5章機械結(jié)構(gòu)與振動91
5.1振動91
5.2結(jié)構(gòu)振動微分方程94
5.2.1運動方程的建立95
5.2.2建立運動方程實例96
5.2.3單自由度結(jié)構(gòu)體系97
5.2.4多自由度結(jié)構(gòu)體系(不計阻尼)98
5.2.5無限自由度結(jié)構(gòu)體系98
5.3結(jié)構(gòu)的動力特性99
5.3.1結(jié)構(gòu)的自振頻率99
5.3.2結(jié)構(gòu)的振型 100
5.3.3結(jié)構(gòu)的阻尼 100
5.4振型疊加法和直接積分法101
5.4.1結(jié)構(gòu)體系運動方程101
5.4.2結(jié)構(gòu)振型分解法101
5.4.3直接積分法103
5.5連續(xù)彈性體的振動105
5.5.1直桿的縱向振動105
5.5.2板的橫向振動108
5.5.3梁的橫向振動109
5.5.4固有頻率的近似解法110
5.6受迫振動與實驗111
5.6.1梁的受迫振動計算111
5.6.2振動模態(tài)實驗112
習題116
第6章礦物、選礦與造粒成球117
6.1礦物117
6.1.1非金屬礦物117
6.1.2金屬礦物124
6.2選礦127
6.2.1重力選礦127
6.2.2水力分級選礦128
6.2.3跳汰選礦133
6.2.4重介質(zhì)選礦136
6.2.5干法選煤138
6.3造粒與成球138
習題140
第7章超聲波與測向原理141
7.1超聲波原理141
7.2多普勒效應及其應用143
7.3超聲波裝置與應用144
7.4均勻聲吶線陣列148
7.4.1均勻線陣列指向性函數(shù)148
7.4.2波束形成的技術(shù)原理148
7.4.3聲吶波束的形成149
習題150
第8章編碼與解碼原理151
8.1算術(shù)編碼原理151
8.1.1算術(shù)編碼151
8.1.2算術(shù)編碼算法155
8.1.3數(shù)字信號算術(shù)編碼過程157
8.2幾種編碼方法158
8.2.1霍夫曼（Huffman）編碼158
8.2.2游程編碼159
8.2.3算術(shù)編碼與Huffman編碼的區(qū)別 160
8.3非接觸式IC卡(RFID)與曼徹斯特編碼161
8.3.1非接觸式IC卡的工作原理161
8.3.2曼徹斯特(Manchester)編碼163
8.3.3格雷碼164
8.4條形碼編碼166
8.4.1條形碼166
8.4.2二維碼170
習題170
第三部分進階篇
第9章坐標與投影變換173
9.1幾何變換173
9.1.1二維變換矩陣174
9.1.2幾何變換174
9.1.3坐標系之間的變換176
9.2投影變換177
9.2.1二維射影變換177
9.2.2二維射影坐標177
9.2.3二維射影對應的坐標表示179
9.2.4射影變換的不變元素179
9.3霍夫(Hough)變換181
9.3.1Hough變換過程181
9.3.2Hough變換算法182
9.4空間坐標轉(zhuǎn)換184
9.4.1天球的主要點、線、圈185
9.4.2地球坐標系187
9.5視覺成像原理與標定188
9.5.1小孔攝像機模型189
9.5.2標定原理191
9.5.3標定求解過程192
習題194
第10章視覺與圖像重建195
10.1視覺色彩195
10.2層析掃描技術(shù)與Radon變換198
10.2.1計算機層析掃描技術(shù)198
10.2.2Radon變換的定義與應用203
10.3圖像重建205
10.3.1傅里葉(Fourier)變換的重建方法205
10.3.2扇形投影的重建方法207
10.4指紋識別210
10.4.1指紋圖像獲取211
10.4.2指紋圖像處理212
10.4.3指紋識別方法 213
10.5視覺錯覺215
習題215
第11章微波與光學器件216
11.1微波的特點與研究方法216
11.1.1微波的特點216
11.1.2微波的研究方法217
11.2微波傳輸線的基本理論218
11.2.1導行電磁波與導行機構(gòu)——傳輸線218
11.2.2史密斯圓圖221
11.2.3無耗傳輸線的阻抗匹配225
11.3規(guī)則金屬波導226
11.3.1各種類型的微波傳輸線 227
11.3.2規(guī)則金屬管內(nèi)電磁波228
11.3.3矩形波導230
11.3.4圓波導235
11.4微波電抗元件238
11.5光學成像器件239
11.5.1常規(guī)光學器件240
11.5.2光學成像裝置實驗245
習題246
第12章冶金與化工原理248
12.1高爐煉鐵254
12.1.1高爐煉鐵工藝254
12.1.2高爐本體及主要構(gòu)成255
12.1.3高爐冶煉產(chǎn)品256
12.1.4高爐煉鐵原料和燃料258
12.2鐵礦燒結(jié)與高爐內(nèi)反應261
12.2.1燒結(jié)反應過程261
12.2.2高爐內(nèi)物理化學反應261
12.3典型化學反應器的結(jié)構(gòu)與原理267
12.3.1板式塔精餾操作267
12.3.2填料塔吸收269
12.3.3液液萃取270
12.3.4銅的浸出、萃取與置換272
習題273
第13章空間與距離274
13.1空間與距離的概念274
13.1.1空間274
13.1.2相似275
13.1.3距離275
13.1.4空間類型與變量的關(guān)系280
13.2廣義距離與差異判別281
13.2.1廣義距離281
13.2.2異常檢測283
習題284
參考文獻285
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