傳感器與測(cè)試技術(shù)

前言

　　設(shè)計(jì)、工藝和檢測(cè)是機(jī)械工程三大組成部分，在工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)械制造信息化和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中，測(cè)試技術(shù)及相關(guān)課程起著極為重要的作用。我國自1978年將“測(cè)試技術(shù)”課程列入機(jī)械專業(yè)類教學(xué)計(jì)劃以來，測(cè)試技術(shù)及測(cè)試技術(shù)課程進(jìn)行了多次大面積更新，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和自動(dòng)化、機(jī)械工程學(xué)科的教學(xué)改革，為滿足普通應(yīng)用性本科新的需要，編寫出版本教材?！　”緯卜譃?3章，系統(tǒng)地論述了測(cè)試系統(tǒng)及其基本特性；介紹了測(cè)試系統(tǒng)中傳感器的結(jié)構(gòu)、基本原理和典型應(yīng)用，以及傳感器的發(fā)展趨勢(shì)、選用原則等；講解了“信號(hào)處理”，包括測(cè)試系統(tǒng)中的信號(hào)調(diào)理與數(shù)據(jù)采集，信號(hào)處理和數(shù)字信號(hào)處理基礎(chǔ)等；還專門講述了“典型測(cè)試系統(tǒng)”，包括振動(dòng)、噪聲、機(jī)械參量、工業(yè)自動(dòng)化等測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用。教材從測(cè)試系統(tǒng)基本理論與傳感器原理、特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域，信號(hào)分析方法物理含義、特點(diǎn)及應(yīng)用，到典型測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)建、應(yīng)用與分析進(jìn)行深入淺出的闡述，力求使讀者對(duì)測(cè)試系統(tǒng)有一個(gè)“一體化”的完整理解?！　”緯芍貞c科技學(xué)院周傳德任主編并對(duì)全書統(tǒng)稿，安陽工學(xué)院宋強(qiáng)、重慶科技學(xué)院文成任副主編，重慶科技學(xué)院劉成俊、重慶大學(xué)王見、安陽工學(xué)院韓玉坤、重慶大學(xué)尹愛軍、重慶科技學(xué)院彭浩、安陽工學(xué)院王立新、重慶科技學(xué)院王春、安陽電子信息學(xué)校韓妹娟任編委。本書是在以上教師通力合作下完成的?！　”緯诰帉戇^程中吸取了相關(guān)教材和參考書的優(yōu)點(diǎn)，力求能反映傳感器與測(cè)試技術(shù)的最新發(fā)展?fàn)顩r。本書可作為高等院?！皺C(jī)械工程及自動(dòng)化”“機(jī)械設(shè)計(jì)”“機(jī)械電子工程”“車輛工程”“測(cè)試技術(shù)與儀器”“能源動(dòng)力”和其他相近專業(yè)的教材，也可供從事測(cè)試技術(shù)的科技人員參考?！　∮捎诰幷咚接邢蓿視r(shí)間緊迫，未能廣泛匯集意見，懇切希望教師、學(xué)生和讀者對(duì)本書的內(nèi)容編排、材料取舍以及書中的錯(cuò)誤、欠妥之處提出批評(píng)、指正和修改意見。

內(nèi)容概要

本書共分為13章，系統(tǒng)地論述了測(cè)試系統(tǒng)及其基本特性；介紹了測(cè)試系統(tǒng)中傳感器的結(jié)構(gòu)、基本原理和典型應(yīng)用，以及傳感器的發(fā)展趨勢(shì)、選用原則等；講解了“信號(hào)處理”，包括測(cè)試系統(tǒng)中的信號(hào)調(diào)理與數(shù)據(jù)采集，信號(hào)處理和數(shù)字信號(hào)處理基礎(chǔ)等；還專門講述了“典型測(cè)試系統(tǒng)”，包括振動(dòng)、噪聲、機(jī)械參量、工業(yè)自動(dòng)化等測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用。教材從測(cè)試系統(tǒng)基本理論與傳感器原理、特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域，信號(hào)分析方法物理含義、特點(diǎn)及應(yīng)用，到典型測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)建、應(yīng)用與分析進(jìn)行深入淺出的闡述，力求使讀者對(duì)測(cè)試系統(tǒng)有一個(gè)“一體化”的完整理解。

書籍目錄

第1章  測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)成  1.1 測(cè)試技術(shù)的任務(wù)和重要性  1.2 測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)成  1.3 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)體系  習(xí)題與思考題第2章  測(cè)試系統(tǒng)的基本特征  2.1 測(cè)試系統(tǒng)的主要特性  2.2 測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)特性    2.2.1 靜態(tài)傳遞方程與定度曲線    2.2.2 靈敏度    2.2.3 線性度    2.2.4 回程誤差    2.2.5 穩(wěn)定性  2.3 測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性    2.3.1 測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)傳遞特性的時(shí)域描述    2.3.2 測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)傳遞特性的頻域描述    2.3.3 測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性參數(shù)的識(shí)別  2.4 測(cè)試系統(tǒng)不失真?zhèn)鬟f信號(hào)的條件  2.5 測(cè)試系統(tǒng)的抗干擾  習(xí)題與思考題第3章  傳感器定義及分類  3.1 傳感器的定義  3.2 傳感器的組成  3.3 傳感器的分類  習(xí)題與思考題第4章  常規(guī)傳感器原理及應(yīng)用  4.1 電阻式傳感器    4.1.1 電位器式電阻傳感器    4.1.2 應(yīng)變片式電阻傳感器  4.2 電感式傳感器    4.2.1 自感式傳感器    4.2.2 差動(dòng)變壓器式傳感器    4.2.3 電渦流式傳感器    4.2.4 感應(yīng)同步器  4.3 電容式傳感器    4.3.1 工作原理和結(jié)構(gòu)類型    4.3.2 轉(zhuǎn)換電路    4.3.3 電容式傳感器的應(yīng)用  4.4 壓電式傳感器    4.4.1 壓電效應(yīng)    4.4.2 壓電傳感器的等效電路和測(cè)量電路    4.4.3 壓電式傳感器的應(yīng)用  4.5 磁電式傳感器    4.5.1 磁電感應(yīng)式傳感器工作原理    4.5.2 磁電感應(yīng)式傳感器基本特性    4.5.3 磁電感應(yīng)式傳感器的測(cè)量電路    4.5.4 磁電感應(yīng)式傳感器的應(yīng)用  4.6 熱電式傳感器    4.6.1 熱電偶溫度傳感器    4.6.2 熱電阻溫度傳感器    4.6.3 熱敏電阻溫度傳感器  4.7 光電傳感器    4.7.1 光源與光的特性    4.7.2 光電效應(yīng)    4.7.3 光電式傳感器的類型    4.7.4 光電編碼器    4.7.5 固態(tài)圖像傳感器（CCD）  4.8 霍爾式傳感器    4.8.1 霍爾效應(yīng)    4.8.2 霍爾元件結(jié)構(gòu)及測(cè)量電路    4.8.3 霍爾元件基本特性    4.8.4 霍爾式傳感器的應(yīng)用  習(xí)題與思考題第5章  新型傳感器原理及應(yīng)用  5.1 激光傳感器    5.1.1 激光產(chǎn)生的原理    5.1.2 激光的特性    5.1.3 激光器及其特性    5.1.4 激光探測(cè)器的應(yīng)用  5.2 光纖傳感器    5.2.1 光纖的結(jié)構(gòu)    5.2.2 傳光原理    5.2.3 光纖的種類    5.2.4 光纖傳感器分類    5.2.5 光纖傳感器的應(yīng)用    5.2.6 光纖傳感器的發(fā)展趨勢(shì)  5.3 智能傳感器    5.3.1 概述    5.3.2 智能傳感器實(shí)現(xiàn)的途徑    5.3.3 智能傳感器的發(fā)展前景  5.4 MEMS傳感器  習(xí)題與思考題第6章  傳感器的發(fā)展趨勢(shì)及選用原則  6.1 傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀  6.2 傳感器的發(fā)展趨勢(shì)  6.3 傳感器改善性能的途徑  6.4 傳感器選用原則  習(xí)題與思考題第7章  信號(hào)分析基礎(chǔ)  7.1 信號(hào)的分類    7.1.1 信號(hào)的概念及其描述方法    7.1.2 信號(hào)分類  7.2 信號(hào)分析中的常用函數(shù)    7.2.1 正弦信號(hào)    7.2.2 單位沖激信號(hào)（δ函數(shù)）    7.2.3 單位階躍函數(shù)    7.2.4 sinc（t）函數(shù)  7.3 信號(hào)的時(shí)域分析    7.3.1 均值    7.3.2 均方值    7.3.3 方差    7.3.4 波形圖  7.4 信號(hào)的幅值域分析    7.4.1 概率密度函數(shù)    7.4.2 概率分布函數(shù)    7.4.3 直方圖分析  7.5 信號(hào)的頻域分析    7.5.1 頻域分析中的基本概念    7.5.2 周期信號(hào)的頻譜    7.5.3 非周期信號(hào)的頻譜    7.5.4 隨機(jī)信號(hào)的頻譜    7.5.5 頻域分析的應(yīng)用  7.6 信號(hào)的相關(guān)分析    7.6.1 相關(guān)函數(shù)    7.6.2 相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)及物理含義    7.6.3 隨機(jī)信號(hào)的相關(guān)函數(shù)與其頻譜的關(guān)系  7.7 卷積及卷積定理    7.7.1 卷積的定義    7.7.2 卷積定理  7.8 時(shí)頻聯(lián)合分析方法簡介    7.8.1 短時(shí)傅里葉變換    7.8.2 小波分析  習(xí)題與思考題第8章  信號(hào)調(diào)理  8.1 放大電路    8.1.1 反相放大器    8.1.2 同相放大器    8.1.3 差動(dòng)放大器    8.1.4 交流放大電路    8.1.5 電荷放大器    8.1.6 測(cè)量放大器    8.1.7 隔離放大器  8.2 電橋    8.2.1 直流電橋    8.2.2 交流電橋  8.3 調(diào)制與解調(diào)    8.3.1 調(diào)制的類型    8.3.2 調(diào)幅及其解調(diào)  8.4 濾波器    8.4.1 濾波器的分類    8.4.2 理想濾波器    8.4.3 實(shí)際濾波器    8.4.4 無源濾波器    8.4.5 有源濾波器  習(xí)題與思考題第9章  數(shù)字信號(hào)處理  9.1 數(shù)據(jù)采集    9.1.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本組成    9.1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)    9.1.3 采樣過程與采樣定理  9.2 離散傅里葉變換    9.2.1 離散傅里葉變換（DFT）    9.2.2 快速傅里葉變換（FFT）  9.3 DFT變換過程中的問題    9.3.1 FFT的譜分析極限    9.3.2 頻率混疊現(xiàn)象及其抑制    9.3.3 信號(hào)的截?cái)嗯c泄漏    9.3.4 常用窗函數(shù)及其特性  習(xí)題與思考題第10章  振動(dòng)測(cè)試  10.1 振動(dòng)測(cè)試方法    10.1.1 振動(dòng)測(cè)試基本方法    10.1.2 測(cè)振系統(tǒng)的定度和校準(zhǔn)    10.1.3 測(cè)試方案的制訂和測(cè)試系統(tǒng)的選擇  10.2 機(jī)械阻抗測(cè)試系統(tǒng)  習(xí)題與思考題第11章  噪聲測(cè)試  11.1 噪聲測(cè)試方法    11.1.1 聲學(xué)基本概念    11.1.2 噪聲的物理度量    11.1.3 多聲源噪聲級(jí)合成、扣除和平均    11.1.4 噪聲的頻譜分析    11.1.5 噪聲的主觀評(píng)價(jià)  11.2 噪聲測(cè)量儀器及應(yīng)用    11.2.1 傳聲器    11.2.2 聲壓測(cè)量儀器    11.2.3 聲強(qiáng)測(cè)量  習(xí)題與思考題第12章  機(jī)械參量測(cè)試  12.1 轉(zhuǎn)速、扭矩與功率測(cè)試    12.1.1 轉(zhuǎn)速測(cè)量    12.1.2 扭矩測(cè)量技術(shù)    12.1.3 功率測(cè)量  12.2 應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試    12.2.1 應(yīng)變測(cè)量技術(shù)    12.2.2 應(yīng)力測(cè)量  12.3 流量壓力測(cè)量    12.3.1 流量測(cè)量概述    12.3.2 流量測(cè)量傳感器     2.3.3 壓力測(cè)量技術(shù)第13章  傳感器在工業(yè)中的應(yīng)用  13.1 傳感器在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用    13.1.1 零位和極限位置的檢測(cè)    13.1.2 位移量的檢測(cè)    13.1.3 速度、加速度的檢測(cè)    13.1.4 外部信息傳感器在電弧焊機(jī)器人中的應(yīng)用  13.2 傳感器在CNC機(jī)床與加工中心中的應(yīng)用    13.2.1 傳感器在位置反饋系統(tǒng)中的應(yīng)用    13.2.2 傳感器在速度反饋系統(tǒng)中的應(yīng)用    13.2.3 傳感器在位置檢測(cè)中的應(yīng)用  13.3 傳感器在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中的應(yīng)用    13.3.1 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的傳感檢測(cè)系統(tǒng)    13.3.2 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量探頭  13.4 傳感器在汽車機(jī)電一體化中的應(yīng)用    13.4.1 汽車用傳感器    13.4.2 傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)中的典型應(yīng)用    13.4.3 傳感器在汽車空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用    13.4.4 公路交通用傳感器  13.5 傳感器在煉鋼轉(zhuǎn)爐監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用  習(xí)題與思考題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　傳感器技術(shù)是一門知識(shí)密集型技術(shù)，它與許多學(xué)科有關(guān)。傳感器的原理各種各樣，其種類十分繁多，分類方法也很多，下面將目前常用的分類方法做一個(gè)簡單介紹?！　?）按照傳感器的工作機(jī)理，可分為物理型、化學(xué)型、生物型等?！　?）按構(gòu)成原理，可分為結(jié)構(gòu)型和物性型兩大類?！　〗Y(jié)構(gòu)型傳感器是利用物理學(xué)中場的定律構(gòu)成的，包括力場的運(yùn)動(dòng)定律，電磁場的電磁定律等。這類傳感器的特點(diǎn)是傳感器的性能與它的結(jié)構(gòu)材料沒有多大關(guān)系，如差動(dòng)變壓器?！　∥镄孕蛡鞲衅魇抢梦镔|(zhì)定律構(gòu)成的，如歐姆定律等。物性型傳感器的性能隨材料的不同而異，如光電管、半導(dǎo)體傳感器等?！　?）按傳感器的能量轉(zhuǎn)換情況，可分為能量控制型傳感器和能量轉(zhuǎn)換型傳感器。　　能量控制型傳感器在信息變換過程中，其能量需外電源供給，如電阻、電感、電容等電路參量傳感器都屬于這一類傳感器。　　能量轉(zhuǎn)換型傳感器，主要是由能量變換元件構(gòu)成。它不需要外電源，如基于壓電效應(yīng)、熱電效應(yīng)、光電效應(yīng)、霍爾效應(yīng)等原理構(gòu)成的傳感器屬于此類傳感器?！　?）按照物理原理分類，可分為電參量式傳感器（包括電阻式、電感式、電容式等基本形式）、磁電式傳感器（包括磁電感應(yīng)式、霍爾式、磁柵式等）、壓電式傳感器、光電式傳感器、氣電式傳感器、波式傳感器（包括超聲波式、微波式等）、射線式傳感器、半導(dǎo)體式傳感器、其他原理的傳感器（如振弦式和振筒式傳感器等）?！　?）按照傳感器的使用分類，可分為位移傳感器、壓力傳感器、振動(dòng)傳感器、溫度傳感器等?！　?）按照傳感器的輸出信號(hào)形式分類，可分模擬傳感器、數(shù)字傳感器、總線制傳感器?！　o論何種類型的傳感器，它作為測(cè)量與控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)，應(yīng)能達(dá)到快速、準(zhǔn)確、可靠且經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)信息采集和轉(zhuǎn)換的基本要求。即：　?、賯鞲衅饕凶銐虻娜萘浚瑐鞲衅鞯墓ぷ鞣秶蛄砍桃銐虼?，具有一定的過載能力；　?、趥鞲衅饕c系統(tǒng)匹配性好，靈敏度高，輸出量與被測(cè)量之間具有確定的線性關(guān)系；　?、蹅鞲衅鲗?shí)用性和適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)被測(cè)對(duì)象影響小，內(nèi)部噪聲小而又不受干擾；　?、軅鞲衅鞣磻?yīng)速度快，工作可靠性好；　?、輦鞲衅骶冗m當(dāng)，穩(wěn)定性好，靜態(tài)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)都要滿足要求。

編輯推薦

　　充分吸收了編者多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)教學(xué)資料的優(yōu)點(diǎn)，著重于物理概念和工程應(yīng)用的闡述，重點(diǎn)突出，條理清晰，內(nèi)容符合教學(xué)大綱的要求。全書包括測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)成、測(cè)試系統(tǒng)的基本特征、傳感器定義及分類、常規(guī)傳感器原理及應(yīng)用、新型傳感器原理及應(yīng)用、傳感器的發(fā)展趨勢(shì)及選用原則、信號(hào)分析基礎(chǔ)、信號(hào)調(diào)理、數(shù)字信號(hào)處理、振動(dòng)測(cè)試、噪聲測(cè)試、機(jī)械參量測(cè)試和傳感器在工業(yè)中的應(yīng)用等13章?！　　秱鞲衅髋c測(cè)試技術(shù)》可作為高等學(xué)校機(jī)械類、自動(dòng)化類及相關(guān)專業(yè)本科生的教材和參考書，也可供從事機(jī)械工程測(cè)試工作的工程技術(shù)人員參考。

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