傳感器原理及應(yīng)用

前言

　　傳感技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)是信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱。信息的獲取對于機(jī)械電子工程、控制、測試、計(jì)量等領(lǐng)域來說都是必不可少的。本書從當(dāng)前工程實(shí)際應(yīng)用和技術(shù)發(fā)展的角度出發(fā)，全面系統(tǒng)地介紹了現(xiàn)代檢測技術(shù)的相關(guān)理論、相關(guān)技術(shù)及其在工程實(shí)際中的應(yīng)用?！　”緯蔷幷咴诙嗄甑慕虒W(xué)、科研、生產(chǎn)實(shí)際工作中的基礎(chǔ)上總結(jié)提煉而成的。在編寫過程中，編者對國內(nèi)外檢測技術(shù)領(lǐng)域的最新發(fā)展進(jìn)行了充分的跟蹤和調(diào)研，參考了國內(nèi)外相關(guān)教材和學(xué)術(shù)成果，保留和精煉了傳統(tǒng)檢測技術(shù)的基礎(chǔ)內(nèi)容，對傳感技術(shù)做了較為全面和詳細(xì)的論述。本書注重傳感技術(shù)基礎(chǔ)理論的闡述，同時(shí)將工程實(shí)際應(yīng)用貫穿全書始終，所介紹的實(shí)踐應(yīng)用知識大多來自工業(yè)企業(yè)現(xiàn)場，符合當(dāng)前技術(shù)發(fā)展和生產(chǎn)實(shí)際要求。本書的具體內(nèi)容包括目前已成熟的傳感技術(shù)和儀器儀表，以及剛開始使用或即將使用的新理論、新技術(shù)、新方法和新設(shè)備等，緊跟該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展步伐，實(shí)用性強(qiáng)?！　∪珪鴥?nèi)容分四方面：第一方面介紹測量及誤差的有關(guān)知識，如測量及測量系統(tǒng)的概念，誤差的分析與處理等；第二方面系統(tǒng)地介紹各種傳感器的原理、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用，目的在于使學(xué)生掌握使用各類傳感器的技巧；第三方面介紹工程檢測的基礎(chǔ)知識及傳感器在工程檢測中的應(yīng)用，將傳感器和工程檢測方面的知識有機(jī)地聯(lián)系起來，使學(xué)生在掌握傳感器原理的基礎(chǔ)上，可以更進(jìn)一步地應(yīng)用這方面的知識來解決工程檢測中的具體問題；第四方面根據(jù)傳感器與單片機(jī)接口的不同方式，分別闡述幾種典型常用傳感器與單片機(jī)接口技術(shù)實(shí)例，使得學(xué)生可以利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測量、信息處理和自動(dòng)控制，從而達(dá)到智能檢測的目的?！　∪珪卜?9章。第1章介紹現(xiàn)代檢測技術(shù)的理論基礎(chǔ)；第2章介紹傳感技術(shù)及基本特性；第3章介紹電阻應(yīng)變式傳感器；第4章介紹電感式傳感器；第5章介紹電容式傳感器；第6章介紹壓電式傳感器；第7章介紹磁學(xué)量傳感器；第8章介紹光電式傳感器；第9章介紹半導(dǎo)體傳感器；第10章介紹超聲波傳感器；第11章介紹微波傳感器；第12章介紹輻射式傳感器；第13章介紹溫度傳感器；第14章介紹壓力傳感器；第15章介紹流量傳感器；第16章介紹物位傳感器；第17章介紹成分分析傳感器；第18章結(jié)合工程實(shí)際，介紹了傳感技術(shù)在工程實(shí)際中的典型應(yīng)用，具體包括陶瓷隧道窯溫度、壓力監(jiān)測控制系統(tǒng)，以及傳感器在模糊控制洗衣機(jī)、現(xiàn)代汽車、機(jī)器人、智能樓宇中的應(yīng)用；第19章介紹傳感器與單片機(jī)接口電路的硬件設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)，以新穎、實(shí)用、完整和典型的原則，詳細(xì)給出了熱電偶傳感器、霍爾傳感器、壓電測力傳感器、光電傳感器等幾種常用傳感器與單片機(jī)接口技術(shù)實(shí)例的硬件電路和軟件程序設(shè)計(jì)方法。　　全書的每章內(nèi)容都有其獨(dú)立性，在使用本教材時(shí)，可根據(jù)不同專業(yè)的要求和特點(diǎn)，對內(nèi)容適當(dāng)進(jìn)行取舍。實(shí)驗(yàn)是本課程不可缺少的重要組成部分，利用“基于嵌入式傳感器與測控技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)臺”可對不同傳感器（如電阻應(yīng)變式、電感式、電容式、壓電式、霍爾式、光電式等）的特性進(jìn)行研究和分析。通過實(shí)驗(yàn)，可以深化理論課的理解，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，從而取得良好的教學(xué)效果?！　”揪C合實(shí)驗(yàn)臺包括：主控臺、各種信號源、電壓源、顯示儀表、單片機(jī)測控中心、ARM測控中心等部分；由各類傳感器與處理變送電路組成的傳感器獨(dú)立實(shí)驗(yàn)?zāi)K，以完成傳感器特性實(shí)驗(yàn)；由溫度控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)、指紋識別系統(tǒng)、CCD人臉檢測系統(tǒng)、控制核心及軟件、計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)、嵌入式ARM測控系統(tǒng)、基于LabVIEW的虛擬儀器測控系統(tǒng)、基于MATLAB的測控系統(tǒng)等各類測控對象及檢測單元組成的測控系統(tǒng)。　　本書可作為應(yīng)用電子、工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)電一體化及計(jì)算機(jī)應(yīng)用等專業(yè)的教材，也可供其他專業(yè)和相關(guān)工程技術(shù)人員參考?！　”緯膳藷挀?dān)任主編，田中捷、李忠虎擔(dān)任副主編。第1～12章、第14章、第15章、第18章、第19章由潘煉教授和田中捷老師編寫；第13章和第15章的15.13節(jié)由李文濤教授編寫；第16章、第17章的17.5～17.11節(jié)和附錄由李忠虎教授編寫；第17章的17.1～17.4節(jié)由程繼紅教授編寫。另外，欽小平、王薇、劉曉鳴等也參加了本書部分章節(jié)的編寫工作，在此表示衷心的感謝！　　本書在編寫過程中參閱了大量相關(guān)書籍及國家標(biāo)準(zhǔn)，在此對相關(guān)作者和單位表示誠摯的感謝！　　編者

內(nèi)容概要

本書是教育部高等學(xué)校特色專業(yè)規(guī)劃教材、國家精品課程配套教材。全書重點(diǎn)介紹工程檢測中常用的各種傳感器的原理、特性及其應(yīng)用技術(shù)，共19章，內(nèi)容涵蓋現(xiàn)代檢測技術(shù)的理論，傳感技術(shù)及基本特性，常見傳感器的工作原理，如電阻應(yīng)變式、電感式、電容式、壓電式、磁學(xué)量、光電式、半導(dǎo)體、超聲波、微波、輻射式、溫度、壓力、流量、物位、成分分析傳感器，最后結(jié)合工程實(shí)際，介紹了傳感技術(shù)在工程實(shí)際中的典型應(yīng)用，并給出了傳感器與單片機(jī)接口電路的硬件設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)。
本書取材新穎、內(nèi)容豐富、系統(tǒng)性強(qiáng)、條理清晰、技術(shù)實(shí)用，反映了現(xiàn)代檢測技術(shù)領(lǐng)域的新發(fā)展和新成果。書中穿插了大量的實(shí)踐應(yīng)用知識，充分體現(xiàn)了理論聯(lián)系實(shí)際，重在工程實(shí)際的應(yīng)用原則，以及傳感器與單片機(jī)接口的最新實(shí)用技術(shù)。

書籍目錄

第1章 現(xiàn)代檢測技術(shù)的理論基礎(chǔ)
 1.1 檢測技術(shù)概論
 1.2 檢測數(shù)據(jù)的估計(jì)和處理
 思考題和習(xí)題
第2章 傳感技術(shù)及基本特性
 2.1 傳感器的特性與分類
 2.2 傳感器的命名方法及代號
 2.3 傳感器材料
 2.4 傳感器制作技術(shù)
 2.5 傳感器設(shè)計(jì)方法
 2.6 傳感器應(yīng)用電路組成
 2.7 檢測技術(shù)的發(fā)展
 思考題和習(xí)題
第3章 電阻應(yīng)變式傳感器
 3.1 常用彈性元件的結(jié)構(gòu)和特性
 3.2 電阻應(yīng)變效應(yīng)
 3.3 電阻應(yīng)變片測量電路
 3.4 電阻應(yīng)變傳感器的應(yīng)用
 思考題和習(xí)題
第4章 電感式傳感器
 4.1 自感式電感傳感器
 4.2 差動(dòng)變壓器式互感傳感器
 4.3 電渦流式傳感器
 4.4 電感式傳感器的應(yīng)用
 思考題和習(xí)題
第5章 電容式傳感器
 5.1 電容式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)
 5.2 電容式傳感器的靈敏度及非線性
 5.3 電容式傳感器的等效電路
 5.4 電容式傳感器的測量電路
 5.5 電容式傳感器的應(yīng)用
 思考題和習(xí)題
第6章 壓電式傳感器
 6.1 壓電效應(yīng)及壓電材料
 6.2 壓電式傳感器的測量電路
 6.3 壓電式傳感器的應(yīng)用
 思考題和習(xí)題
第7章 磁學(xué)量傳感器
 7.1 磁電感應(yīng)式傳感器
 7.2 霍爾式傳感器
 7.3 新型磁學(xué)量傳感器
 思考題和習(xí)題
第8章 光電式傳感器
第9章 半導(dǎo)體傳感器
第10章 超聲波傳感器
第11章 微波傳感器
第12章 輻射式傳感器
第13章 溫度傳感器
第14章 壓力傳感器
第15章 流量傳感器
第16章 物位傳感器
第17章 成分分析傳感器
第18章 傳感技術(shù)的工程應(yīng)用
第19章 傳感器與單片機(jī)接口技術(shù)實(shí)例
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：由檢測所獲得的被測量的量值叫檢測結(jié)果，檢測結(jié)果可用一定的數(shù)值表示，也可以用一條曲線或某種圖形表示，但無論其表現(xiàn)形式如何，檢測結(jié)果應(yīng)包括比值和檢測單位。由于檢測結(jié)果僅僅是被測量的最佳估計(jì)值，并非真值，所以還應(yīng)給出檢測結(jié)果的質(zhì)量，即檢測結(jié)果的可信程度。這個(gè)可信程度用檢測不確定度表示，檢測不確定度表征檢測值的分散程度。因此，檢測結(jié)果的完.整表述應(yīng)包括比值、檢測單位及檢測不確定度。被測量的量值和比值等都是檢測過程的信息，這些信息依托于物質(zhì)才能在空間和時(shí)間上進(jìn)行傳遞。被測量作用到實(shí)際物體上，使其某些參數(shù)發(fā)生變化，參數(shù)承載了信息而成為信號。可選擇其中適當(dāng)?shù)膮?shù)作為測量信號，如熱電偶溫度傳感器的工作參數(shù)是熱電偶的電勢，差壓流量傳感器中的孔板工作參數(shù)是差壓Ap。檢測過程就是傳感器從被測對象獲取被測量的信息，建立起檢測信號，經(jīng)過變換、傳輸、處理，從而獲得被測量的量值的過程。1.1.2 檢測方法實(shí)現(xiàn)被測量與標(biāo)準(zhǔn)量比較得出比值的方法，稱為檢測方法。針對不同檢測任務(wù)，進(jìn)行具體分析，找出切實(shí)可行的檢測方法，對檢測工作是十分重要的。對于檢測方法，從不同角度，有不同的分類方法。它根據(jù)獲得被測量的方法可分為直接檢測、間接檢測與組合檢測；根據(jù)檢測方式可分為偏差式檢測、零位式檢測與微差式檢測；根據(jù)檢測條件不同可分為等精度檢測與不等精度檢測；根據(jù)被測量變化快慢可分為靜態(tài)檢測與動(dòng)態(tài)檢測；根據(jù)檢測敏感元件是否與被測介質(zhì)接觸可分為接觸式檢測與非接觸式檢測；根據(jù)檢測系統(tǒng)是否向被測對象施加能量可分為主動(dòng)式檢測與被動(dòng)式檢測等。

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