本書從理論及工程應(yīng)用的角度, 系統(tǒng)地介紹了傳感器原理､ 檢測技術(shù)及其應(yīng)用｡ 全書由 6 章組成｡ 第 1 章介紹了檢測技術(shù)的基本概念､ 誤差處理技術(shù)和檢測系統(tǒng)設(shè)計方法等基礎(chǔ)知識｡ 第 2 章介紹了傳感器的基本原理､ 靜動態(tài)特性, 常見的､ 應(yīng)用廣泛的以及新型的傳感器, 如電阻式､ 電容式､ 電感式､ 壓電式､ 壓阻式､ 光纖傳感器和化學(xué)､ 生物傳感器等｡ 第3 章則重點闡述了獲得測量信號后, 如何對其進行變換和處理, 以獲得期望的工程數(shù)據(jù)｡ 第 4､ 6 章介紹了各種物理量的測量方法, 如溫度､ 流量､物位､ 位移､ 壓力､ 成分與含量等及檢測技術(shù)工程應(yīng)用實例｡ 第 5 章簡要介紹了現(xiàn)代檢測新技術(shù), 以使讀者了解當(dāng)前檢測技術(shù)的新發(fā)展｡
本書既可作為自動化､ 電氣､ 電子專業(yè)的本科教材, 也可作為碩士研究生及相關(guān)工程技術(shù)人員的參考書｡
檢測技術(shù), 作為人類認識和改造客觀世界的一種必不可少的重要手段, 近幾年來其所涵蓋的內(nèi)容更加深刻和廣泛, 而以此為基礎(chǔ)的現(xiàn)代系統(tǒng)的設(shè)計水平也在快速提高｡ 本書將傳感器原理､ 自動檢測技術(shù)和測量技術(shù)工程應(yīng)用等內(nèi)容有機地整合在一起, 這樣, 讀者不僅可以了解各種傳感器的工作原理, 而且可以知道檢測系統(tǒng)設(shè)計的要點和傳感器的工程應(yīng)用, 以便做到有的放矢｡ 全書由 6 章組成｡ 第 1 章介紹了檢測技術(shù)的基本概念､ 誤差處理技術(shù)和檢測系統(tǒng)設(shè)計方法等基礎(chǔ)知識｡ 第 2 章介紹了傳感器的基本原理､ 靜動態(tài)特性, 常見的､ 應(yīng)用廣泛的以及新型的傳感器, 如電阻式､ 電容式､ 電感式､ 壓電式､ 壓阻式､ 光纖傳感器和化學(xué)､ 生物傳感器等｡ 第 3 章則重點闡述了獲得測量信號后, 如何對其進行變換和處理, 以獲得期望的工程數(shù)據(jù)｡ 第 4､ 6 章介紹了各種物理量的測量方法, 如溫度､ 流量､ 物位､ 位移､壓力､ 成分與含量等及檢測技術(shù)工程應(yīng)用實例｡ 第 5 章簡要介紹了現(xiàn)代檢測新技術(shù), 以使讀者了解當(dāng)前檢測技術(shù)的新發(fā)展｡
本書由尚麗平教授主編｡ 第 1､ 5 章由郭玉英教授編寫｡ 第 2 章中, 2. 1 ~ 2. 4 節(jié)由王建偉副教授編寫, 2. 5 ~ 2. 7 節(jié)由武麗副教授和李俊國副教授編寫｡ 第 3 章中, 3. 5 節(jié)由武麗副教授編寫, 其余內(nèi)容由朱玉玉副教授編寫｡ 第 4 章中, 4. 1 ~ 4. 4 節(jié)由張春峰老師編寫, 4. 5 節(jié)由武麗副教授編寫, 4. 6 ~ 4. 8 節(jié)由李俊國副教授編寫｡ 第 6 章 6. 1 節(jié)由武麗副教授編寫, 6. 2 節(jié)由張春峰老師編寫｡ 此外, 附錄由武麗副教授編寫｡ 郭玉英副教授負責(zé)全書統(tǒng)稿｡
本書可作為自動化､ 電氣､ 電子專業(yè)的本科教材, 也可作為碩士研究生及相關(guān)工程技術(shù)人員的參考書｡
在本書的編寫過程中, 周穎癑老師, 王向磊､ 劉栩粼､ 黃浩､ 趙桂及張子誠等同學(xué)為本書的撰寫做了很多工作, 在此, 謹向他們表示最誠摯的謝意｡現(xiàn)代檢測技術(shù)發(fā)展迅速, 應(yīng)用廣泛,
由于作者的水平和能力有限, 書中謬誤和不足之處在所難免, 衷心希望得到廣大讀者的批評指正｡編 者
序 前
言
第 1 章 檢測技術(shù)基礎(chǔ)知識 1
1.1 檢測技術(shù) 1
1.1.1 檢測系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和類型 1
1.1.1.1 檢測系統(tǒng)的類型 4
1.1.1.2 檢測系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 5
1.1.2 檢測系統(tǒng)的設(shè)計原則 6
1.1.3 檢測系統(tǒng)的設(shè)計方法 7
1.1.4 檢測技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展 12
1.2 測量誤差及其分析 13
1.2.1 測量誤差的基本概念 14
1.2.2 測量誤差的分類 17
1.2.2.1 測量誤差的分類方法 17
1.2.2.2 精密度､ 正確度和準確度與
誤差的關(guān)系 18
1.2.3 檢測結(jié)果的數(shù)據(jù)分析及其處理 19
1.2.3.1 隨機誤差的處理 19
1.2.3.2 系統(tǒng)誤差的處理 23
1.2.3.3 粗大誤差的處理 24
第 2 章 傳感器原理 27
2.1 傳感器基礎(chǔ)知識 27
2.1.1 傳感器的定義 27
2.1.2 傳感器的組成 28
2.1.3 傳感器的分類 28
2.1.4 傳感器的基本特性 29
2.1.4.1 靜態(tài)特性 29
2.1.4.2 動態(tài)特性 34
2.2 阻抗型傳感器 40
2.2.1 電阻式傳感器 40
2.2.1.1 電位器式傳感器 40
2.2.1.2 應(yīng)變式傳感器 42
2.2.1.3 熱電阻和熱敏電阻溫度
傳感器 45
2.2.2 電容式傳感器 46
2.2.2.1 電容式傳感器的工作原理及
結(jié)構(gòu) 47
2.2.2.2 電容式傳感器的等效電路 50
2.2.3 電感式傳感器 51
2.2.3.1 自感式傳感器 51
2.2.3.2 互感式電感傳感器 54
2.2.3.3 電渦流式傳感器 57
2.3 電壓型傳感器 59
2.3.1 磁電式傳感器 59
2.3.1.1 工作原理和結(jié)構(gòu)形式 59
2.3.1.2 基本特性 61
2.3.2 壓電式傳感器 61
2.3.2.1 壓電效應(yīng)及壓電材料 62
2.3.2.2 壓電式傳感器的等效電路 64
2.3.3 熱電偶溫度傳感器 66
2.3.3.1 熱電效應(yīng) 66
2.3.3.2 熱電偶基本定律 68
2.3.3.3 熱電偶結(jié)構(gòu)和類型 69
2.3.3.4 熱電偶的測溫電路及冷
端補償 70
2.3.4 光電式傳感器 73
2.3.4.1 光電效應(yīng) 73
2.3.4.2 光電器件 75
2.3.4.3 光電器件特性 77
2.3.4.4 光電式傳感器的基本組成 80
2.3.5 霍爾式傳感器 81
2.3.5.1 霍爾效應(yīng)和霍爾元件 81
2.3.5.2 霍爾式傳感器的基本測量電路及
連接方式 83
2.3.5.3 霍爾式傳感器的誤差分析與
補償 83
2.4 新型傳感器 85
2.4.1 光纖傳感器 85
2.4.1.1 光纖的基本知識 85
2.4.1.2 光纖傳感器的工作原理､
構(gòu)成及分類 85
2.4.2 MEMS 傳感器 86
2.5 圖像傳感器 87
2.5.1 CCD 圖像傳感器 87
2.5.1.1 CCD 的 MOS 結(jié)構(gòu)及存儲
電荷原理 87
2.5.1.2 CCD 的電荷的轉(zhuǎn)移與傳輸 88
2.5.1.3 CCD 的電荷讀出 89
2.5.1.4 CCD 攝像原理 90
2.5.2 CMOS 圖像傳感器 90
2.5.2.1 無源像素被動式傳感器 91
2.5.2.2 有源像素主動式傳感器 92
2.5.2.3 CMOS 圖像傳感器與 CCD 圖像
傳感器比較 92
2.5.2.4 固態(tài)圖像傳感器的
應(yīng)用設(shè)計 93
2.6 半導(dǎo)體集成傳感器 94
2.6.1 半導(dǎo)體集成數(shù)字溫度傳感器
DSB1820 的原理及應(yīng)用 95
2.6.1.1 DSB1820 引腳結(jié)構(gòu)及
性能特點 95
2.6.1.2 DSB1820 的工作原理 95
2.6.1.3 DSB1820 存儲器 96
2.6.1.4 DSB1820 的 ROM 指令 97
2.6.1.5 DSB1820 與單片機的接口
電路 98
2.6.1.6 基于 AT89S51 單片機與
DSB1820 的測溫實例 98
2.6.2 數(shù)字溫度傳感器 AD590 98
2.6.2.1 AD590 的主要功能特性 99
2.6.2.2 AD590 的工作原理 100
2.6.2.3 AD590 的應(yīng)用電路 100
2.6.2.4 AD590 測量溫度電路實例 102
2.7 化學(xué)､ 生物傳感器 104
2.7.1 化學(xué)傳感器 104
2.7.1.1 離子電極 104
2.7.1.2 極譜法 107
2.7.2 生物傳感器 107
2.7.2.1 生物學(xué)反應(yīng) 107
2.7.2.2 生物傳感器 108
2.7.2.3 組成結(jié)構(gòu)及功能 109
第 3 章 信號調(diào)理及數(shù)據(jù)處理 111
3.1 電橋電路 112
3.1.1 直流電橋 112
3.1.2 交流電橋 117
3.2 放大電路 119
3.2.1 對放大電路的要求 119
3.2.2 橋式放大電路 126
3.2.3 高輸入阻抗放大器 128
3.2.4 隔離放大器 139
3.2.5 可編程序增益放大器 144
3.2.6 電荷放大器 147
3.2.7 零漂移放大器 149
3.3 濾波電路 151
3.3.1 濾波器概述 152
3.3.2 典型有源濾波器 154
3.4 信號轉(zhuǎn)換電路 159
3.4.1 C /F 轉(zhuǎn)換和 R /F 轉(zhuǎn)換電路 159
3.4.2 V /F 和 F /V 轉(zhuǎn)換電路 160
3.4.3 V /I 轉(zhuǎn)換電路 163
3.5 計算機軟件處理 ( 誤差修正
技術(shù)) 165
3.5.1 數(shù)字濾波技術(shù) 165
3.5.1.1 程序判斷濾波 166
3.5.1.2 中位值濾波 167
3.5.1.3 算術(shù)平均算法濾波 168
3.5.1.4 遞推平均濾波法 168
3.5.1.5 加權(quán)平均濾波法 169
3.5.1.6 低通濾波 170
3.5.1.7 高通濾波 171
3.5.1.8 復(fù)合濾波 171
3.5.2 非線性校正 172
3.5.2.1 非線性特性分類 173
3.5.2.2 改善非線性特性的方法 173
3.5.3 零點漂移的處理 176
3.5.3.1 方差､ 平均值法 177
3.5.3.2 零點漂移的處理方法 177
3.5.3.3 軟件算法設(shè)計 178
第 4 章 非電量測量 180
4.1 溫度測量 180
4.1.1 測溫方法 180
4.1.2 接觸式測溫法 181
4.1.3 非接觸式測溫法 183
4.1.4 溫度變送器 185
4.2 物位測量 187
4.2.1 測量方法 188
4.2.2 靜壓式物位測量 189
4.2.3 浮力式物位測量 192
4.2.4 電容式物位測量 193
4.2.5 超聲波物位測量 194
4.3 流量測量 196
4.3.1 概述 196
4.3.2 容積式流量計 198
4.3.3 差壓式流量計 199
4.3.4 轉(zhuǎn)子流量計 204
4.3.5 渦輪流量計 206
4.3.6 電磁流量計 206
4.3.7 渦街流量計 209
4.3.8 超聲波流量計 210
4.4 壓力測量 211
4.4.1 概述 211
4.4.2 彈性元件式壓力表 213
4.4.3 活塞式壓力計 216
4.4.4 壓力傳感器 217
4.4.5 壓力計的校驗和使用 221
4.5 位移測量 222
4.5.1 歐姆龍 E6A2 旋轉(zhuǎn)式編碼器在
角位移測量系統(tǒng)中的應(yīng)用 222
4.5.1.1 歐姆龍 E6A2 旋轉(zhuǎn)式編碼器的
性能特點 223
4.5.1.2 關(guān)于歐姆龍 E6A2 旋轉(zhuǎn)式編碼
器測量角位移的應(yīng)用 224
4.5.1.3 歐姆龍編碼器測量旋轉(zhuǎn)角位移
的應(yīng)用電路及相關(guān)程序 224
4.5.2 電渦流式位移傳感器在線位移測量
中的應(yīng)用 228
4.6 力與荷重的測量 234
4.6.1 力與荷重測量的主要誤差 234
4.6.2 力與荷重傳感器的選用原則 235
4.7 速度､ 轉(zhuǎn)速､ 加速度的測量 236
4.8 成分與含量的測量 238
4.8.1 濕度測量 238
4.8.2 氣體成分測量 239
4.8.3 液體成分 ( 離子､ 生物大分子､
非溶性成分) 的測量 240
4.8.4 固體成分測量 241
第 5 章 現(xiàn)代檢測新技術(shù) 243
5.1 虛擬儀器 243
5.2 網(wǎng)絡(luò)化儀器和網(wǎng)絡(luò)化傳感器 245
5.3 多傳感器數(shù)據(jù)融合 245
第 6 章 檢測技術(shù)的應(yīng)用實例 248
6.1 飛思卡爾智能車系統(tǒng)中的傳感器的
選擇及應(yīng)用 248
6.1.1 路徑檢測傳感器 248
6.1.1.1 光電式傳感器 248
6.1.1.2 圖像傳感器 252
6.1.1.3 電磁式傳感器 254
6.1.2 測速傳感器 258
6.1.2.1 霍爾式傳感器檢測 258
6.1.2.2 光電編碼器 258
6.2 溫室環(huán)境檢測系統(tǒng)中的傳感器
選擇及應(yīng)用 261
6.2.1 溫度檢測 261
6.2.2 濕度檢測 264
6.2.3 光照檢測 267
6.2.4 CO2檢測 267
附錄 269
附錄 A 鉑銠 10 - 鉑熱電偶 ( S 型)
E( t) 分度表 269
附錄 B 鎳鉻—鎳硅熱電偶 ( K 型)
E( t) 分度表 270
附錄 C Pt100 熱電阻分度表 272
附錄 D Cu50 熱電阻分度表 275
參考文獻 276
書單推薦
