傳感器與檢測技術(shù)

前言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，電氣工程與自動化技術(shù)正以令人矚目的發(fā)展速度，改變著我國工業(yè)的整體面貌。同時，對社會的生產(chǎn)方式、人們的生活方式和思想觀念也產(chǎn)生了重大的影響，并在現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。隨著與信息科學(xué)、計算機科學(xué)和能源科學(xué)等相關(guān)學(xué)科的交叉融合，它正在向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化的方向發(fā)展。教育是培養(yǎng)人才和增強民族創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)，高等學(xué)校作為國家培養(yǎng)人才的主要基地，肩負著教書育人的神圣使命。在實際教學(xué)中，根據(jù)社會需求，構(gòu)建具有時代特征、反映最新科技成果的知識體系是每個教育工作者義不容辭的光榮任務(wù)。教書育人，教材先行。機械工業(yè)出版社幾十年來出版了大量的電氣工程與自動化類教材，有些教材十幾年、幾十年長盛不衰，有著很好的基礎(chǔ)。為了適應(yīng)我國目前高等學(xué)校電氣工程與自動化類專業(yè)人才培養(yǎng)的需要，配合各高等學(xué)校的教學(xué)改革進程，滿足不同類型、不同層次的學(xué)校在課程設(shè)置上的需求，由中國機械工業(yè)教育協(xié)會電氣工程及自動化學(xué)科教學(xué)委員會、中國電工技術(shù)學(xué)會高校工業(yè)自動化教育專業(yè)委員會、機械工業(yè)出版社共同發(fā)起成立了“全國高等學(xué)校電氣工程與自動化系列教材編審委員會”，組織出版新的電氣工程與自動化類系列教材。這套教材基于“加強基礎(chǔ)，削枝強干，循序漸進，力求創(chuàng)新"的原則，通過對傳統(tǒng)課程內(nèi)容的整合、交融和改革，以不同的模塊組合來滿足各類學(xué)校特色辦學(xué)的需要。

內(nèi)容概要

本書是普通高等教育電氣工程與自動化類“十一五”規(guī)劃教材。    本書是作者在多年從事傳感器教學(xué)及科研的基礎(chǔ)上，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革的需要寫成的，內(nèi)容新穎，敘述力求由淺入深。同時，在編寫過程中，注意補充反映新器件、新技術(shù)的內(nèi)容，力求使讀者了解學(xué)科前沿。    本書共七章，圍繞傳感器與檢測技術(shù)相關(guān)的基本概論與術(shù)語、檢測系統(tǒng)的誤差合成、常用傳感器的工作原理、現(xiàn)代檢測技術(shù)等內(nèi)容進行了論述和介紹，尤其在傳感器的敏感材料及敏感元件、新型傳感器原理等內(nèi)容中增加了一些最新的研究進展。    本書取材新穎，內(nèi)容豐富，適用面廣，不僅可以作為測控技術(shù)與儀器、電氣工程及其自動化、機械設(shè)計制造及自動化、機電一體化、自動化、電子信息等專業(yè)的本科相關(guān)專業(yè)教材，也可作為廣大從事檢測技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用的工程技術(shù)人員的參考用書。

作者簡介

趙勇，男，博士，1973年5月生于沈陽市，東北大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。1996—2001年哈爾濱工業(yè)大學(xué)精密儀器系獲學(xué)士、碩士和博士學(xué)位；2001～2003年清華大學(xué)電子工程系博士后；2004年清華大學(xué)自動化系副教授，入選“清華大學(xué)青年骨干人才”；2006年美國伊利諾伊大學(xué)香檳分校

書籍目錄

前言第0章 緒論    0.1 傳感器的基本概念    0.2 傳感器的分類    0.3 檢測系統(tǒng)的組成    0.4 傳感器與檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢    0.4.1 傳感器與檢測技術(shù)性能的改善    0.4.2 開展基礎(chǔ)理論研    0.4.3 傳感器與檢測系統(tǒng)的集成化    0.4.4 傳感器與檢測系統(tǒng)的智能    0.4.5 傳感器與檢測系統(tǒng)的非接觸化和多參數(shù)融合化    0.4.6 檢測系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和虛擬化第1章 傳感器的一般特性  1.1 傳感器的靜態(tài)特性    1.1.1 線性度和非線性誤差    1.1.2 遲滯（回差）    1.1.3 重復(fù)    1.1.4 靈敏度和靈敏度誤差    1.1.5 測量范圍和量程    1.1.6 分辨力和閾值    1.1.7 穩(wěn)定性和零漂、溫漂  1.2 傳感器的動態(tài)特性    1.2.1 傳感器動態(tài)分析的基本特點    1.2.2 傳遞函數(shù)    1.2.3 階躍響應(yīng)和時域動態(tài)性能指標    1.2.4 正弦響應(yīng)和頻域動態(tài)性能指標    1.2.5 無失真檢測條件  思考題與習(xí)題第2章 檢測系統(tǒng)的誤差分析與處理  2.1 測量誤差的基本概念    2.1.1 測量誤差的概念及表達方式    2.1.2 測量誤差的分類  2.2 與誤差相關(guān)的基本概念    2.2.1 測量不確定度    2.2.2 精密度、準確度和精確度    2.2.3 有效數(shù)字  2.3 誤差的傳遞    2.3.1 系統(tǒng)誤差的傳遞    2.3.2 隨機誤差的傳遞  2.4 誤差的合成    2.4.1 系統(tǒng)誤差的合成    2.4.2 隨機誤差的合成    2.4.3 測量系統(tǒng)誤差綜合  2.5 粗大誤差的處理    2.5.1 萊以特準則（3σ準則）    2.5.2 肖維準則    2.5.3 格魯布斯（Grubbs）準則  思考題與習(xí)題  參考文獻第3章 傳感器的敏感材料及敏感元件  3.1 半導(dǎo)體敏感材料及元件    3.1.1 半導(dǎo)體光敏材料及元件    3.1.2 半導(dǎo)體磁敏材料及元件    3.1.3 其他半導(dǎo)體敏感材料及元件  3.2 陶瓷敏感材料    3.2.1 溫度敏感陶瓷材料    3.2.2 濕度敏感陶瓷材料    3.2.3 氣體敏感陶瓷材料    3.2.4 光學(xué)敏感陶瓷材料    3.2.5 壓力敏感陶瓷材料  3.3 高分子敏感材料    3.3.1 敏感性高分子水凝膠    3.3.2 高分子液晶材料    3.3.3 高分子氣敏材料    3.3.4 高分子濕敏材料    3.3.5 炭黑填充硅橡膠力敏材料  3.4 電流變敏感材料    3.4.1 概述    3.4.2 電流變現(xiàn)象和電流變效應(yīng)    3.4.3 電流變體的結(jié)構(gòu)及組成    3.4.4 電流變效應(yīng)機理    3.4.5 電流變材料在智能控制中的應(yīng)用實例  3.5 形狀記憶合金敏感材料    3.5.1 形狀記憶合金的性能    3.5.2 Ti-Nb 系鈦合金在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用    3.5.3 形狀記憶合金在航空工業(yè)中的應(yīng)用  3.6 磁流體敏感材料    3.6.1 磁流體傳感器    3.6.2 磁流體特殊光學(xué)性能    3.6.3 磁流體可控折射率理論與其結(jié)構(gòu)根源  3.7 新型光纖敏感元件    3.7.1 光子晶體光纖    3.7.2 新型塑料光纖    3.7.3 液芯光纖    3.7.4 一些典型的傳感用特種光纖    3.7.5 雙軸（保偏）光纖光柵    3.7.6 雙包層光纖光柵    3.7.7 變包層光纖光柵    3.7.8 多模光纖光柵    3.7.9 少模光纖光柵    3.7.10 光纖光柵耦合器    3.7.11 階躍變化折射率長周期光纖光柵  3.8 小結(jié)  參考文獻第4章 常用傳感器  4.1 應(yīng)變效應(yīng)與應(yīng)變式傳感器    4.1.1 基本概念    4.1.2 傳感器的設(shè)計    4.1.3 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用舉例  4.2 電容、電感式傳感器    4.2.1 電容式傳感器    4.2.2 電感式傳感器  4.3 壓電效應(yīng)及壓電式傳感器    4.3.1 壓電效應(yīng)的概念    4.3.2 壓電傳感器及其等效電路  4.4 電磁效應(yīng)及磁電式傳感器    4.4.1 基本工作原理和結(jié)構(gòu)    4.4.2 磁電式振動速度傳感器  4.5 熱電效應(yīng)及熱電式傳感器    4.5.1 熱電效應(yīng)的概念    4.5.2 熱電偶的冷端溫度處理  4.6 光電效應(yīng)及光電式傳感器    4.6.1 光電效應(yīng)及光電器件    4.6.2 CCD圖像傳感器    4.6.3 光電位置傳感器  4.7 磁光效應(yīng)及磁光式傳感器    4.7.1 法拉第效應(yīng)    4.7.2 磁光克爾效應(yīng)    4.7.3 塞曼效應(yīng)    4.7.4 磁致線雙折射效應(yīng)    4.7.5 磁光效應(yīng)的應(yīng)用  4.8 濕敏傳感器    4.8.1 概述    4.8.2 濕敏傳感器的主要參數(shù)    4.8.3 濕敏元件  4.9 氣敏傳感器    4.9.1 概述    4.9.2 半導(dǎo)體氣敏傳感器    4.9.3 非電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器    4.9.4 半導(dǎo)體氣敏傳感器的基本特性    4.9.5 固體電解質(zhì)氣敏傳感器    4.9.6 氣敏傳感器的應(yīng)用  思考題與習(xí)題  參考文獻第5章 新型傳感器原理  5.1 波式傳感器    5.1.1 超聲波傳感器    5.1.2 微波傳感器    5.1.3 聲表面波傳感器  5.2 生物化學(xué)傳感器    5.2.1 概    5.2.2 蛋白傳感器    5.2.3 勝肽納米管生化傳感器    5.2.4 碳納米管生化傳感器    5.2.5 微機械生化傳感器    5.2.6 石英晶體生化傳感器    5.2.7 光尋址生化傳感器  5.3 智能傳感器    5.3.1 概述    5.3.2 常用智能材料    5.3.3 光纖智能傳感器    5.3.4 智能夾層    5.3.5 光纖管智能傳感器  5.4 核輻射傳感器    5.4.1 核輻射傳感器的物理基礎(chǔ)    5.4.2 核輻射傳感器的分類    5.4.3 核輻射傳感器的應(yīng)用  5.5 光纖傳感器    5.5.1 光學(xué)纖維的結(jié)構(gòu)和基本原理    5.5.2 強度調(diào)制型光纖傳感器技    5.5.3 相位調(diào)制型光纖傳感器技術(shù)    5.5.4 偏振調(diào)制型光纖傳感器技術(shù)    5.5.5 頻率調(diào)制型光纖傳感器技術(shù)    5.5.6 波長調(diào)制型光纖傳感器技術(shù)    5.5.7 分布式光纖傳感器技術(shù)  5.6 微機電傳感器    5.6.1 基礎(chǔ)理論    5.6.2 基礎(chǔ)技術(shù)    5.6.3 幾種典型的微機電傳感器  思考題與習(xí)題  參考文獻第6章 現(xiàn)代檢測技術(shù)  6.1 傳感器的補償與標定    6.1.1 傳感器的補償    6.1.2 傳感器的標定  6.2 檢測信號的調(diào)理電路    6.2.1 測量電橋    6.2.2 檢測信號的放大與變換    6.2.3 信號的調(diào)制與解調(diào)    6.2.4 信號的濾波  6.3 抗干擾技術(shù)    6.3.1 干擾的類型    6.3.2 抑制干擾的基本方法  6.4 傳感檢測新技術(shù)    6.4.1 虛擬儀器技術(shù)    6.4.2 軟測量技術(shù)    6.4.3 多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)    6.4.4 網(wǎng)絡(luò)化傳感器及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)  思考題與習(xí)題  參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：新技術(shù)革命的到來，世界開始進入了信息時代?，F(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱是傳感器與檢測技術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù)，它們分別構(gòu)成信息系統(tǒng)的“感官”、“神經(jīng)”和“大腦”，因此，傳感器與檢測技術(shù)是信息社會的重要基礎(chǔ)技術(shù)，傳感器是信息獲取系統(tǒng)的首要部件。傳感器位于研究對象與測控系統(tǒng)的接口位置，是感知、獲取與檢測信息的窗口。作為現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱之一，世界上傳感器品種已達3萬余種，研究、生產(chǎn)單位5000余家。近年來，在國家“大力加強傳感器的開發(fā)和在國民經(jīng)濟中的普遍應(yīng)用”等一系列政策導(dǎo)向和支持下，我國的傳感器與檢測技術(shù)和產(chǎn)業(yè)取得了長足發(fā)展?！?63”計劃、科技攻關(guān)等計劃中也把傳感器研究放在重要的位置。傳感技術(shù)可以給人們帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，一個國家的現(xiàn)代化水平是用自動化水平來衡量的，科技越發(fā)達，自動化程度越高，對傳感器和檢測技術(shù)的依賴也就越強烈。這也是自20世紀80年代以來，世界各國都將傳感檢測技術(shù)列為重點優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)的原因。傳感器與檢測技術(shù)是自動控制技術(shù)、微電子技術(shù)、通信技術(shù)、計算機科學(xué)和物理學(xué)等學(xué)科有機結(jié)合發(fā)展的產(chǎn)物，是工業(yè)生產(chǎn)的耳目，是監(jiān)視、控制、保證和提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。隨著現(xiàn)代工業(yè)的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳感器與檢測技術(shù)的重要性越來越受到人們的重視。傳感器與檢測技術(shù)在控制和改進產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的質(zhì)量、保證設(shè)備的安全運行以及提高生產(chǎn)率、降低成本等方面起著重要的作用，是發(fā)展現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)必不可少的重要手段之一。目前，傳感器與檢測技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護等極其廣泛的領(lǐng)域?？梢院敛豢鋸埖恼f，從茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個現(xiàn)代化項目，都離不開各種各樣的傳感器和檢測技術(shù)。

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