傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)

前言

　　本書是根據(jù)全國(guó)高等院校機(jī)械類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)制定的"測(cè)試技術(shù)"課程匯總大綱、教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革的需要編寫的?！　”緯勺鳛?年制本科機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課教材，也可根據(jù)教學(xué)需要選擇不同的章節(jié)，以適用于3年制機(jī)電一體化專業(yè)、數(shù)控專業(yè)（高職高專）的專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)，也可供有關(guān)專業(yè)的師生、從事工程測(cè)試工作的技術(shù)人員參考。　　全書共分9章，第1章通過工程實(shí)際應(yīng)用，介紹了傳感器與檢測(cè)技術(shù)的基本概念，現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)的含義、特征及自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)等概念；第2章詳細(xì)地論述了傳感器與檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)及有關(guān)的概念；第3章、第4章是關(guān)于能量型及物理特性型傳感器的原理與應(yīng)用。第5章是環(huán)境量檢測(cè)技術(shù)的基本原理及應(yīng)用；第6章、第7章重點(diǎn)介紹了新型傳感器和智能型傳感器的基本原理、特性及應(yīng)用；第8章、第9章是自動(dòng)檢測(cè)儀器儀表的概念和自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。每章后附有復(fù)習(xí)思考題?！　∪珪晌骶W(xué)院機(jī)電工程系吳松林任主編，蔡紅專、馮彥煒任副主編。參加本書編寫的有：吳松林（第1章及第5章部分）、蔡紅專（第2章部分）、陜西省機(jī)電工程學(xué)校馮彥煒（第6章部分）、藺國(guó)民（第2章）、王寧（第3章）、陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院孫永芳（第4章）、劉守法（第5章）、顏長(zhǎng)峰（第6章）、趙靜（第7章）、許行之（第8章）、陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院呂棟騰（第8章部分及第9章部分）、趙沖（第9章及附錄）。全書由西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院楊承濤教授主審?！　”緯糠謨?nèi)容參考了其他院校的相關(guān)教材、傳感器與檢測(cè)技術(shù)等方面的著作，在此，表示衷心感謝?！　腥缬胁煌谆蝈e(cuò)誤之處，殷切希望各院校師生及廣大讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

本書是根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革的需要，將傳感器與檢測(cè)技術(shù)中聯(lián)系緊密的內(nèi)容有機(jī)地整合而成的。全書共9章，通過工程實(shí)際應(yīng)用，介紹了傳感器與檢測(cè)技術(shù)的基本概念，現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)的含義、特征及自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)等概念；詳細(xì)地講述了傳感器與檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)及有關(guān)的概念，關(guān)于能量型及基于物理特性的傳感器的原理與應(yīng)用，環(huán)境量檢測(cè)技術(shù)的基本原理及應(yīng)用；重點(diǎn)介紹了新型傳感器和智能型傳感器的基本原理、特性及應(yīng)用，自動(dòng)檢測(cè)儀器儀表的概念和自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。每章后附有復(fù)習(xí)思考題。    本書可作為4年制本科高等教育及3年制高職、高專教育的專業(yè)基礎(chǔ)課教材，也可供從事工程技術(shù)測(cè)試的技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第1章  傳感器與檢測(cè)技術(shù)  1.1 傳感器與檢測(cè)技術(shù)概述    1.1.1 傳感器與檢測(cè)技術(shù)的概念    1.1.2 傳感器與檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例  1.2 現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)    1.2.1 現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)的含義和特征    1.2.2 現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)的方法    1.2.3 檢測(cè)技術(shù)的地位與作用  1.3 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)    1.3.1 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的組成    1.3.2 檢測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展  復(fù)習(xí)思考題第2章  傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)  2.1 傳感器基礎(chǔ)知識(shí)    2.1.1 傳感器的定義    2.1.2 傳感器的組成與分類    2.1.3 傳感器的基本特性    2.1.4 傳感器中的彈性敏感元件  2.2 檢測(cè)與檢測(cè)系統(tǒng)    2.2.1 檢測(cè)的基本概念    2.2.2 檢測(cè)的類型    2.2.3 檢測(cè)系統(tǒng)  2.3 測(cè)量誤差分析與測(cè)量數(shù)據(jù)處理基礎(chǔ)    2.3.1 測(cè)量誤差    2.3.2 隨機(jī)誤差概率密度的正態(tài)分布    2.3.3 粗大誤差的判別與取舍    2.3.4 系統(tǒng)誤差    2.3.5 測(cè)量數(shù)據(jù)的線性化與變換  復(fù)習(xí)思考題第3章  能量型傳感器  3.1 電位器式傳感器    3.1.1 電位器的結(jié)構(gòu)與材料    3.1.2 電位器式傳感器的應(yīng)用  3.2 電阻應(yīng)變式傳感器    3.2.1 電阻應(yīng)變片的工作原理    3.2.2 電阻應(yīng)變片的種類與結(jié)構(gòu)    3.2.3 電阻應(yīng)變片的測(cè)量電路    3.2.4 電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用  3.3 電感式傳感器    3.3.1 自感式傳感器與差動(dòng)式變壓器式傳感器    3.3.2 電渦流式傳感器    3.3.3 電感式傳感器的應(yīng)用  3.4 電容式傳感器    3.4.1 電容式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)    3.4.2 電容式傳感器的類型及特性    3.4.3 電容式傳感器的特點(diǎn)    3.4.4 電容式傳感器的應(yīng)用  復(fù)習(xí)思考題第4章  基于物理特性的傳感器  4.1 壓電式傳感器    4.1.1 壓電式傳感器的工作原理    4.1.2 壓電傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路    4.1.3 壓電傳感器的應(yīng)用  4.2 超聲波傳感器    4.2.1 超聲波的物理基礎(chǔ)    4.2.2 超聲波換能器以及耦合技術(shù)    4.2.3 超聲波傳感器的應(yīng)用  4.3 霍爾傳感器    4.3.1 霍爾元件的工作原理以及特性    4.3.2 霍爾集成電路    4.3.3 霍爾傳感器的應(yīng)用  4.4 光電傳感器    4.4.1 光電效應(yīng)以及光電元件    4.4.2 光電元件基本應(yīng)用電路    4.4.3 光電傳感器的應(yīng)用  復(fù)習(xí)思考題第5章  環(huán)境量檢測(cè)傳感器  5.1 溫度傳感器    5.1.1 溫度測(cè)量的基本概念    5.1.2 熱電偶傳感器的工作原理    5.1.3 熱電偶的種類與應(yīng)用    5.1.4 其他溫度傳感器  5.2 氣敏傳感器    5.2.1 半導(dǎo)體氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及原理    5.2.2 氣敏元件的基本特性    5.2.3 應(yīng)用  5.3 濕度傳感器    5.3.1 濕敏元件的原理(濕敏電阻)及其特性    5.3.2 應(yīng)用實(shí)例  5.4 輻射傳感器    5.4.1 放射源與探測(cè)器    5.4.2 應(yīng)用  復(fù)習(xí)思考題第6章  新型傳感器  6.1 集成溫度傳感器    6.1.1 測(cè)溫原理    6.1.2 集成溫度傳感器的類型  6.2 光導(dǎo)纖維傳感器    6.2.1 光導(dǎo)纖維的基本概念    6.2.2 光纖傳感器的原理及分類    6.2.3 光纖傳感器的應(yīng)用  6.3 集成溫度傳感器    6.3.1 光輻射基礎(chǔ)    6.3.2 熱成像技術(shù)    6.3.3 CCD圖像傳感器    復(fù)習(xí)思考題第7章  智能傳感器及智能檢測(cè)系統(tǒng)  7.1 智能傳感器的概念和特點(diǎn)    7.1.1 智能傳感器的概念    7.1.2 智能傳感器的分類    7.1.3 智能傳感器的功能    7.1.4 智能傳感器的特點(diǎn)    7.1.5 智能傳感器的數(shù)據(jù)采集    7.1.6 智能傳感器的數(shù)據(jù)處理技術(shù)  7.2 智能傳感器的實(shí)現(xiàn)方法    7.2.1 傳感器和信號(hào)處理裝置的功能集成化    7.2.2 新的檢測(cè)原理與信號(hào)處理的智能化相結(jié)合    7.2.3 研制人工智能材料  7.3 智能傳感器設(shè)計(jì)    7.3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)    7.3.2 敏感元件設(shè)計(jì)    7.3.3 傳感器工藝設(shè)計(jì)    7.3.4 軟件設(shè)計(jì)  7.4 智能傳感器的應(yīng)用及其發(fā)展    7.4.1 應(yīng)用舉例    7.4.2 發(fā)展前景和熱點(diǎn)  復(fù)習(xí)思考題第8章  自動(dòng)檢測(cè)儀器、儀表  8.1 模擬儀器儀表    8.1.1 動(dòng)圈式儀器    8.1.2 平衡式儀器    8.1.3 電動(dòng)單元組合儀器  8.2 數(shù)字式儀表    8.2.1 數(shù)字式儀器的概念    8.2.2 數(shù)字式面板儀器  8.3 虛擬儀器及網(wǎng)絡(luò)化檢測(cè)系統(tǒng)    8.3.1 虛擬儀器的發(fā)展    8.3.2 硬件系統(tǒng)    8.3.3 軟件系統(tǒng)    8.3.4 網(wǎng)絡(luò)化檢測(cè)儀器的技術(shù)及測(cè)控系統(tǒng)  復(fù)習(xí)思考題第9章  自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)  9.1 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)概述    9.1.1 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的基本概念與組成    9.1.2 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的功能特點(diǎn)    9.1.3 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展歷程  9.2 輸入通道    9.2.1 模擬量輸入通道的基本組成與類型    9.2.2 數(shù)字量輸入通道    9.2.3 頻率信號(hào)的預(yù)處理  9.3 測(cè)量數(shù)據(jù)的預(yù)處理    9.3.1 數(shù)字濾波    9.3.2 系統(tǒng)誤差的校準(zhǔn)  9.4 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)    9.4.1 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求    9.4.2 檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般開發(fā)過程    9.4.3 基于GSM網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)氯氣遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)  復(fù)習(xí)思考題附錄  附錄A 常用傳感器的性能及選用  附錄B 中華人民共和國(guó)法定計(jì)量單位  附錄C 本書涉及的部分計(jì)量單位  附錄D 工業(yè)熱電阻分度表參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　?、诟鶕?jù)測(cè)量方式可分為偏差式測(cè)量、零位式測(cè)量與微差式測(cè)量?！　∑钍綔y(cè)量是指用儀表指針的位移（即偏差）決定被測(cè)量的量值的測(cè)量方法。用偏差式測(cè)量過程簡(jiǎn)單、迅速，但測(cè)量結(jié)果的精度較低。　　零位式測(cè)量是指用指零儀表的零位反映測(cè)量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，在測(cè)量系統(tǒng)平衡時(shí)，用已知的標(biāo)準(zhǔn)量決定被測(cè)量的量值的測(cè)量方法。例如，天平測(cè)量物體的質(zhì)量、電位差計(jì)測(cè)量電壓等都屬于零位式測(cè)量。零位式測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)是可以獲得比較高的測(cè)量精度，但測(cè)量過程長(zhǎng)而且復(fù)雜，所以不適用于測(cè)量快速變化的信號(hào)?！　∥⒉钍綔y(cè)量是綜合了偏差式測(cè)量與零位式測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)的一種測(cè)量方法。它是將被測(cè)量與已知的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較得到差值后，再用偏差法測(cè)得該差值。用這種方法測(cè)量時(shí)，不需要調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)量，而只需測(cè)量?jī)烧叩牟钪怠２⑶矣捎跇?biāo)準(zhǔn)量誤差很小，因此總的測(cè)量精度仍然很高。反應(yīng)快、測(cè)量精度高是微差式測(cè)量的主要優(yōu)點(diǎn)，特別適用于在線控制參數(shù)的測(cè)量?！　、鄹鶕?jù)測(cè)量條件不同可分為等精度測(cè)量與不等精度測(cè)量?！　〉染葴y(cè)量是指在整個(gè)測(cè)量過程中，如果影響和決定誤差大小的全部因素（條件）始終保持不變，例如由同一個(gè)測(cè)量者，用同一臺(tái)儀器、同樣的測(cè)量方法，在相同的環(huán)境條件下，對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量的測(cè)量方法。當(dāng)然，在實(shí)際中極難做到影響和決定誤差大小的全部因素（條件）始終保持不變，因此一般情況下只能是近似認(rèn)為是等精度測(cè)量?！　〔坏染葴y(cè)量是指在科學(xué)研究或高精度測(cè)量中，往往在不同的測(cè)量條件下，用不同精度的儀表、不同的測(cè)量方法、不同的測(cè)量次數(shù)，以及不同的測(cè)量者進(jìn)行測(cè)量和對(duì)比的測(cè)量方法?！　、芨鶕?jù)被測(cè)量與時(shí)間的關(guān)系可分為靜態(tài)測(cè)量與動(dòng)態(tài)測(cè)量?！　§o態(tài)測(cè)量是指被測(cè)量在測(cè)量過程中不隨時(shí)間變化或變化緩慢，靜態(tài)測(cè)量不需要考慮時(shí)間因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

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