传感器与自动检测技术PDF电子书下载

第1章 传感器与检测技术基础 1

1.1 检测技术概论 1

1.1.1 检测技术 1

1.1.2 传感器与检测技术的作用与地位 1

1.2 传感器的定义及其分类 2

1.2.1 传感器的定义与组成 2

1.2.2 传感器的分类 2

1.3 传感器的基本特性 3

1.3.1 传感器的静态特性 3

1.3.2 传感器的动态特性 6

1.4 传感器技术的发展 9

思考题与习题 10

第2章 测量误差与数据处理 11

2.1 测量误差的基本概念 11

2.1.1 量值 11

2.1.2 误差的表达方法 11

2.2 误差的分类及其来源 13

2.2.1 系统误差 13

2.2.2 随机误差 13

2.2.3 粗大误差 13

2.3 测量误差的处理 14

2.3.1 随机误差的处理 14

2.3.2 系统误差的处理 16

2.3.3 粗大误差的处理 17

思考题与习题 18

第3章 温度传感器 19

3.1 热电偶 19

3.1.1 热电偶传感器测温原理 19

3.1.2 热电偶的基本定律 22

3.1.3 热电偶的结构与种类 23

3.1.4 热电偶的冷端温度补偿 25

3.1.5 热电偶的实用测温电路 26

3.2 热电阻 27

3.2.1 铂热电阻 27

3.2.2 铜热电阻 28

3.2.3 热电阻的测量电路 28

3.3 热敏电阻 29

3.3.1 热敏电阻的结构与特点 29

3.3.2 热敏电阻的类型及其温度特性 30

3.4 辐射式温度传感器 30

3.4.1 辐射测温的物理基础 30

3.4.2 辐射式测温方法 31

3.5 集成温度传感器 32

3.5.1 集成温度传感器的工作原理及分类 32

3.5.2 电压型集成温度传感器μPC616A/C 32

3.5.3 电流型集成温度传感器AD590 33

3.5.4 数字型温度传感器DS18B20 34

3.6 温度传感器的应用 34

3.6.1 NTC热敏电阻温度控制 34

3.6.2 PTC热敏电阻自动延时电路 34

3.6.3 管道流量测量 35

3.6.4 集成温度传感器温差测量 35

思考题与习题 35

第4章 力学量传感器 37

4.1 应变式压力传感器 37

4.1.1 电阻应变效应 37

4.1.2 电阻应变片的种类和结构 38

4.1.3 电阻应变式传感器的测量电路 39

4.1.4 电阻应变片温度误差及其补偿 42

4.2 压电式传感器 44

4.2.1 压电效应 44

4.2.2 压电材料 46

4.2.3 测量电路 47

4.3 电容式传感器 51

4.3.1 电容式传感器的工作原理 51

4.3.2 电容式传感器的测量电路 55

4.3.3 电容式压力传感器 57

4.4 电感式压力传感器 57

4.4.1 自感式压力传感器 58

4.4.2 互感式压力传感器 62

4.5 力学量传感器的应用 64

4.5.1 电阻式传感器测量力、重量和加速度 64

4.5.2 压电式传感器测量力和加速度 68

4.5.3 电容式传感器测量位移、加速度、厚度和液位 68

4.5.4 电感式传感器测量压力和加速度 70

思考题与习题 72

第5章 声波传感器 74

5.1 声波概述 74

5.1.1 声波 74

5.1.2 声波的物理特性 74

5.2 微波传感器 76

5.2.1 微波传感器的工作原理 77

5.2.2 微波传感器的组成 77

5.2.3 微波传感器的特点 78

5.3 超声波传感器 78

5.3.1 超声波及其特性 78

5.3.2 超声波传感器的分类 78

5.4 次声波传感器 80

5.4.1 次声波及其特性 80

5.4.2 次声波传感器的分类 80

5.5 声波传感器的应用 81

5.5.1 微波液位和湿度检测 81

5.5.2 超声波物位、流量测量和无损探伤 82

5.5.3 次声波管道泄漏定位和灾害预测 85

思考题与习题 86

第6章 磁敏传感器 87

6.1 磁电感应式传感器 87

6.1.1 磁电感应式传感器的工作原理 87

6.1.2 磁电感应式传感器的测量电路 89

6.2 电涡流传感器 89

6.2.1 电涡流传感器的工作原理 89

6.2.2 电涡流传感器的测量电路 91

6.3 霍尔式传感器 92

6.3.1 霍尔效应 92

6.3.2 霍尔元件 93

6.3.3 霍尔元件的误差及其补偿 94

6.3.4 霍尔式传感器的基本测量电路 96

6.4 半导体磁阻传感器 96

6.4.1 磁阻效应 96

6.4.2 磁敏电阻元件 97

6.4.3 磁敏电阻的温度补偿 97

6.5 结型磁敏器件 98

6.5.1 磁敏二极管 98

6.5.2 磁敏晶体管 99

6.6 磁敏传感器的应用 101

6.6.1 磁电感应式振动速度传感器和电磁流量计 101

6.6.2 电涡流传感器振幅、转速测量和无损探伤 101

6.6.3 霍尔式传感器位移、转速和功率测量 102

6.6.4 交流电流监视器 104

6.6.5 磁电式无触点开关 104

思考题与习题 105

第7章 光电式传感器 106

7.1 光电式传感器的类型和基本形式 106

7.1.1 光电式传感器的类型 106

7.1.2 光电式传感器的基本形式 107

7.2 光电效应与光电器件 107

7.2.1 外光电效应及其典型器件 108

7.2.2 内光电效应及其典型器件 111

7.2.3 光生伏特效应及其典型器件 114

7.3 光纤传感器 120

7.3.1 光纤的传光原理及主要特性 121

7.3.2 光纤传感器的组成和分类 122

7.4 计量光栅传感器 123

7.4.1 光栅的结构和分类 123

7.4.2 光栅传感器的工作原理 124

7.4.3 辨向与细分技术 127

7.5 光电编码器 128

7.5.1 工作原理 128

7.5.2 光电码盘 129

7.6 红外传感器 131

7.6.1 红外辐射基本性质 131

7.6.2 热探测器 132

7.6.3 光子探测器 133

7.7 CCD图像传感器 133

7.7.1 CCD的基本结构和工作原理 134

7.7.2 CCD的特性参数 136

7.7.3 CCD图像传感器的分类 137

7.8 光电式传感器的应用 139

7.8.1 精密核辐射探测器 139

7.8.2 光电式火灾探测报警器 140

7.8.3 路灯自动控制器和楼道双光控延时开关 141

7.8.4 光电式数字转速计 141

7.8.5 光纤温度、图像和流量传感器 142

思考题与习题 144

第8章 气敏与湿敏传感器 146

8.1 气敏传感器 146

8.1.1 气敏传感器概述 146

8.1.2 半导体电阻式气敏传感器 147

8.1.3 接触燃烧式气敏传感器 149

8.1.4 红外吸收式气敏传感器 151

8.1.5 热导式气敏传感器 153

8.1.6 热磁式气体分析传感器 154

8.2 湿敏传感器 155

8.2.1 湿敏传感器概述 155

8.2.2 电阻式湿敏传感器 156

8.2.3 电容式湿敏传感器 160

8.2.4 集成电容式湿敏传感器IH3605 161

8.3 气敏与湿敏传感器的应用 163

8.3.1 简易家用气体报警电路 163

8.3.2 便携式矿井瓦斯超限报警器 163

8.3.3 有害气体鉴别、报警与控制电路 163

8.3.4 酒精检测报警器 164

8.3.5 汽车后风窗玻璃自动去湿装置 165

8.3.6 房间湿度控制器 165

8.3.7 镜面水汽清除器 166

8.3.8 土壤缺水告知器 166

8.3.9 电容式谷物水分测量仪 167

8.3.10 重油含水量测量 168

思考题与习题 170

第9章 虚拟仪器 171

9.1 虚拟仪器概述 171

9.1.1 虚拟仪器的组成 171

9.1.2 虚拟仪器与传统仪器的比较 171

9.1.3 虚拟仪器的优点 173

9.2 LabVIEW虚拟仪器开发环境 173

9.2.1 LabVIEW程序的基本构成 173

9.2.2 LabVIEW程序的特点 174

9.3 虚拟仪器在工程中的应用 176

9.4 虚拟仪器数据采集 177

9.4.1 数据采集（DAQ）系统组成 177

9.4.2 数据采集（DAQ）设备 177

9.4.3 DAQ系统中的计算机 178

9.4.4 DAQ系统中的软件组件 178

9.4.5 使用LabVIEW连接测量硬件 178

9.5 超越PC的虚拟仪器系统 183

思考题与习题 183

第10章 无线传感器网络与物联网 185

10.1 无线传感器网络 185

10.1.1 无线传感器网络概念 185

10.1.2 无线传感器网络工作原理 185

10.1.3 无线传感器节点构成 186

10.2 物联网 187

10.2.1 物联网的定义 187

10.2.2 物联网的技术架构 187

10.2.3 物联网的特点 188

10.3 物联网的无线通信技术 189

10.3.1 近距离无线通信 189

10.3.2 远距离移动无线通信 190

10.4 物联网的应用 191

10.4.1 智能交通物联网 191

10.4.2 智能家居物联网 193

10.4.3 智能农业物联网 195

10.4.4 智能医疗物联网 195

思考题与习题 197

第11章 自动检测系统 198

11.1 自动检测系统的结构组成 198

11.1.1 自动检测系统的基本结构 198

11.1.2 自动检测系统的组成 199

11.1.3 自动检测系统的软件 202

11.2 自动检测系统的基本设计方法 204

11.2.1 系统需求分析 204

11.2.2 系统总体设计 204

11.2.3 采样频率的确定 205

11.2.4 标度变换 205

11.2.5 硬件设计 206

11.2.6 软件设计 208

11.2.7 系统集成与维护 209

11.3 自动检测系统的设计案例 209

11.3.1 智能人体电子秤 209

11.3.2 基于虚拟仪器直流电动机性能的综合测试系统 211

11.3.3 基于ZigBee建筑塔吊安全监测预警系统 216

11.3.4 基于WSN和COMWAY协议温室大棚参数远程监控系统 221

11.3.5 基于GPRS和OneNet水质远程监测预警系统 227

思考题与习题 241

参考文献 242