检测技术与系统PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1　检测的作用与功能 1

1.2　检测的分类 1

1.2.1 电量与非电量电测技术 1

目录 1

1.3　检测系统 2

1.3.1　检测系统的组成 2

1.2.3　检测方法的分类 2

1.2.2　检测原理的分类 2

1.3.2　检测系统的分类 3

1.3.3　对检测系统的要求 3

1.4　检测系统的发展 3

1.4.1　传感器技术的发展 3

1.4.2　检测方法的发展 5

1.5　本教材的主要内容与特点 6

思考题与习题 6

2.2.2　误差产生的原因 7

2.2.1　误差的描述 7

2.2　检测系统的误差 7

第2章　检测系统的静态特性 7

2.1　检测系统静态特性的一般描述 7

2.2.3　误差的分类 8

2.2.4　确定测量误差的基本方法 10

2.3　检测系统的静态标定 11

2.3.1　静态标定条件 11

2.4.1　测量范围 12

2.4.3　静态灵敏度 12

2.4.2　量程 12

2.4　检测系统的主要静态性能指标及其计算 12

2.3.2　检测系统的静态特性 12

2.4.4　分辨力与分辨率 13

2.4.5　漂移 13

2.4.6　温漂 13

2.4.7　线性度 13

2.4.8　迟滞 15

2.4.9　重复性 16

2.4.10　综合误差 17

2.4.11　计算实例 18

思考题与习题 19

第3章　检测系统的动态特性 21

3.1　检测系统动态特性方程 21

3.1.1　微分方程 21

3.1.2　传递函数 22

3.2　检测系统动态响应及动态性能指标 22

3.2.1　检测系统动态误差的描述 22

3.2.2　检测系统时域动态性能指标 23

3.2.3　检测系统频域动态性能指标 26

3.3　检测系统动态特性测试与标定 29

思考题与习题 30

第4章 电位器式传感器 31

4.1　概述 31

4.2　线绕式电位器的特性 32

4.2.1　灵敏度 32

4.2.2　阶梯特性与误差 32

4.2.3　分辩力与分辨率 33

4.3　非线性电位器 33

4.3.1　功用 33

4.3.2　实现途径 33

4.4.1　电位器的负载特性 35

4.4　电位器的负载特性及负载误差 35

4.4.2　电位器的负载误差 36

4.4.3　减小负载误差的措施 37

4.5　电位器的结构与材料 38

4.5.1　电阻丝 38

4.5.2　电刷 38

4.5.3　骨架 39

4.6.1 电位器式压力传感器 40

4.6.2　电位器式加速度传感器 40

4.6　典型的电位器式传感器 40

思考题与习题 41

第5章　应变式传感器 43

5.1　应变式变换原理 43

5.2　金属应变片 44

5.2.1　结构及应变效应 44

5.2.2　横向效应及横向灵敏度 45

5.2.3　电阻应变片的种类 47

5.2.4　电阻应变片材料 48

5.2.5　应变片的主要参数 49

5.3.1　温度误差产生的原因 50

5.3　应变片的温度误差及其补偿 50

5.3.2　温度误差的补偿方法 51

5.4　电桥原理 52

5.4.1　电桥的平衡 53

5.4.2　电桥的不平衡输出 53

5.4.3　差动电桥 54

5.4.4　采用恒流源供电电桥 55

5.5　典型的应变式传感器 56

5.5.1　应变式力传感器 56

5.5.2　应变式加速度传感器 60

5.5.3　应变式转矩传感器 62

思考题与习题 63

第6章　压阻式传感器 64

6.1　压阻式变换原理 64

6.2　典型的压阻式传感器 65

6.2.1 压阻式压力传感器 65

6.2.2　压阻式加速度传感器 67

思考题与习题 68

7.1.2　温标 69

7.1.1　温度的概念 69

7.1　概述 69

第7章　热电式传感器 69

7.1.3　测温方法与测温仪器的分类 70

7.2　热电阻测温传感器 71

7.2.1　金属热电阻 72

7.2.2　半导体热敏电阻 74

7.2.3　测温电桥电路 75

7.3　热电偶测温 76

7.3.1　热电效应 76

7.3.2　热电偶的工作机理 77

7.3.3　热电偶的基本定律 78

7.3.4　热电偶的误差及补偿 83

7.3.5　热电偶的组成、分类及特点 85

7.4　半导体P-N结测温传感器 87

7.5　非接触式温度测量系统 87

7.5.1　全辐射测温系统 88

7.5.2　亮度式测温系统 88

7.5.3　比色测温系统 89

思考题与习题 90

8.1　基本电容式敏感元件 92

第8章 电容式传感器 92

8.2　电容式敏感元件的主要特性 93

8.2.1　变间隙电容式敏感元件 93

8.2.2　变面积电容式敏感元件 94

8.2.3　变介电常数电容式敏感元件 95

8.3 电容式变换元件的信号转换电路 96

8.3.1　运算放大器式电路 96

8.3.2　交流不平衡电桥 96

8.3.3　变压器式电桥线路 97

8.3.4　二极管电路 98

8.3.5　差动脉冲调宽电路 99

8.4　典型的电容式传感器 101

8.4.1 电容式压力传感器 101

8.4.2　电容式加速度传感器 102

思考题与习题 102

第9章　变磁路式传感器 103

9.1　电感式变换原理 103

9.1.1　简单电感式原理 103

9.1.2　差动电感式变换元件 106

9.2　差动变压器式变换元件 107

9.4.1　霍耳效应 109

9.3　电涡流式变换原理 109

9.4　霍耳效应及元件 109

9.4.2　霍耳元件 110

9.5　典型的变磁路式传感器 111

9.5.1 电涡流式振动位移传感器及其应用 111

9.5.2　差动电感式压力传感器 111

9.5.3　磁电式涡轮流量传感器 112

思考题与习题 112

10.1.1 石英晶体的压电机理 113

10.1　石英晶体 113

第10章　压电式传感器 113

10.1.2　石英晶体的压电常数 114

10.1.3　石英晶体的性能 115

10.2　压电陶瓷 116

10.2.1 压电陶瓷的压电机理 116

10.2.2　压电陶瓷的压电常数 116

10.2.3　常用压电陶瓷 117

10.3 压电换能元件的信号转换电路 117

10.3.1　压电换能元件的等效电路 117

10.3.2　电荷放大器 118

10.3.3　压电元件的并联与串联 119

10.4　典型的压电式传感器 120

10.4.1 压电式加速度传感器 120

10.4.2　压电式温度传感器 122

思考题与习题 123

第11章　谐振式传感器 124

11.1　谐振状态及其评估 124

11.1.1　谐振现象 124

11.1.2　谐振子的机械品质因数Q值 125

11.2.1　基本结构 126

11.2　闭环自激系统的实现 126

11.2.2　闭环系统的实现条件 127

11.3　敏感机理及特点 127

11.3.1　敏感机理 127

11.3.2　谐振式测量原理的特点 128

11.4 频率输出谐振式传感器的测量方法比较 128

11.5　典型的谐振式传感器 129

11.5.1　谐振弦式压力传感器 129

11.5.2　振动筒式压力传感器 131

11.5.4　石英谐振梁式压力传感器 133

11.5.3　谐振膜式压力传感器 133

11.5.5 谐振式科里奥利直接质量流量传感器 135

思考题与习题 137

第12章　微机械与智能化传感器 138

12.1　概述 138

12.2　几种典型的硅微机械传感器 139

12.2.1 硅电容式集成压力传感器 139

12.2.2　硅电容式微机械加速度传感器 140

12.2.3　硅谐振式压力微传感器 141

12.3.3　非线性补偿 142

12.3.4　温度补偿 142

12.3.1　标度变换技术 142

12.3.2　数字调零技术 142

12.3　智能化传感器中的软件技术 142

12.3.5　数字滤波技术 143

12.4　几种典型的智能化传感器 143

12.4.1　智能化差压传感器 143

12.4.2　智能化流量传感器系统 144

思考题与习题 145

13.1.1　大气层 146

第13章　航空大气数据测量系统 146

13.1　有关大气的基本知识 146

13.1.2　大气的密度、温度和压力 147

13.1.3 大气的密度、温度、压力与高度的关系 148

13.1.4 国际标准大气与大气的物理性质 149

13.2　气压高度表 150

13.2.1　飞行高度的定义 150

13.2.2　气压高度表的基本工作原理 152

13.2.3　气压式高度表的使用 153

13.3　升降速度表 153

13.3.1 升降速度表的基本工作原理 154

13.3.2　升降速度表的结构 155

13.4　空速表 156

13.4.1 空速与动压、静压和气温的关系 156

13.4.2　测量指示空速的原理 158

13.4.3　测量真空速的原理 159

13.5　马赫数表 160

13.6　迎角传感器 161

13.6.1　风标式迎角传感器 162

13.7　大气数据系统 163

思考题与习题 167

第14章　汽车用传感器 168

14.1　汽车测控技术 168

14.1.1 汽车电子测控技术的应用现状与发展趋势 168

14.1.2　汽车电子测控技术的基本组成与工作 173

14.2 汽车用传感器的分类、性能及特点 176

14.2.1 汽车传感器的组成与分类 176

14.2.2　汽车用传感器的性能与要求 177

14.2.3　汽车用传感器的特点 178

14.3.1　光纤传感器受到人们的重视 181

14.3　汽车用传感器的发展趋势 181

14.3.2　增强车辆安全性的传感器系统 182

14.3.3 汽车用传感器与微计算机接口 183

14.4　汽车用传感器的选用原则 184

思考题与习题 184

第15章　空气监测 185

15.1　大气和空气污染 185

15.1.1　大气和空气污染的基本概念 185

15.1.2 空气污染物的种类和存在状态 186

15.2.1　空气监测规划与网络设计 188

15.1.3　主要空气污染源及污染物 188

15.2　空气污染监测方案的制订 188

15.2.2　空气采样方法和技术 194

15.3　烟道气测试技术 198

15.3.1　监测的目的、要求和内容 198

15.3.2　采样位置和采样点的确定 199

15.3.3　烟气状态参数的测量 200

思考题与习题 207

16.1　静载检测 208

16.1.1　静载检测的目的 208

第16章　桥梁检测 208

1 6.1.2　静载检测的程序 209

16.1.3 桥梁结构静载检测的方案设计 210

16.1.4 桥梁桩基础静载检测 214

16.2 桥梁动载检测 218

16.2.1 动载试验的方法与程序 218

16.2.2　桥梁结构动力响应的测试 220

16.2.3　动测数据分析与评价 224

16.3　桥梁施工控制与长期监测 225

16.3.1 桥梁施工监控的基本概念 225

16.3.2　桥梁施工监控的工作内容 226

16.3.3　桥梁施工监控方法 227

16.3.4　影响桥梁施工监控的因素 229

16.3.5　桥梁施工监控系统 230

16.3.6　桥梁结构长期监测与健康诊断技术 231

思考题与习题 233

第17章　钢材轧制在线检测技术 235

17.1　线材和圆钢直径的在线测量 235

17.1.1　在线测径仪的工作原理 235

17.1.2　在线测径仪结构 236

17.2.1　放射性测厚仪 237

17.2　板带材厚度的在线测量 237

17.2.2　激光测厚仪 243

17.2.3　高频电感测厚仪 246

17.2.4　超声波测厚仪 247

17.2.5　差动变压器接触式冷轧薄带材厚度测量仪 247

17.3　板带材宽度的在线测量 248

17.4　板带材长度的在线测量 249

17.4.1 激光测长仪的结构和原理 249

思考题与习题 251

17.4.2　激光测长仪的应用 251

第18章　无损检测 252

18.1　超声波检测 252

18.1.1　概述 252

18.1.2　超声场的特性 254

18.1.3　超声波的传播 255

18.1.4　超声波在介质中的传播特性 257

18.1.5　超声波换能器 258

18.1.6　超声波检测方法 261

18.1.7　超声波探伤仪 262

18.1.8　超声波检测应用实例 265

18.2　涡流检测 266

18.2.1 涡流探伤的特点 267

18.2.2　影响涡流检测的要素 268

18.3　激光全息无损检测 270

18.3.1　激光全息检测的特点与原理 270

18.3.2　激光全息检测方法 271

18.3.3　激光全息检测的应用 273

思考题与习题 275

19.1.1 以带材的位置检测张力 276

第19章 张力的在线检测技术 276

19.1　张力的直接检测方法 276

19.1.2　利用压磁式传感器检测张力 277

19.1.3　利用压电式传感器检测张力 278

19.2　张力的间接检测方法 279

19.2.1　几种转矩传感器介绍 279

19.2.2　张力的间接检测方法 280

19.3　张力控制的基本方法 281

19.3.1 直接张力闭环控制 281

19.3.4　张力控制的几种方案 282

19.3.2　张力的扰动补偿控制 282

19.3.3　复合控制 282

19.4　典型举例 283

思考题与习题 284

附录 285

附录A　基本常数 285

附录B　国际制词冠 285

附录C　国际单位制（SI）的主要单位 286

参考文献 291