传感器与检测技术

目录 前言 第 0章 绪论 1 0.1 传感器的作用与发展 1 0.2 传感器的定义与组成 2 0.2.1 传感器的定义 2 0.2.2 传感器的组成 2 0.3 传感器的命名与分类 4 0.3.1 传感器的命名 4 0.3.2 传感器的分类 5 0.4 检测技术 6 习题 7 第 1章 传感器的基本特性 8 1.1 传感器的静态特性 8 1.1.1 传感器的静态数学模型 8 1.1.2 传感器的静态特性指标 8 1.2 传感器的动态特性 13 1.2.1 传感器的动态数学模型 13 1.2.2 传感器的传递函数 15 1.2.3 传感器的动态特性指标 16 1.2.4 传感器的阶跃响应和频率响应 18 习题 22 第 2章 电阻式传感器 24 2.1 电位器式传感器 24 2.1.1 线性电位器 24 2.1.2 非线性电位器 28 2.1.3 负载特性与负载误差 29 2.1.4 电位器的结构与材料 31 2.1.5 电位器式传感器应用举例 33 2.2 应变式传感器 35 2.2.1 电阻应变片的工作原理 35 2.2.2 电阻应变片的类型、结构及主要特性 37 2.2.3 应变片的温度误差及温度补偿 44 2.2.4 电阻应变片测量电路 47 2.2.5 应变式传感器应用 53 习题 55 第 3章 电感式传感器 57 3.1 自感式传感器 57 3.1.1 变磁路气隙型自感传感器 57 3.1.2 螺管型传感器 60 3.1.3 测量电路 61 3.1.4 零位误差 65 3.1.5 自感式传感器的特点及应用 66 3.2 变压器式传感器 67 3.2.1 工作原理 67 3.2.2 等效电路及输出特性 68 3.2.3 差动变压器式传感器的测量电路 71 3.2.4 零位残余电压的补偿 76 3.2.5 变压器式传感器应用 77 3.3 电涡流式传感器 79 3.3.1 工作原理 79 3.3.2 转换电路 81 3.3.3 电涡流传感器的特点及应用 82 3.4 压磁式传感器 85 3.4.1 压磁效应 85 3.4.2 压磁元件工作原理 85 3.4.3 压磁式传感器结构组成 86 3.4.4 压磁式传感器的特点及应用 86 习题 86 第 4章 电容式传感器 88 4.1 电容式传感器的工作原理及类型 88 4.1.1 工作原理 88 4.1.2 电容式传感器的类型 89 4.2 电容式传感器的等效电路及转换电路 92 4.2.1 等效电路 92 4.2.2 调制型转换电路 93 4.2.3 脉冲型转换电路 96 4.3 电容式传感器的特点及设计要点 100 4.3.1 电容式传感器的特点 100 4.3.2 设计要点 101 4.4 电容式传感器的应用 103 4.4.1 电容式位移传感器 103 4.4.2 电容式加速度传感器 104 4.4.3 电容式力和压力传感器 105 4.4.4 电容式液位传感器 105 习题 107 第 5章 磁电式传感器 108 5.1 磁电感应式传感器 108 5.1.1 工作原理及类型 108 5.1.2 动态特性分析 111 5.1.3 测量电路 115 5.1.4 线圈的磁场效应 121 5.1.5 磁电感应式传感器的应用 121 5.2 霍尔式传感器 123 5.2.1 工作原理 123 5.2.2 霍尔元件及测量电路 125 5.2.3 基本特性及补偿电路 126 5.2.4 霍尔式传感器的应用 130 习题 132 第 6章 压电式传感器 133 6.1 压电效应 133 6.1.1 石英晶体的压电效应 133 6.1.2 压电陶瓷的压电效应 135 6.1.3 压电方程与压电常数 136 6.1.4 压电元件的基本变形 138 6.2 压电材料 139 6.2.1 压电晶体 140 6.2.2 陶瓷压电材料 140 6.2.3 高分子材料 141 6.3 压电元件的结构形式和等效电路 142 6.3.1 压电元件的结构形式 142 6.3.2 压电式传感器的等效电路 143 6.4 测量电路 144 6.4.1 电压放大电路 144 6.4.2 电荷放大器 146 6.5 压电式传感器的应用 148 6.5.1 压电式测力传感器 149 6.5.2 压电式加速度传感器 150 6.6 影响压电式传感器精度的因素分析 152 6.6.1 横向灵敏度 152 6.6.2 环境温度的影响 153 6.6.3 安装差异及基座应变 154 6.6.4 电缆噪声 154 6.6.5 接地回路噪声 154 习题 154 第 7章 光电式传感器 156 7.1 光电效应 156 7.1.1 外光电效应 156 7.1.2 内光电效应 157 7.2 光电式传感器 157 7.2.1 光电式传感器的组成 157 7.2.2 光电式传感器的分类 158 7.2.3 光源 159 7.2.4 光电器件 160 7.2.5 测量电路 171 7.2.6 光电式传感器的应用 174 7.3 光纤传感器 176 7.3.1 光导纤维 176 7.3.2 光纤传感器的分类 178 7.3.3 光纤传感器的应用 179 7.4 CCD图像传感器 182 7.4.1 CCD图像传感器的工作原理 182 7.4.2 CCD图像传感器的分类 185 7.4.3 CCD图像传感器的应用 186 习题 187 第 8章 热电式传感器 188 8.1 热电偶式传感器 188 8.1.1 热电效应 188 8.1.2 热电偶的基本定律 192 8.1.3 热电偶的结构、材料及分类 196 8.1.4 热电偶的测温电路 200 8.1.5 热电偶参考端温度的处理与补偿 201 8.2 金属热电阻式传感器 204 8.2.1 金属热电阻的结构和材料 204 8.2.2 测量电路 208 8.3 热敏电阻式传感器 210 8.3.1 热敏电阻的种类 210 8.3.2 热敏电阻的主要参数 211 8.3.3 热敏电阻的主要特性 211 8.3.4 热敏电阻的非线性修正 213 8.4 热电式传感器的应用 214 8.4.1 炉温控制装置 214 8.4.2 流体流速测量装置 214 8.4.3 过热报警装置 215 习题 216 第 9章 新型传感器 217 9.1 核辐射传感器 217 9.1.1 核辐射的物理基础 217 9.1.2 核辐射传感器 218 9.1.3 核辐射传感器的应用 221 9.2 超声波传感器 225 9.2.1 超声波及其物理性质 225 9.2.2 超声波传感器结构原理 227 9.2.3 超声波传感器的应用 228 9.3 气敏传感器 231 9.3.1 电阻式半导体气敏传感器 232 9.3.2 非电阻式半导体气敏传感器 236 9.4 湿敏传感器 238 9.4.1 湿度的基本概念 238 9.4.2 湿敏传感器的基本构成及特性 239 9.4.3 湿敏传感器的分类 239 9.5 生物传感器 242 9.5.1 生物传感器的原理 242 9.5.2 生物传感器的分类 243 9.5.3 酶传感器 243 9.5.4 免疫传感器 245 9.5.5 微生物传感器 246 9.5.6 生物传感器的特点与应用 247 9.6 机器人传感器 248 9.6.1 机器人传感器的分类 248 9.6.2 外部传感器 248 9.6.3 内部传感器 253 习题 256 第 10章 智能传感器 257 10.1 智能传感器介绍 257 10.1.1 智能传感器的概念 257 10.1.2 智能传感器的功能 257 10.1.3 智能传感器的特点 258 10.1.4 智能传感器的发展及方向 259 10.2 智能传感器的组成与实现 261 10.2.1 智能传感器的组成 261 10.2.2 智能传感器的实现 261 10.3 智能传感器的应用 263 10.3.1 智能传感器的应用领域 263 10.3.2 智能传感器典型应用举例 264 习题 266 第 11章 检测技术基础 267 11.1 检测技术概述 267 11.2 测量方法 267 11.2.1 直接测量、间接测量与组合测量 268 11.2.2 偏差式测量、零位式测量与微差式测量 269 11.3 测量系统 271 11.3.1 测量系统的组成 271 11.3.2 开环测量系统与闭环测量系统 272 11.4 测量误差及处理方法 273 11.4.1 误差的基本概念 274 11.4.2 误差的表示方法 275 11.4.3 测量误差的分类 277 11.4.4 随机误差的处理与测量不确定度的表示 278 11.4.5 系统误差及处理 283 11.4.6 粗大误差的处理 290 习题 293 第 12章 传感器的标定 295 12.1 传感器的静态特性标定 295 12.1.1 静态标准条件 295 12.1.2 标定仪器设备精度等级的确定 295 12.1.3 静态特性标定的方法 296 12.2 传感器的动态特性标定 297 12.2.1 一阶传感器 297 12.2.2 二阶传感器 298 习题 301 第 13章 多传感器数据融合技术 303 13.1 概述 303 13.1.1 多传感器问题的引入 303 13.1.2 数据融合的基本原理 304 13.1.3 应用领域 304 13.2 多传感器数据融合模型 304 13.2.1 数据融合处理的一般过程 304 13.2.2 数据融合结构 306 13.2.3 数据融合的级别 307 13.3 多传感器数据融合算法 310 13.3.1 多传感器数据融合算法基本类型 310 13.3.2 贝叶斯估计理论 311 13.3.3 神经网络方法 313 13.4 多传感器数据融合实例 315 13.4.1 多传感器信息融合技术在林业生产中的应用 315 13.4.2 多传感器信息融合技术在军事上的应用 316 13.4.3 多传感器信息融合技术在无人驾驶汽车上的应用 317 习题 318 第 14章 传感器网络技术 319 14.1 概述 319 14.1.1 背景 319 14.1.2 传感器网络的应用领域 320