傳感與檢測(cè)技術(shù)

前言

　　隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，信息的獲取、處理、傳輸已成為信息領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。作為信息技術(shù)的三大支柱之一，傳感與檢測(cè)技術(shù)已滲透到人類(lèi)的科學(xué)研究、工程實(shí)踐和日常生活的各個(gè)方面，在促進(jìn)生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步的廣闊領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著重要的作用。　　根據(jù)幾年來(lái)本書(shū)的使用情況和教師學(xué)生各方面的反饋意見(jiàn)，為了進(jìn)一步適應(yīng)高等院校對(duì)傳感與檢測(cè)技術(shù)教學(xué)的需求，我們對(duì)2007年出版的《傳感與檢測(cè)技術(shù)》進(jìn)行了全面的修訂。這次修訂除了保持本書(shū)深入淺出、理論嚴(yán)謹(jǐn)、系統(tǒng)性強(qiáng)、工程實(shí)踐性強(qiáng)、便于自學(xué)等特點(diǎn)外，突出了教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)性和先進(jìn)性相結(jié)合，基礎(chǔ)理論與測(cè)量功能相結(jié)合，測(cè)量原理的學(xué)習(xí)和實(shí)踐中可實(shí)現(xiàn)性相結(jié)合的特點(diǎn)。增加了信號(hào)分析及其在檢測(cè)技術(shù)中的應(yīng)用、數(shù)字信號(hào)調(diào)理技術(shù)、測(cè)量數(shù)據(jù)基本處理算法、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)等知識(shí)內(nèi)容，并結(jié)合教師的科研項(xiàng)目，增加了實(shí)際工程應(yīng)用實(shí)例，使學(xué)生從完整測(cè)量系統(tǒng)的角度掌握其基本特性、結(jié)構(gòu)原理、測(cè)量數(shù)據(jù)處理的方法以及功能實(shí)現(xiàn)等多方面的知識(shí)。豐富了每章的思考題和習(xí)題，以檢驗(yàn)學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)的能力，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，調(diào)動(dòng)他們的學(xué)習(xí)積極性，部分章節(jié)還提供了C語(yǔ)言編程和MATLAB在檢測(cè)技術(shù)中的應(yīng)用實(shí)例。　　全書(shū)共分9章。第1章主要介紹傳感器與檢測(cè)技術(shù)的基本概念、分類(lèi)、發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用領(lǐng)域；第2章介紹了傳感器與測(cè)量系統(tǒng)的基本特性、標(biāo)定方法和不失真測(cè)量的條件；第3章介紹了測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理的一般理論基礎(chǔ)知識(shí)；第4章介紹不同類(lèi)型傳感器的原理、測(cè)量電路與實(shí)際應(yīng)用；第5章介紹了模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)調(diào)理技術(shù)；第6章介紹了測(cè)量誤差的基本概念、主要誤差的判別與消除方法、測(cè)量數(shù)據(jù)處理的方法以及計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)，以及基于計(jì)算機(jī)的現(xiàn)代測(cè)量系統(tǒng)中的基本測(cè)量數(shù)據(jù)處理算法；第7章介紹了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)、虛擬儀器、多傳感器信息融合技術(shù)、軟測(cè)量技術(shù)以及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)等概念、基本原理、應(yīng)用范圍及發(fā)展方向等，并給出一些現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例；第8章介紹了測(cè)量系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)；第9章根據(jù)教師的科研項(xiàng)目，介紹了傳感器與檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例?！　”緯?shū)第1章~第3章、第6章以及第9章由劉紅麗編寫(xiě)，第7章和第8章由張菊秀編寫(xiě)，第4章和第7章部分章節(jié)由徐滬萍、徐志剛編寫(xiě)，第5章由楊胤鐸編寫(xiě)，全書(shū)由劉紅麗負(fù)責(zé)統(tǒng)編和定稿。本書(shū)在編寫(xiě)過(guò)程中，參考了大量的國(guó)內(nèi)外參考資料，受益匪淺，在此對(duì)參考資料的作者表示誠(chéng)摯的感謝?！　∠抻诰幷咚剑瑫?shū)中難免存在錯(cuò)誤和不妥之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

《傳感與檢測(cè)技術(shù)(第2版)》(作者劉紅麗)按照傳感器、檢測(cè)技術(shù)與檢
測(cè)系統(tǒng)三大模塊組織內(nèi)容，全面介紹了傳感器與測(cè)量系統(tǒng)的基本特性、信 號(hào)分析基礎(chǔ)及其在檢測(cè)技術(shù)中的應(yīng)用、傳感器原理、信號(hào)調(diào)理技術(shù)、測(cè)量
誤差分析與測(cè)量數(shù)據(jù)基本處理算法、現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)、抗干擾技術(shù)和應(yīng)用實(shí) 例等。本書(shū)系統(tǒng)性強(qiáng)，注重工程實(shí)踐應(yīng)用與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，具有良好的
教學(xué)適宜性和可讀性。 《傳感與檢測(cè)技術(shù)(第2版)》可作為高等院校測(cè)控技術(shù)與儀器、自動(dòng)化
、電氣工程與自動(dòng)化、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、通信工程、計(jì)算機(jī)應(yīng)用 等專(zhuān)業(yè)的本科生教材，也可供從事傳感與檢測(cè)技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用和設(shè)計(jì)開(kāi)
發(fā)的研究人員、工程技術(shù)人員參考。

書(shū)籍目錄

第1章 概論
1．1 傳感器
1．1．1 傳感器定義
1．1．2 傳感器的組成
1．1．3 傳感器的分類(lèi)
1．1．4 傳感技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展
1．2 檢測(cè)技術(shù)
1．2．1 檢測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和類(lèi)型
1．2．2 檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用
1．2．3 檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展
第2章 傳感器與測(cè)量系統(tǒng)的基本特性
2．1 測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性
2．2 測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性
2．2．1 測(cè)蟄系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
2．2．2 常見(jiàn)測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
2．2．3 測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性
2．3 傳感器的標(biāo)定
2．4 測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定
2．5 測(cè)量系統(tǒng)的不失真測(cè)量
2．5．1 輸出信號(hào)的失真
2．5．2 不失真測(cè)量條件
思考題與習(xí)題
第3章 信號(hào)分析及其在檢測(cè)技術(shù)中的應(yīng)用
3．1 信號(hào)的分類(lèi)
3．1．1 確定性信號(hào)和非確定性信號(hào)
3．1．2 連續(xù)時(shí)間信號(hào)和離散時(shí)間信號(hào)
3．2 信號(hào)的時(shí)域分析
3．3 信號(hào)的頻域分析
3．3．1 周期信號(hào)與離散頻譜
3．3．2 非周期信號(hào)與連續(xù)頻譜
3．3．3 傅里葉變換的性質(zhì)
3．3．4 離散時(shí)間信號(hào)的頻譜
3．4 信號(hào)的相關(guān)分析
3．4．1 相關(guān)
3．4．2 自相關(guān)函數(shù)
3．4．3 互相關(guān)函數(shù)
3．4．4 相關(guān)函數(shù)的應(yīng)用
3．4．5 相關(guān)函數(shù)的估計(jì)值
思考題與習(xí)題
第4章 傳感器原理
4．1 電參數(shù)型傳感器
4．1．1 電阻應(yīng)變片式傳感器
4．1．2 電感式傳感器
4．1．3 電容式傳感器
4．2 電量型傳感器
4．2．1 熱電式傳感器
4．2．2 壓電式傳感器
4．3 光電傳感器
4．3．1 光電效應(yīng)
4．3．2 光電器件
4．3．3 光電傳感器的應(yīng)用
4．4 光纖傳感器
4．4．1 光纖傳感器概述
4．4．2 光調(diào)制方式
4．4．3 光纖傳感器的應(yīng)用
4．5 半導(dǎo)體物性傳感器
4．5．1 半導(dǎo)體氣敏傳感器
4．5．2 半導(dǎo)體濕敏傳感器
4．5．3 霍耳式傳感器
4．6 數(shù)字式傳感器
4．6．1 光柵傳感器
4．6．2 感應(yīng)同步器
思考題與習(xí)題
第5章 信號(hào)調(diào)理技術(shù)
5．1 概述
5．2 信號(hào)放大電路
5．2．1 差動(dòng)放火電路
5．2．2 儀用放大電路
5．2．3 可編程增益放大電路
5．2．4 隔離放火電路
5．3 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路
5．3．1 電壓-電流變換電路
5．3．2 電流-電壓變換電路
5．3．3 Ac-Dc轉(zhuǎn)換電路
5．3．4 電壓／頻率轉(zhuǎn)換電路
5．3．5 A／D轉(zhuǎn)換電路
5．3．6 D／A轉(zhuǎn)換電路
5．4 信號(hào)處理電路
5．4．1 信號(hào)濾波電路
5．4．2 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路
5．4．3 采樣保持電路
5．5 數(shù)字信號(hào)調(diào)理技術(shù)
5．5．1 離散傅里葉變換DFT
5．5．2 快速傅里葉變換
5．5．3 數(shù)字濾波器
5．5．4 濾波器分析設(shè)計(jì)工具的應(yīng)用
思考題與習(xí)題
第6章 測(cè)量誤差分析與測(cè)量數(shù)據(jù)基本處理算法
6．1 測(cè)量誤差分析
6．1．1 測(cè)量誤差的基本概念
6．1．2 測(cè)量誤差的分類(lèi)
6．1．3 系統(tǒng)誤差
6．1．4 隨機(jī)誤差
6．1．5 粗差的判別與剔除
6．1．6 數(shù)據(jù)位數(shù)的確定
6．1．7 測(cè)量數(shù)據(jù)處理
6．2 測(cè)量數(shù)據(jù)處理基本算法
6．2．1 克服隨機(jī)誤差的軟件算法
6．2．2 消除系統(tǒng)誤差的軟件算法
6．2．3 傳感器的溫度誤差校正
6．2．4 標(biāo)度變換處理技術(shù)
思考題與習(xí)題
第7章 現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)
7．1 智能傳感器
7．1．1 智能傳感器的概念及實(shí)現(xiàn)途徑
7．1．2 智能傳感器的硬件構(gòu)成及設(shè)計(jì)
7．1．3 智能傳感器中的軟件設(shè)計(jì)
7．1．4 智能傳感器的發(fā)展方向
7．2 現(xiàn)場(chǎng)總線
7．2．1 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)概述
7．2．2 幾種有影響的現(xiàn)場(chǎng)總線
7．2．3 現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用實(shí)例
7．2．4 現(xiàn)場(chǎng)總線智能傳感器
7．3 虛擬儀器
7．3 1虛擬儀器概述
7．3．2 虛擬儀器軟件與開(kāi)發(fā)平臺(tái)
7．3．3 虛擬儀器的應(yīng)用
7．4 多傳感器信息融合技術(shù)
7．4．1 概述
7．4．2 信息融合的基本原理
7．4．3 多傳感器信息融合的結(jié)構(gòu)及功能模型
7．4．4 傳感器信息融合的應(yīng)用實(shí)例——傳感器在線故障識(shí)別系統(tǒng)
7．5 軟測(cè)量技術(shù)
7．5．1 軟測(cè)量建模方法
7．5．2 模型實(shí)時(shí)演算的工程化實(shí)施技術(shù)
7．5．3 軟測(cè)量技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用
7．6 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)
7．6．1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述
7．6．2 zigBee無(wú)線通信技術(shù)
7．6．3 路由(Routig)
思考題與習(xí)題
第8章 檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)
8．1 干擾的來(lái)源及分類(lèi)
8．1．1 外部干擾
8．1．2 內(nèi)部干擾
8．2 硬件抗干擾技術(shù)
8．2．1 串模干擾的抑制
8．2．2 共模干擾的抑制
8．2．3 電磁干擾的抑制
8．2．4 隔離技術(shù)
8．3 軟件抗干擾技術(shù)
8．3．1 CPU抗干擾技術(shù)
8．3．2 輸入輸出的抗干擾技術(shù)
思考題與習(xí)題
第9章 傳感與檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例
9．1 血液凝固檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
9．2 自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)
9．3 智能溫度測(cè)控儀
9．4 信號(hào)頻譜分析應(yīng)用
9．5 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在溫度測(cè)量上的應(yīng)用分析
附錄標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶分度表
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   軟測(cè)量就是選擇與被測(cè)變量相關(guān)的一組可測(cè)變量，構(gòu)造某種以可測(cè)變量為輸入，被測(cè)變量為輸出的數(shù)學(xué)模型，使用計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行模型的數(shù)值運(yùn)算，從而得到被測(cè)變量的估計(jì)值的過(guò)程。目前軟測(cè)量建模方法有以下幾種： 1.機(jī)理建模方法 在全面了解生產(chǎn)過(guò)程的工藝機(jī)理后，根據(jù)一些已知的定律、定理和原理，列寫(xiě)一系列機(jī)理方程，包括質(zhì)量平衡方程和物理、化學(xué)方程等。在上述基本方程的基礎(chǔ)上，建立起來(lái)的過(guò)程數(shù)學(xué)模型，通常稱(chēng)為機(jī)理模型。從而確定不可測(cè)的主導(dǎo)變量和可測(cè)的輔導(dǎo)變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，建立用來(lái)估計(jì)主導(dǎo)變量的機(jī)理模型。通過(guò)機(jī)理建立數(shù)學(xué)模型的理論和方法有了很大的發(fā)展，人們開(kāi)始描述極為復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程和設(shè)備如精餾塔、反應(yīng)器、加熱爐等）的內(nèi)在關(guān)系。應(yīng)用這種方法有非常明確的物理意義，所得的模型有很大的適應(yīng)性，并能滿足工程上對(duì)模型精度的需要。但是，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由于對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程機(jī)理的認(rèn)識(shí)還不深刻，因此，要建立機(jī)理模型來(lái)估計(jì)一些過(guò)程變量還有一定的困難。 2.統(tǒng)計(jì)方法 根據(jù)大量的歷史操作數(shù)據(jù)即生產(chǎn)記錄數(shù)據(jù)，做數(shù)學(xué)回歸分析，得到操作變量之間的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。此類(lèi)模型形式簡(jiǎn)單、求解方便。但要建立一個(gè)精度較高的統(tǒng)計(jì)模型，首先要有準(zhǔn)確的、足夠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，或通過(guò)專(zhuān)門(mén)的實(shí)驗(yàn)，取得所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，另外還要選擇合理的模型結(jié)果。這種建模的優(yōu)點(diǎn)是：不必考慮過(guò)程機(jī)理，只應(yīng)用統(tǒng)計(jì)回歸分析建立系統(tǒng)輸入、輸出關(guān)系；缺點(diǎn)是由于不必深究機(jī)理，有時(shí)所建立的函數(shù)關(guān)系不能反映復(fù)雜的內(nèi)在機(jī)理。 3.非線性軟測(cè)量模型的建立 神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)是近十幾年來(lái)迅速發(fā)展的一種建模方法。神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)模擬人腦的機(jī)能，在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)線性、非線性空間映射，模擬出復(fù)雜的工況。神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)一般采用3層結(jié)構(gòu)、2次映射結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)工況的非線性擬合。理論上已證明2次映射能夠映射任意非線性關(guān)系。神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成是用最小二乘法、遺傳算法、聚類(lèi)法等算法從大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)中訓(xùn)練出擬合度最佳的模型結(jié)構(gòu)。它不需要過(guò)于細(xì)致深入了解復(fù)雜的工藝機(jī)理，只需得到有效的反映真實(shí)工況的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。同時(shí)，它的適應(yīng)性能也較強(qiáng)，能夠適用于各種生產(chǎn)工況和裝置。目前，一些成熟的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)廣泛用于工業(yè)過(guò)程建模中。 7.5.2模型實(shí)時(shí)演算的工程化實(shí)施技術(shù) 軟測(cè)量是一種工程實(shí)用技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)軟測(cè)量估計(jì)器的工作可以分為5個(gè)步驟： 1.二次變量的選擇 二次變量的選擇就是從可測(cè)變量集中確定適當(dāng)數(shù)目的變量構(gòu)成輔助變量集。二次變量的選擇是建立軟測(cè)量模型的第一步，它對(duì)于軟測(cè)量的成功與否相當(dāng)重要，其選擇一般是從機(jī)理入手分析，若缺乏機(jī)理知識(shí)，則可用回歸分析的方法找出影響被估計(jì)變量的主要因素，但這需要大量的觀測(cè)數(shù)據(jù)。二次變量的選擇包括變量類(lèi)型、變量數(shù)量和檢測(cè)點(diǎn)的選擇。這3個(gè)方面是互相關(guān)聯(lián)、互相影響的，由過(guò)程特性決定，此外，還受設(shè)備價(jià)格和可靠性、安裝和維護(hù)的難易程度等外部因素制約。 2.現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集與處理 從現(xiàn)場(chǎng)采集的測(cè)量數(shù)據(jù)，由于受到儀表精確度的影響，一般都不可避免地帶有誤差，若將這些測(cè)量數(shù)據(jù)直接用于軟測(cè)量，則會(huì)導(dǎo)致軟測(cè)量的精度下降，甚至完全失敗。即輸入數(shù)據(jù)的正確性和可靠性關(guān)系到軟儀表的輸出精度，而它們常因自身特點(diǎn)或外部污染不能直接作為軟儀表的輸入，因此，輸入數(shù)據(jù)的預(yù)處理（數(shù)據(jù)變換和誤差處理）成為軟測(cè)量技術(shù)中必不可少的一步。

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