传感器与检测技术

前言

上篇 传感器

第1章 概述

1.1 课程简介

1.1.1 本课程的地位和作用

1.1.2 本课程内容体系结构

1.1.3 本课程的任务及要求

1.2 传感器的定义与组成

1.3 传感器的分类

1.4 传感器技术的发展

1.4.1 传感器性能的改善

1.4.2 开展基础理论研究

1.4.3 传感器的集成化

1.4.4 传感器的智能化

1.4.5 传感器的网络化

1.4.6 传感器的微型化

能力拓展：生活中的传感器

思考题和习题

第2章 传感器的基本特性

2.1 传感器的静态特性

2.1.1 线性度

2.1.2 灵敏度

2.1.3 分辨率

2.1.4 迟滞

2.1.5 重复性

2.1.6 漂移

2.2 传感器的动态特性

2.2.1 传感器的数学模型

2.2.2 传递函数

2.2.3 频率响应函数

2.2.4 传感器的动态特性分析

2.3 传感器的标定与校准

2.3.1 静态标定

2.3.2 动态标定

能力拓展：实现不失真测量的条件

思考题和习题

第3章 电阻式传感器

3.1 工作原理

3.1.1 应变效应

3.1.2 应变片种类

3.1.3 电阻应变片温度误差及其补偿

3.2 测量电路

3.2.1 直流电桥

3.2.2 交流电桥

3.3 典型应用

3.3.1 电阻式力传感器

3.3.2 电阻式压力传感器

3.3.3 电阻式液体重量传感器

能力拓展一：电阻式加速度传感器的原理分析

能力拓展二：数字血压计的设计

思考题和习题

第4章 电感式传感器

4.1 变磁阻式传感器

4.1.1 工作原理

4.1.2 输出特性

4.1.3 测量电路

4.1.4 变磁阻式传感器的应用

4.2 差动变压器式传感器

4.2.1 变隙式差动变压器

4.2.2 螺线管式差动变压器

4.2.3 差动变压器式传感器的应用

4.3 电涡流式传感器

4.3.1 工作原理

4.3.2 等效电路

4.3.3 测量电路

4.3.4 电涡流式传感器的应用

能力拓展一：电感式传感器在滚珠直径分选中的应用

能力拓展二：电涡流式安全门的应用调查与原理分析

思考题和习题

第5章 电容式传感器

5.1 工作原理

5.1.1 变面积型

5.1.2 变介质型

5.1.3 变极距型

5.2 测量电路

5.2.1 调频电路

5.2.2 变压器式交流电桥

5.2.3 运算放大器

5.2.4 二极管双T型交流电桥

5.2.5 脉冲宽度调制电路

5.3 典型应用

5.3.1 电容式压力传感器

5.3.2 电容式位移传感器

5.3.3 电容式加速度传感器

5.3.4 电容式厚度传感器

能力拓展：工业生产料位测量方案的设计

思考题和习题

第6章 压电式传感器

6.1 工作原理

6.1.1 压电效应

6.1.2 压电材料

6.2 测量电路

6.2.1 等效电路

6.2.2 测量电路

6.2.3 压电元件的连接与变形

6.3 典型应用

6.3.1 压电式力传感器

6.3.2 压电式加速度传感器

能力拓展：压电式传感器在汽车中的应用

思考题和习题

第7章 磁敏式传感器

7.1 磁电感应式传感器

7.1.1 工作原理

7.1.2 测量电路

7.1.3 磁电感应式传感器的应用

7.2 霍尔式传感器

7.2.1 工作原理

7.2.2 测量电路

7.2.3 霍尔式传感器的应用

能力拓展：基于霍尔元件的油气管道无损探伤系统的设计

思考题和习题

第8章 热电式传感器

8.1 热电偶

8.1.1 热电偶测温原理

8.1.2 热电偶的结构与种类

8.1.3 热电偶的冷端温度补偿

8.1.4 热电偶的实用测温电路

8.1.5 热电偶的选用与安装

8.1.6 热电偶的应用

8.2 热电阻

8.2.1 铂热电阻

8.2.2 铜热电阻

8.2.3 热电阻的测量电路

8.2.4 热电阻的应用

8.3 热敏电阻

8.3.1 热敏电阻的特性

8.3.2 热敏电阻的应用

能力拓展：火灾探测报警系统的设计

思考题和习题

第9章 光电式传感器

9.1 概述

9.1.1 光电式传感器的类别

9.1.2 光电式传感器的基本形式

9.2 光电效应与.光电器件

9.2.1 外光电效应型光电器件

9.2.2 内光电效应型光电器件

9.3 CCD固体图像传感器

9.3.1 CCD的工作原理

9.3.2 CCD固体图像传感器的分类

9.3.3 CCD固体图像传感器的特性参数

9.3.4 CCD固体图像传感器的应用

9.4 光纤传感器

9.4.1 光纤

9.4.2 光纤传感器

9.4.3 光纤传感器的应用

9.5 光电式编码器

9.5.1 码盘式编码器

9.5.2 脉冲盘式编码器

9.5.3 光电式编码器的应用

9.6 计量光栅

9.6.1 光栅的结构和工作原理

9.6.2 计量光栅的组成

9.6.3 计量光栅的应用

能力拓展一：光电式传感器应用调查

能力拓展二：手机生产线表面安装元件定位检测与控制系统设计

思考题和习题

第10章 辐射与波式传感器

10.1 红外传感器

10.1.1 工作原理

10.1.2 红外传感器的应用

10.2 微波传感器

10.2.1 微波传感器的原理、组成及特点

10.2.2 微波传感器的应用

10.3 超声波传感器

10.3.1 工作原理

10.3.2 超声波传感器的应用

能力拓展：入侵探测报警系统的设计

思考题和习题

第11章 化学传感器

11.1 气敏传感器

11.1.1 气敏传感器概述

11.1.2 半导体式气敏传感器的工作原理

11.1.3 气敏传感器的应用

11.2 湿敏传感器

11.2.1 湿敏传感器概述

11.2.2 常用湿敏传感器的基本原理

11.2.3 湿敏传感器测量电路

11.2.4 湿敏传感器的应用

能力拓展：防止酒后开车控制器的设计

思考题和习题

第12章 生物传感器

12.1 概述

12.1.1 生物传感器的概念

12.1.2 生物传感器的特点

12.1.3 生物传感器的分类

12.1.4 生物传感器的应用

12.2 工作原理

12.2.1 生物分子特异性识别

12.2.2 生物放大

12.2.3 信号转换与处理

12.2.4 几种主要的生物传感器

12.3 生物芯片

12.4 生物传感器的发展

能力拓展：生物传感器的应用状况调查

思考题和习题

第13章 新型传感器

13.1 智能传感器

13.1.1 智能传感器的特点

13.1.2 智能传感器的作用

13.1.3 智能传感器的设计

13.1.4 智能传感器的实现

13.1.5 智能传感器的应用实例

13.2 模糊传感器

13.2.1 模糊传感器概述

13.2.2 模糊传感器的结构

13.2.3 典型模糊传感器举例

13.3 微传感器

13.3.1 MEMS与微加工

13.3.2 微传感器概述

13.3.3 压阻式微传感器

13.3.4 电容式微传感器

13.3.5 电感式微传感器

13.3.6 热敏电阻式微传感器

13.4 网络传感器

13.4.1 网络传感器的概念

13.4.2 网络传感器的类型

13.4.3 基于IEEE1451标准的网络传感器

13.4.4 网络传感器测控系统体系结构

13.4.5 网络传感器的应用前景

能力拓展：新型传感器发展前景预测

思考题和习题

中篇 检测技术

第14章 参数检测

14.1 概述

14.1.1 检测技术在国民经济中的地位和作用

14.1.2 参数检测的基本概念

14.1.3 工业检测的主要内容

14.2 参数检测的一般方法

14.2.1 过程参数检测

14.2.2 机械量参数检测

14.2.3 其他参数检测

14.3 检测技术的发展

能力拓展：同一被测量的不同检测方法比较

思考题和习题

第15章 微弱信号检测

15.1 概述

15.2 噪声

15.3 微弱信号检测方法

15.3.1 相关检测法

15.3.2 同步积累法

思考题和习题

第16章 软测量

16.1 概述

16.2 软测量的方法

16.2.1 选择辅助变量

16.2.2 输人数据的处理

16.2.3 建立软测量模型

16.2.4 软测量模型的在线校正

16.3 软测量的意义及其适用条件

思考题和习题

第17章 多传感器数据融合

17.1 概述

17.1.1 数据融合的起源

17.1.2 数据融合的目的

17.1.3 数据融合的定义

17.1.4 数据融合的特性

17.1.5 数据融合的优点

17.2 数据融合的基本原理

17.2.1 数据融合的层次

17.2.2 数据融合的处理形态

17.2.3 数据融合模型

17.2.4 数据融合的关键技术

17.3 数据融合的方法

17.3.1 随机类方法

17.3.2 人工智能类方法

17.4 数据融合系统的应用

思考题和习题

第18章 测量不确定度与回归分析

18.1 测量误差概述

18.2 测量误差的处理

18.2.1 粗大误差的处理

18.2.2 随机误差的处理

18.2.3 系统误差的处理

18.2.4 间接测量误差的传递

18.2.5 测量误差的合成

18.2.6 测量误差的分配

18.3 测量不确定度

18.3.1 概述

18.3.2 测量不确定度的评定方法

18.4 最小二乘法与回归分析

18.4.1 最小二乘法

18.4.2 一元线性拟合

18.4.3 多元线性拟合

18.4.4 曲线拟合

思考题和习题

下篇 检测系统

第19章 虚拟仪器

19.1 概述

19.1.1 虚拟仪器的基本概念

19.1.2 虚拟仪器的构成与特点

19.1.3 虚拟仪器技术的应用

19.1.4 虚拟仪器的整体设计

19.2 虚拟仪器系统的开发环境

19.2.1 LabWindows／CVI

19.2.2 LabVlEW

19.3 虚拟仪器系统的数据采集

19.3.1 基于IatbWindows／CVI的数据采集

19.3.2 基于IabVIEW的数据采集

19.4 基于虚拟仪器的综合工程实例

19.4.1 概述

19.4.2 系统关键技术

19.4.3 系统功能及运行结果

能力拓展：虚拟仪器设计实践

思考题与习题

第20章 自动检测系统

20.1 自动检测系统的组成

20.1.1 数据采集系统

20.1.2 输入输出通道

20.1.3 自动检测系统的软件

20.2 自动检测系统的基本设计方法

20.2.1 系统需求分析

20.2.2 系统总体设计

20.2.3 采样速率的确定

20.2.4 标度变换

20.2.5 硬件设计

20.2.6 软件设计

20.2.7 系统的集成与维护

20.3 典型自动检测系统举例

20.3.1 自动温度测量系统

20.3.2 无线传感器网络

20.4 自动检测系统的发展

能力拓展一：液体点滴速度监控装置的设计

能力拓展二：无线温度采集系统的设计

能力拓展三：智能环境的设想

思考题和习题

附录

参考文献

本书全面介绍了传感器与检测技术的基本概念、基本原理和典型应用。按照传感器、检测技术与检测系统三大模块组织内容，依次为概述、传感器基本特性、电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器、辐射与波式传感器、化学传感器、生物传感器、新型传感器；参数检测、微弱信号检测、软测量、多传感器数据融合、测量不确定度与回归分析；虚拟仪器、自动检测系统。《传感器与检测技术》系统性强，内容上注重经典与现代的结合，目标上强调工程实践应用与创新能力的培养，具有良好的教学适宜性和可读性。
　　《传感器与检测技术》可作为高等院校测控技术与仪器、自动化、电气工程与自动化、机械设计制造及其自动化、通信工程、计算机应用等专业的本科生教材，也可供从事传感器与检测技术相关领域应用和设计开发的研究人员、工程技术人员参考。