傳感器與檢測(cè)技術(shù)

前言

信息科學(xué)是眾多領(lǐng)域中發(fā)展最快的一門科學(xué)，也是最具有發(fā)展活力的學(xué)科之一。信息科學(xué)中的四大環(huán)節(jié)（信息捕獲、提取、傳輸、處理）是人們最關(guān)心、對(duì)社會(huì)發(fā)展和進(jìn)步起著十分重要的作用的重要內(nèi)容。信息捕獲技術(shù)是信息科學(xué)最前端的一個(gè)“陣地”和手段，而信息捕獲的主要工具就是傳感器。傳感器作為測(cè)控系統(tǒng)中對(duì)象信息的入口，在現(xiàn)代化事業(yè)中的重要性已被人們所認(rèn)識(shí)。隨著信息時(shí)代的到來(lái)，國(guó)內(nèi)外已將傳感器技術(shù)列為優(yōu)先發(fā)展的科技領(lǐng)域之一。國(guó)內(nèi)許多高校相繼都開設(shè)了相應(yīng)課程。隨著高新技術(shù)的發(fā)展，專業(yè)面的拓寬和適應(yīng)傳感器與檢測(cè)技術(shù)的開發(fā)、應(yīng)用的需要，作者在北京理工大學(xué)多年講義的基礎(chǔ)上，廣取兄弟院校教材之所長(zhǎng)，博采國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)、專著之精髓，結(jié)合多年來(lái)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和科研實(shí)踐的成果，編著了本書。全書共15章，分兩大部分，第一部分為傳感器，第二部分為檢測(cè)技術(shù)。本書在第0章中介紹傳感器和檢測(cè)技術(shù)的基本概念；第1章介紹傳感器的特性；從第2章至第10章描述當(dāng)前使用較多的幾類傳感器，如電阻式、電感式、電容式、磁電式、壓電式、光電式、熱電式、核輻射傳感器的基本原理和設(shè)計(jì)知識(shí)，并對(duì)智能式傳感器作了介紹；第11章和第12章介紹傳感器的標(biāo)定方法和傳感器可靠性；第13章是檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)，介紹了數(shù)據(jù)的檢測(cè)及處理方法；第14章介紹的是傳感器信息融合技術(shù)；第15章介紹的是現(xiàn)代測(cè)試系統(tǒng)，旨在使讀者對(duì)傳感器與檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展有較全面的了解。本書與國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的教材比較具有以下特色：1.本書將傳感器與檢測(cè)技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起，使學(xué)生能夠更全面學(xué)習(xí)和掌握信號(hào)傳感、信號(hào)采集、信號(hào)轉(zhuǎn)換、信號(hào)處理及信號(hào)傳輸?shù)恼麄€(gè)過(guò)程。2.本教材增加了傳感器標(biāo)定和傳感器可靠性等章節(jié)，能使學(xué)生對(duì)制作傳感器的全過(guò)程有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)，并通過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生的動(dòng)手能力。傳感器的可靠性技術(shù)對(duì)于整個(gè)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性是至關(guān)重要的，這也是我國(guó)傳感器產(chǎn)品與國(guó)外產(chǎn)品相比的最大薄弱環(huán)節(jié)，因此，本教材特別增加了可靠性技術(shù)方面的內(nèi)容。3.緊密聯(lián)系傳感器與檢測(cè)技術(shù)的最新進(jìn)展，全面介紹這些領(lǐng)域的相關(guān)知識(shí)，以拓寬學(xué)生的眼界。本項(xiàng)目除介紹傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性傳感器外，還介紹了借助現(xiàn)代相關(guān)新技術(shù)和新方法，特別是與微型計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，給予其功能的擴(kuò)展和性能的提高，注入了新的活力的傳感器。4.本教材附有的習(xí)題及思考題、多媒體課件和相關(guān)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生更容易學(xué)習(xí)和掌握課程的內(nèi)容。本書內(nèi)容新穎、豐富、全面，具有一定的深度和廣度。敘述簡(jiǎn)明，深入淺出?？勺鳛楦叩葘W(xué)校檢測(cè)技術(shù)、儀器儀表及自動(dòng)控制等專業(yè)的教材。也可供有關(guān)專業(yè)人員使用和參考。

內(nèi)容概要

本書被評(píng)為“高等教育百門精品課程教材建設(shè)計(jì)劃立項(xiàng)項(xiàng)目”，是北京高等教育精品教材?！　”緯到y(tǒng)地論述了各種傳感器的基本原理、基本特性、信號(hào)調(diào)節(jié)電路、設(shè)計(jì)原理以及它們?cè)陔娏亢头请娏繖z測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用?！　∪珪?5章。第0章和第1章為傳感器和檢測(cè)技術(shù)總論，介紹傳感器和檢測(cè)技術(shù)的基本概念、基本理論、一般特性和分析方法；第2章至第9章論述常見的、應(yīng)用廣泛的傳感器，它們是電阻式、電感式、電容式、磁電式、壓電式、光電式、熱電式、核輻射傳感器等傳感器；第10章介紹國(guó)內(nèi)外近年來(lái)研制與開發(fā)的智能化新型傳感器，反映了當(dāng)代傳感器技術(shù)的新發(fā)展與新成就；第11章和第12章介紹傳感器的標(biāo)定方法和可靠性；第13章是檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)；第14章介紹的是多傳感器信息融合技術(shù)；第15章介紹的是現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)。本書附有習(xí)題、思考題和實(shí)驗(yàn)。 　　本書取材新穎，內(nèi)容豐富，廣深兼顧，以求適應(yīng)不同對(duì)象層次使用，可作為檢測(cè)技術(shù)、自動(dòng)控制、儀器儀表及各種機(jī)電類專業(yè)的本科生、大專生及研究生教材，也可供有關(guān)工程技術(shù)人員參考。

作者簡(jiǎn)介

陳杰，籍貫福建省，1965年7月出生，工學(xué)博士，現(xiàn)為北京理工大學(xué)自動(dòng)控制系教授。多次赴美、日、英、德等國(guó)作為客座研究員，進(jìn)行合作研究。主要從事智能控制、多目標(biāo)優(yōu)化與決策、傳感器與檢測(cè)等方面的教學(xué)與科研工作。近年來(lái)共完成科研項(xiàng)目18項(xiàng)，獲部級(jí)教學(xué)、科研獎(jiǎng)勵(lì)10項(xiàng)，發(fā)

書籍目錄

0  傳感器與檢測(cè)技術(shù)概念  0.1　傳感器的組成與分類　  0.1.1　傳感器的定義　  0.1.2　傳感器的組成　  0.1.3　傳感器的分類　0.2　傳感器的作用與地位　0.3　傳感器技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向　0.4　檢測(cè)技術(shù)的定義　0.5　檢測(cè)技術(shù)的作用1　傳感器的特性　1.1　傳感器的靜態(tài)特性　  1.1.1　線性度　  1.1.2　遲滯　  1.1.3　重復(fù)性　  1.1.4　靈敏度與靈敏度誤差　  1.1.5　分辨率與閾值　  1.1.6　穩(wěn)定性　  1.1.7　溫度穩(wěn)定性　  1.1.8　多種抗干擾能力　  1.1.9　靜態(tài)誤差　1.2　傳感器的動(dòng)態(tài)特性    1.2.1　動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)描述    1.2.2　線性系統(tǒng)的傳遞函數(shù)    1.2.3　傳感器的動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)    1.2.4　動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析的基本方法    1.2.5　典型環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性2　電阻式傳感器　2.1　電位器式電阻傳感器　  2.1.1　線性電位器　  2.1.2　非線性電位器　  2.1.3　負(fù)載特性與負(fù)載誤差　  2.1.4　電位器的結(jié)構(gòu)與材料　  2.1.5　電位器式傳感器應(yīng)用舉例  2.2　應(yīng)變片式電阻傳感器    2.2.1　電阻應(yīng)變片的工作原理    2.2.2　金屬電阻應(yīng)變片主要特性    2.2.3　溫度誤差及其補(bǔ)償    2.2.4　應(yīng)變片式電阻傳感器的測(cè)量電路    2.2.5　應(yīng)變片式電阻傳感器的應(yīng)用舉例3　電感式傳感器　3.1　自感式傳感器　  3.1.1　工作原理　  3.1.2　靈敏度及非線性　  3.1.3　等效電路　  3.1.4　轉(zhuǎn)換電路　  3.1.5　零點(diǎn)殘余電壓　  3.1.6  自感式傳感器的特點(diǎn)及應(yīng)用  3.2　變壓器式傳感器　  3.2.1　工作原理　  3.2.2　等效電路及其特性　  3.2.3　差分變壓器式傳感器的測(cè)量電路　  3.2.4　零點(diǎn)殘余電壓的補(bǔ)償　  3.2.5　變壓器式傳感器的應(yīng)用舉例  3.3　渦流式傳感器    3.3.1　工作原理    3.3.2　轉(zhuǎn)換電路    3.3.3　渦流式傳感器的特點(diǎn)及應(yīng)用  3.4　壓磁式傳感器    3.4.1　工作原理    3.4.2　結(jié)構(gòu)形式  3.5　感應(yīng)同步器    3.5.1　工作原理    3.5.2　類型與結(jié)構(gòu)    3.5.3　輸出信號(hào)的測(cè)量方法    3.5.4　誤差分析4　電容式傳感器  4.1　電容式傳感器的工作原理及類型    4.1.1　工作原理　……5　磁電式傳感器6　壓電式傳感器7　光電式傳感器8　熱電式傳感器9　核輻射傳感器10　智能傳感器11　傳感器的標(biāo)定12　傳感器可靠性技術(shù)13　檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)14　多傳感器信息融合技術(shù)15　現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)附錄1　習(xí)題與思考題附錄2　《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》實(shí)驗(yàn)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：0.1.1  傳感器的定義  傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中，敏感元件是指?jìng)鞲衅髦兄苯痈惺鼙粶y(cè)量的部分，轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髂軐⒚舾性妮敵鲛D(zhuǎn)換為適于傳輸和測(cè)量的電信號(hào)部分。有些國(guó)家和有些學(xué)科領(lǐng)域，將傳感器稱為變換器、檢測(cè).器或探測(cè)器等。應(yīng)該說(shuō)明，并不是所有的傳感器都能明顯區(qū)分敏感元件與轉(zhuǎn)換元件兩個(gè)部分，而是二者合為一體。例如，半導(dǎo)體氣體、濕度傳感器等，它們一般都是將感受的被測(cè)量直接轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，沒有中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。傳感器輸出信號(hào)有很多形式，如電壓、電流、頻率、脈沖等，輸出信號(hào)的形式由傳感器的原理確定。0.1.2  傳感器的組成  通常，傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。但是由于傳感器輸出信號(hào)一般都很微弱，需要有信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路將其放大或變換為容易傳輸、處理、記錄和顯示的形式。隨著半導(dǎo)體器件與集成技術(shù)在傳感器中的應(yīng)用，傳感器的信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換可以安裝在傳感器的殼體里或與敏感元件一起集成在同一芯片上。因此，信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路以及所需電源都應(yīng)作為傳感器的組成部分。常見的信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路有放大器、電橋、振蕩器、電荷放大器等，它們分別與相應(yīng)的傳感器相配合。

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《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》：北京高等教育精品教材。

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