自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)

前言

　　傳感器是“信息獲取－處理－傳輸－應(yīng)用”鏈條中的源頭技術(shù)。傳感器技術(shù)已成為工科各專(zhuān)業(yè)都應(yīng)掌握的公共技術(shù)，機(jī)械工程、材料工程、動(dòng)力工程、電氣工程、信息工程等各類(lèi)工科專(zhuān)業(yè)都開(kāi)設(shè)了與傳感器相關(guān)的課程。其中，自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)及儀器、生物醫(yī)學(xué)工程、電氣工程及自動(dòng)化等專(zhuān)業(yè)把傳感器課程作為專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)課?！　∽髡邚?995年開(kāi)始給自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)主講傳感器課程，深感有必要吸取現(xiàn)有多種同類(lèi)優(yōu)秀教材的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步改進(jìn)課程體系、更新教學(xué)內(nèi)容，特別是豐富例題、習(xí)題。在現(xiàn)有教材基礎(chǔ)上，編寫(xiě)一本自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)傳感器課程新教材，力爭(zhēng)使學(xué)生通過(guò)該教材的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，能夠掌握典型的傳感器、掌握傳感器學(xué)科的共性關(guān)鍵技術(shù)，獨(dú)立設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)。本教材具有如下特點(diǎn)：　　1、基礎(chǔ)性與實(shí)用性有機(jī)融合：將目標(biāo)定位于學(xué)完本書(shū)，學(xué)生能夠掌握傳感器學(xué)科的基本理論與技術(shù)，利用現(xiàn)有市場(chǎng)提供的元器件進(jìn)行檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試、維修?！　?、科學(xué)處理深度與寬度之間的矛盾：對(duì)阻抗式傳感器、熱電偶、壓電式傳感器等應(yīng)用最為廣泛的傳感器進(jìn)行深入闡述，而對(duì)其余傳感器只作最基本的闡述。　　3、突出傳感器學(xué)科的共性關(guān)鍵技術(shù)：通過(guò)對(duì)典型傳感器的深入闡述，使傳感器的共性關(guān)鍵技術(shù)得以充分體現(xiàn)，在此基礎(chǔ)上再設(shè)專(zhuān)門(mén)章節(jié)進(jìn)一步對(duì)共性技術(shù)進(jìn)行總結(jié)、強(qiáng)化。作者認(rèn)為傳感器課程的任務(wù)是使學(xué)生在掌握典型傳感器的基礎(chǔ)上進(jìn)一步掌握傳感器的共性技術(shù)，以便舉一反三，觸類(lèi)旁通?！　?、按傳感器原理為主線劃分章節(jié)，通過(guò)闡述傳感器的典型應(yīng)用舉例，使學(xué)生既能掌握傳感器技術(shù)，又能掌握常見(jiàn)被測(cè)量的檢測(cè)方法?！　?、更新傳感器信號(hào)調(diào)理電路的教學(xué)內(nèi)容，以合理篇幅介紹某些傳感器專(zhuān)用集成電路。　　6、合理增加有工程實(shí)際背景的例題、習(xí)題，引導(dǎo)學(xué)生借助網(wǎng)絡(luò)資源，完成若干簡(jiǎn)單檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

內(nèi)容概要

　　本書(shū)扼要介紹了傳感器特性與性能指標(biāo)、測(cè)量誤差處理等自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的基本概念，以傳感器工作原理為主線，深入闡述了電阻應(yīng)變式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、熱電偶、熱電阻、霍爾傳感器、壓電傳感器等基礎(chǔ)傳感器的工作原理、組成結(jié)構(gòu)、傳感特性、使用要點(diǎn)、傳感信號(hào)調(diào)理電路、典型應(yīng)用，對(duì)其他常見(jiàn)傳感器也有選擇地進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。書(shū)中還介紹了若干傳感器專(zhuān)用集成電路。傳感器的典型應(yīng)用舉例覆蓋了常見(jiàn)的各種物理量檢測(cè)技術(shù)。在上述知識(shí)的基礎(chǔ)上闡述了傳感與檢測(cè)學(xué)科的共性關(guān)鍵技術(shù)，并設(shè)專(zhuān)門(mén)章節(jié)講述自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問(wèn)題?！　”緯?shū)基礎(chǔ)性與工程實(shí)用性并重，可作為自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)與儀器、電氣工程及自動(dòng)化等專(zhuān)業(yè)的本科教材，也可供相關(guān)專(zhuān)業(yè)工程技術(shù)人員參考。

書(shū)籍目錄

出版說(shuō)明前言第1章　自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的基本概念1.1　自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)概述1.1.1　自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)在自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)中的地位與作用1.1.2　自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的基本組成1.1.3　傳感器的分類(lèi)、命名與圖形符號(hào)1.2　測(cè)量方法1.2.1　直接測(cè)量、間接測(cè)量、聯(lián)立測(cè)量1.2.2　偏差式測(cè)量、零位測(cè)量、微差式測(cè)量1.2.3　接觸式測(cè)量、非接觸式測(cè)量1.3　傳感器的一般特性1.3.1　傳感器的靜態(tài)特性與靜態(tài)特性指標(biāo)1.3.2　傳感器的動(dòng)態(tài)特性與動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)1.3.3　傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)1.4　測(cè)量誤差與數(shù)據(jù)處理1.4.1　測(cè)量誤差的概念和分類(lèi)1.4.2　粗大誤差的判別和分類(lèi)1.4.3　系統(tǒng)誤差的處理1.4.4　隨機(jī)誤差的處理1.5　習(xí)題第2章　電阻式傳感器及其信號(hào)調(diào)理2.1　電阻應(yīng)變片2.1.1　電阻應(yīng)變片的工作原理——應(yīng)變效應(yīng)2.1.2　電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)、種類(lèi)2.1.3　電阻應(yīng)變片的主要特性2.1.4　電阻應(yīng)變片的粘貼技術(shù)2.1.5　電阻應(yīng)變片的典型應(yīng)用舉例2.2　其他電阻式傳感器2.2.1　壓阻式傳感器2.2.2　熱電阻2.2.3　熱敏電阻2.2.4　氣敏電阻2.2.5　光敏電阻2.2.6　磁敏電阻2.3　電阻式傳感器的信號(hào)調(diào)理2.3.1　惠斯登電橋2.3.2　測(cè)量放大電路2.3.3　多功能傳感信號(hào)調(diào)理電路AD6932.4　習(xí)題第3章　電感式傳感器及其信號(hào)調(diào)理3.1　自感式傳感器3.1.1　單線圈自感傳感器3.1.2　差動(dòng)自感傳感器3.2　差動(dòng)變壓器3.2.1　工作原理3.2.2　輸出特性3.2.3　典型應(yīng)用舉例3.3　電渦流傳感器3.3.1　反射式電渦流傳感器3.3.2　透射式電渦流傳感器3.4　壓磁式傳感器3.5　電感式傳感器的信號(hào)調(diào)理3.5.1　交流電橋3.5.2　調(diào)幅、調(diào)頻與調(diào)相電路3.5.3　相敏整流電路3.5.4　單片差動(dòng)變壓器信號(hào)調(diào)理電路AD5983.6　習(xí)題第4章　電容式傳感器及其信號(hào)調(diào)理4.1　工作原理4.1.1　傳感原理4.1.2　基本結(jié)構(gòu)4.2　傳感特性4.2.1　變間隙式電容傳感器4.2.2　變面積式電容傳感器4.2.3　變介電常數(shù)式電容傳感器4.3　等效電路4.4　電容式傳感器的信號(hào)調(diào)理4.4.1　交流電橋電路4.4.2　運(yùn)算放大器式電路4.4.3　脈沖寬度調(diào)制電路4.4.4　調(diào)頻式電路4.4.5　單片電容傳感器信號(hào)調(diào)理電路CS200l4.5　電容式傳感器的典型應(yīng)用舉例4.5.1　電容傳感系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)4.5.2　電容傳感器應(yīng)用舉例4.6　習(xí)題第5章　電動(dòng)勢(shì)式傳感器及其信號(hào)調(diào)理5.1　熱電偶5.1.1　熱電偶的工作原理5.1.2　熱電偶的基本定律5.1.3　熱電偶的冷端補(bǔ)償5.1.4　標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶5.1.5　熱電偶的結(jié)構(gòu)形式5.1.6　單片熱電偶冷端溫度補(bǔ)償電路5.2　霍爾式傳感器5.2.1　霍爾傳感器的工作原理5.2.2　霍爾傳感器的組成與基本特性5.2.3　霍爾傳感器的測(cè)量誤差及其補(bǔ)償5.2.4　霍爾傳感器的典型應(yīng)用舉例5.3　壓電式傳感器5.3.1　壓電式傳感器工作原理5.3.2　壓電式傳感器的等效電路5.3.3　壓電式傳感器的測(cè)量電路5.3.4　壓電式傳感器的應(yīng)用5.4　光電式傳感器5.4.1　光電器件5.4.2　光電器件的基本特性5.4.3　光電式傳感器的基本組成5.4.4　光電式傳感器的典型應(yīng)用舉例5.5　習(xí)題第6章　其他傳感器簡(jiǎn)介6.1　光柵傳感器6.1.1　光柵傳感器的結(jié)構(gòu)6.1.2　莫爾條紋及其特點(diǎn)6.1.3　光柵的光路6.1.4　辨向原理6.1.5　電子細(xì)分技術(shù)6.2　感應(yīng)同步器6.2.l　感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)6.2.2　感應(yīng)同步器的丁作原理6.3　編碼器6.3.1　直接編碼器6.3.2　增量編碼器6.4　光纖傳感器6.4.1　光纖的結(jié)構(gòu)6.4.2　光纖的傳光原理6.4.3　光纖傳感器的分類(lèi)6.4.4　光纖傳感器的原理6.4.5　光纖傳感器的特點(diǎn)6.4.6　光纖傳感器應(yīng)用舉例6.5　超聲波傳感器6.5.1　超聲波及其性質(zhì)6.5.2　超聲波檢測(cè)原理6.5.3　超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)6.5.4　超聲波傳感器的應(yīng)用6.6　紅外傳感器6.6.1　紅外輻射6.6.2　紅外探測(cè)器6.7　電荷耦合器件6.7.1　電荷耦合器件的結(jié)構(gòu)和工作原理6.7.2　CCD圖像傳感器的結(jié)構(gòu)6.7.3　圖像傳感器的應(yīng)用6.8　習(xí)題第7章　傳感器的共性關(guān)鍵技術(shù)7.1　傳感器的構(gòu)成方法7.1.1　基本型7.1.2　電路參數(shù)型7.1.3　多級(jí)變換型7.1.4　參比補(bǔ)償型7.1.5　差動(dòng)結(jié)構(gòu)型7.1.6　反饋型7.2　傳感器的信號(hào)獲取方式7.2.1　固定方式7.2.2　補(bǔ)償方式7.2.3　差動(dòng)方式7.2.4　濾波方式7.2.5　同步方式7.3　提高傳感器性能的若干技術(shù)途徑7.3.1　合理選擇結(jié)構(gòu)、材料與參數(shù)7.3.2　采用線性化技術(shù)7.3.3　采用差動(dòng)對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)7.3.4　采用零位法、微差法與閉環(huán)技術(shù)7.3.5　采用多信號(hào)測(cè)量法7.3.6　集成化與智能化7.4　傳感器系統(tǒng)溫度漂移的硬件補(bǔ)償7.4.1　溫度補(bǔ)償?shù)谋匾?.4.2　溫度補(bǔ)償原理7.4.3　傳感器溫度補(bǔ)償舉例7.5　采用數(shù)字化技術(shù)改進(jìn)傳感器系統(tǒng)的性能7.5.1　傳感器非線性特性的數(shù)字化校正7.5.2　傳感器的自校準(zhǔn)7.5.3　傳感器系統(tǒng)溫度漂移的自補(bǔ)償7.5.4　系統(tǒng)誤差的數(shù)字化修正7.6　傳感器系統(tǒng)抗干擾技術(shù)7.6.1　干擾的類(lèi)型及產(chǎn)生7.6.2　噪聲耦合方式7.6.3　主要抗干擾措施7.6.4　傳感器系統(tǒng)抗干擾技術(shù)的綜合應(yīng)用7.7　測(cè)量不確定度評(píng)定7.7.1　測(cè)量不確定度的定義及與測(cè)量誤差的比較7.7.2　不確定度的評(píng)定7.7.3　測(cè)量結(jié)果的表示和處理方法7.8　習(xí)題第8章　自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)8.1　自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則與步驟8.1.1　自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則8.1.2　自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟8.2　傳感器的合理選用8.2.1　確定傳感器的類(lèi)型8.2.2　線性范圍和量程8.2.3　靈敏度的選擇8.2.4　精度8.2.5　頻率響應(yīng)特性8.2.6　穩(wěn)定性8.3　自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的性能估計(jì)8.3.1　檢測(cè)系統(tǒng)分辨力與量程的預(yù)估8.3.2　動(dòng)態(tài)性能的預(yù)估8.3.3　靜態(tài)性能的預(yù)估8.4　在線微量水分測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)8.4.1　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)8.4.2　傳感器選用8.4.3　信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)8.4.4　微量水分測(cè)量系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)8.5　啤酒瓶殘留清洗液在線檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)8.5.1　設(shè)計(jì)任務(wù)8.5.2　設(shè)計(jì)任務(wù)難點(diǎn)分析8.5.3　檢測(cè)原理研究8.5.4　檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)8.5.5　數(shù)字處理單元設(shè)計(jì)8.6　空氣壓縮機(jī)的曲軸工作應(yīng)力測(cè)試8.6.1　曲軸材料性能及測(cè)點(diǎn)布置8.6.2　應(yīng)變計(jì)與測(cè)試儀的選用8.6.3　測(cè)試8.6.4　數(shù)據(jù)處理8.6.5　誤差分析8.7　習(xí)題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章　自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的基本概念　　本章將闡述自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的地位與作用，自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的基本組成；傳感器的分類(lèi)與命名方法；測(cè)量方法分類(lèi)；傳感器的動(dòng)靜態(tài)特性及動(dòng)靜態(tài)性能指標(biāo)體系；誤差理論的基礎(chǔ)知識(shí)。本章內(nèi)容是全書(shū)的基礎(chǔ)?！　?.1　自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)概述　　1.1.1　自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)在自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)中的地位與作用　　根據(jù)國(guó)際通用計(jì)量學(xué)基本名詞定義，測(cè)量(measurement)是以確定量值(value of a quantity)為目的的一種操作。這種操作就是測(cè)量中的比較過(guò)程——將被測(cè)參數(shù)(measurand)的量值與作為單位的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，通過(guò)比較得出的倍數(shù)即為測(cè)量結(jié)果?！　∨c測(cè)量相近的概念是檢驗(yàn)，它常常只需分辨出被測(cè)參數(shù)的量值是否歸屬某一范圍帶，從而判別被測(cè)參數(shù)是否合格、現(xiàn)象是否存在等?！　z測(cè)包含了測(cè)量與檢驗(yàn)兩方面的內(nèi)容。在自動(dòng)化領(lǐng)域中，需要對(duì)某些重要參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、自動(dòng)的測(cè)量、檢驗(yàn)。這類(lèi)無(wú)需手工操作而自動(dòng)完成的檢測(cè)，稱(chēng)為自動(dòng)檢測(cè)。自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的核心是如何將各種非電量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過(guò)對(duì)該電信號(hào)的測(cè)量來(lái)檢測(cè)原非電量，因此自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)又常稱(chēng)為非電量檢測(cè)技術(shù)。　　本教材是為自動(dòng)化類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生編寫(xiě)。下面以啤酒生產(chǎn)過(guò)程為例，說(shuō)明自動(dòng)化類(lèi)專(zhuān)業(yè)在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的地位與作用以及自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)在自動(dòng)化類(lèi)專(zhuān)業(yè)中的地位與作用?！　∫勗炱【?，首先應(yīng)該具備啤酒釀造工藝方面的技術(shù)，例如釀造啤酒需要哪些原料?這些原料要經(jīng)過(guò)哪些處理過(guò)程才能形成啤酒?在這些處理過(guò)程中對(duì)有關(guān)物理、化學(xué)參數(shù)有哪些具體要求等，這是啤酒工藝人員的任務(wù)?！　≡诖_定啤酒釀造工藝后，下一步就需要設(shè)計(jì)、制造或購(gòu)買(mǎi)能夠?qū)崿F(xiàn)所需工藝的生產(chǎn)設(shè)備，這是啤酒設(shè)備人員的任務(wù)?！　≡谏a(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備明確之后，自動(dòng)化類(lèi)專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員開(kāi)始工作了。對(duì)自動(dòng)化類(lèi)專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員而言，生產(chǎn)工藝對(duì)各種物理、化學(xué)、生物參數(shù)的具體要求，就是控制目標(biāo)；實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝的主要生產(chǎn)設(shè)備，例如糖化罐、發(fā)酵罐就是被控對(duì)象；生產(chǎn)設(shè)備上的調(diào)整機(jī)構(gòu)，例如電動(dòng)閥門(mén)，就是執(zhí)行元件。自動(dòng)化類(lèi)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的任務(wù)就是設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，執(zhí)行元件接受控制器的指令，自動(dòng)運(yùn)行，調(diào)整閥門(mén)開(kāi)啟程度，從而控制過(guò)熱蒸汽或冷媒的流量，實(shí)現(xiàn)糖化體系或發(fā)酵液的溫度控制。

編輯推薦

　　基礎(chǔ)性與工程實(shí)用性并重，可作為自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)與儀器、電氣工程及自動(dòng)化等專(zhuān)業(yè)的本科教材，也可供相關(guān)專(zhuān)業(yè)工程技術(shù)人員參考。

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