本書共由13章組成。具體內容包括傳感器的基本概念、基本結構與功能,電阻式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、壓電式傳感器、磁敏式傳感器、光電式傳感器、熱電式傳感器、成像與圖像傳感器、生物與化學傳感器、輻射與波式傳感器等傳統(tǒng)傳感器,微機電系統(tǒng)(MEMS)、集成傳感器、智能傳感器和網絡傳感器等新型傳感器以及傳感信號處理技術的基本知識。
本書可作為普通高校自動化、機器人、測控技術與儀器、電子與通信、電氣工程及其自動化、化工、熱工等專業(yè)的教材,也可供從事相關專業(yè)的技術人員、維護維修人員和管理人員參考。
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傳感器及其應用技術發(fā)展至今,已經廣泛地滲透到各行各業(yè),除了在工業(yè)領域占據著重要地位外,還在科學研究、教育教學、數(shù)據融合與挖掘、農業(yè)生產、國防建設、航空航天、生物醫(yī)藥、環(huán)境治理、能源開發(fā)、地球氣象、建筑、交通、災害評估等諸多領域發(fā)揮重要作用。
傳感器是能夠感知被測對象,依照物理、化學、影像等原理、規(guī)則,轉換成可用數(shù)據的元件、部件、模塊、IC或變送器的統(tǒng)稱。傳感器是實現(xiàn)自動控制的必要條件和前置設備,是構成自動控制系統(tǒng)不可缺少的硬件單元,更是決定自動化水平的關鍵之一。
本書作者數(shù)十年來始終從事檢測與控制領域的科研、教學工作和工程項目,在傳感器及其應用技術領域積累了大量資料、經驗和工程能力。針對可撰寫內容十分豐富的傳感器,本書主要側重傳感器原理及應用技術,總結和概括了各類傳感器,包括電阻式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、壓電式傳感器、磁敏式傳感器、光電式傳感器、熱電式傳感器、成像與圖像傳感器、生物與化學傳感器、輻射與波式傳感器等傳統(tǒng)傳感器,微機電系統(tǒng)(MEMS)、集成傳感器、智能傳感器、網絡傳感器等新型傳感器,以及傳感信號處理的基本知識。內容涉及物理、化學、影像和電、光、磁、機械、集成電路、通信、智能體(傳感器)和信號處理基本算法等領域。并列舉了實際應用。
本書分為13章:
第1章:緒論。介紹了傳感器的基本知識和結構,傳感器的發(fā)展、現(xiàn)狀、分類及其發(fā)展趨勢,以及傳感器性能指標、誤差處理。
第2章:電阻式傳感器。全面介紹了輸出信號為電阻的三類傳感器(熱電阻式傳感器、電位器式傳感器和應變式傳感器)的基本概念、原理、電路、誤差分析及其應用。
第3章:電感式傳感器。全面介紹了輸出信號為電感的三類傳感器(自感式傳感器、互感式傳感器和電渦流式傳感器)的基本概念、原理、電路、誤差分析及其應用。
第4章:電容式傳感器。全面介紹了輸出信號為電容的三類傳感器(變極距式傳感器、變面積式傳感器和變介電常數(shù)傳感器)的基本概念、原理、電路、誤差分析及其應用。
第5章:壓電式傳感器。全面介紹了基于壓電效應的傳感器(壓電傳感器和超聲波傳感器)的基本概念、原理、電路、誤差分析及其應用。
第6章:磁敏式傳感器。全面介紹了關于磁場和磁敏系列的敏感元件和傳感器(磁敏電阻、磁電傳感器、霍爾傳感器、磁敏二極管和磁敏晶體管)的基本概念、原理、電路、誤差分析及其應用。
第7章:光電式傳感器。全面介紹了關于光學和基于光電效應的敏感元件和傳感器(光敏電阻、光電管、光電二極管、光電晶體管、光電池、光電碼盤、光柵傳感器和光纖傳感器)的基本概念、原理、電路、誤差分析及其應用。
第8章:熱電式傳感器。全面介紹了關于溫度和輸出為電勢類信號的傳感器(熱電勢式傳感器、紅外傳感器和非接觸式溫度計)的基本概念、原理、電路、誤差分析及其應用。
第9章:成像與圖像傳感器。全面介紹了關于成像技術和CCD成像傳感器的基本概念、原理、電路、誤差分析及其應用。
第10章:生物、化學傳感器。全面介紹了生物 化學 醫(yī)學的三類傳感器(化學傳感器、生物傳感器和生物醫(yī)學傳感器)的基本概念、原理、電路、誤差分析及其應用。
第11章:輻射與波式傳感器。全面介紹了關于電磁波譜和射線的傳感器(核輻射式傳感器、紫外傳感器和微波型傳感器、激光傳感器和雷達探測技術)的基本概念、原理、電路、誤差分析及其應用。
第12章:新型傳感器。介紹了緊跟科學技術的四類傳感器(MEMS傳感器、集成傳感器、智能傳感器和網絡傳感器)的基本概念、原理、電路、誤差分析及其應用。
第13章:傳感信號處理技術。介紹了關于傳感器信號處理的相關技術和方法,包括基本抗干擾方法、基本算法處理、軟測量技術、虛擬儀器與虛擬傳感器、多傳感器數(shù)據融合技術、大數(shù)據與數(shù)據挖掘。
附錄中附上了金屬鉑熱電阻、金屬銅熱電阻和鉑銠10-鉑(S)的分度表。
本書注重對傳感器原理的介紹,省略了傳感器檢測原理方面的詳細演算過程以及傳感器內部制作、安裝、維護、保養(yǎng)等內容;增加了新型傳感器等的介紹。應用技術的介紹盡可能涉及溫度、壓力、流量、物位、成分分析、生物醫(yī)學、機器人等領域的應用。許多傳感器書籍中檢測技術涉及的傳感器裝置、儀器儀表的結構、選擇、注意事項等內容全部省略,讀者(尤其是本科生和研究生)在實際工程應用時可參閱相關書籍、文獻和對應產品手冊,預先做好相應準備工作。更深一步者可參閱現(xiàn)代傳感技術。
下表是本書在教學課時上的安排建議,供參考。
章32課時2學分40課時2.5學分48課時3學分隨課實驗拓展實驗第1章244第2章455第3章445第4章233第5章233第6章333第7章466第8章3444第9章2244第10章1126第11章1126第12章2236第13章2246
本書由合肥工業(yè)大學陳榮保撰寫,由上海大學費敏銳教授主審。合肥工業(yè)大學電氣與自動化工程學院部分歷屆研究生參與了本書部分素材的搜集工作。
在本書撰寫過程中,采納了費敏銳教授的許多寶貴意見和建議,得到了同行、歷屆研究生的熱情支持與幫
前言
第1章緒論
1.1概述
1.2傳感器及應用技術基礎知識
1.2.1傳感器基礎知識
1.2.2應用技術基礎概念
1.3傳感器系統(tǒng)的硬件構成與運行要求
1.3.1傳感器系統(tǒng)的硬件構成
1.3.2傳感器系統(tǒng)的運行要求
1.4傳感器的基本特性
1.4.1傳感器基本性能指標
1.4.2靜態(tài)特性
1.4.3動態(tài)特性
1.5誤差分析與處理
1.5.1基本概念
1.5.2系統(tǒng)誤差處理
1.5.3隨機誤差處理
1.5.4粗大誤差處理
1.5.5漸變誤差處理
1.5.6測量不確定度基本概念和方法
1.5.7標準化工作
1.6傳感器技術的發(fā)展趨勢
1.6.1傳感器發(fā)展的特征
1.6.2傳感器發(fā)展重點
1.6.3傳感器主要應用領域
本章小結
思考題與習題
第2章電阻式傳感器
2.1熱電阻式傳感器
2.1.1金屬熱電阻式傳感器
2.1.2半導體熱敏電阻
2.2電位器式傳感器
2.2.1接觸式電位器傳感器
2.2.2非接觸式電位器傳感器
2.2.3非線性電位器傳感器
2.3應變式傳感器
2.3.1基本概念
2.3.2金屬應變式傳感器
2.3.3半導體應變式傳感器
2.3.4應變式傳感器應用
本章小結
思考題與習題
第3章電感式傳感器
3.1自感式傳感器
3.2互感式傳感器
3.3電渦流式傳感器
本章小結
思考題與習題
第4章電容式傳感器
4.1基本概念及原理
4.2電容式傳感器類型
4.3電容式傳感器特點與應用事項
4.4測量電路
4.5電容式傳感器應用
拓展知識:節(jié)流裝置
本章小結
思考題與習題
第5章壓電式傳感器
5.1基本概念及壓電效應
5.2壓電元件傳感器
5.3超聲波傳感器
本章小結
思考題與習題
第6章磁敏式傳感器
6.1磁敏電阻
6.2磁電傳感器
6.3霍爾傳感器
6.4磁敏二極管和磁敏晶體管
本章小結
思考題與習題
第7章光電式傳感器
7.1概述
7.2光電效應及光電元件
7.2.1內光電效應與光電元件
7.2.2光生伏特效應與光電元件
7.2.3外光電效應與光電元件
7.2.4光電元件實例應用
7.3光電碼盤
7.3.1碼盤及光電碼盤結構
7.3.2誤差分析與碼制轉換
7.3.3光電碼盤應用
7.4光柵傳感器
7.4.1光柵與傳感器結構
7.4.2莫爾條紋
7.4.3莫爾條紋辨向和數(shù)字細分
7.4.4光柵傳感器應用
7.5光纖傳感器
7.5.1光纖及其傳光原理
7.5.2光纖傳感器的組成、特性與分類
7.5.3光纖傳感器特點
7.5.4光纖傳感器應用
7.5.5分布式光纖傳感器
7.5.6光纖光柵傳感器
本章小結
思考題與習題
第8章熱電式傳感器
8.1熱輻射基本知識
8.1.1輻射概念
8.1.2輻射體分類
8.1.3黑體輻射定律
8.1.4輻射體溫度表示
8.2熱電勢式傳感器
8.2.1熱電偶測溫原理
8.2.2熱電偶基本定律
8.2.3熱電偶種類、結構與安裝
8.2.4熱電偶測量誤差與補償
8.2.5熱電偶應用
8.3紅外傳感器
8.3.1紅外輻射與基本特征
8.3.2紅外傳感器組成、分類與性能參數(shù)
8.3.3紅外光子傳感器
8.3.4紅外熱敏傳感器
8.3.5紅外測溫傳感器應用
8.4非接觸式溫度計
本章小結
思考題與習題
第9章成像與圖像傳感器
9.1概述
9.2圖像參數(shù)與色彩
9.3圖像傳感器與成像技術
9.3.1CCD成像技術
9.3.2其他成像技術
9.4三維圖像傳感器與成像技術
9.4.1機器人視覺與雙目立體視覺系統(tǒng)
9.4.2結構光法
9.4.3飛行時間法
9.5圖像傳感器應用
本章小結
思考題與習題
第10章生物、化學傳感器
10.1化學傳感器
10.1.1化學傳感器定義與特點
10.1.2化學傳感器原理與分類
10.1.3氣敏傳感器
10.1.4離子敏傳感器
10.1.5濕敏傳感器
10.1.6化學傳感器應用
10.2生物傳感器
10.2.1生物傳感器原理結構與特點
10.2.2生物傳感器分類
10.2.3生物傳感器應用
10.3生物醫(yī)學傳感器
本章小結
思考題與習題
第11章輻射與波式傳感器
11.1核輻射式傳感器
11.1.1核輻射基本概念
11.1.2核輻射傳感器
11.1.3核輻射傳感器應用
11.1.4核輻射傳感器應用防護
11.2紫外傳感器
11.2.1紫外線基本概念
11.2.2紫外探測技術
11.2.3紫外成像技術
11.2.4紫外傳感器應用
11.3其他波譜傳感器
11.3.1微波型傳感器
11.3.2激光傳感器
11.3.3雷達探測技術
本章小結
思考題與習題
第12章新型傳感器
12.1微機電系統(tǒng)(MEMS)
12.1.1MEMS基本概念
12.1.2MEMS基本物理效應
12.1.3MEMS應用
12.1.4MEMS陀螺儀與機器人運動感知
12.2集成傳感器
12.3智能傳感器
12.3.1智能傳感器基本概念
12.3.2智能傳感器特性和特點
12.3.3智能傳感器應用
12.4網絡傳感器
12.4.1網絡適配標準與平臺
12.4.2網絡傳感器應用
本章小結
思考題與習題
第13章傳感信號處理技術
13.1基本抗干擾方法
13.2基本算法處理
13.3軟測量技術
13.4虛擬儀器與虛擬傳感器
13.5多傳感器數(shù)據融合技術
13.5.1多傳感器數(shù)據融合基本原理
13.5.2多傳感器數(shù)據融合層次
13.5.3融合算法和融合結構
13.6大數(shù)據與數(shù)據挖掘
本章小結
思考題與習題
附錄
附錄APt100熱電阻分度表(ITS-90)
附錄BCu100熱電阻分度表(ITS-90)
附錄CS型(鉑銠10-鉑)熱電偶分度表(ITS-90)
參考文獻