传感器与检测技术PDF电子书下载

0 传感器与检测技术概述 1

0.1 传感器的组成与分类 1

0.1.1 传感器的定义 1

0.1.2 传感器的组成 1

0.1.3 传感器的分类 1

0.2 传感器的作用与地位 2

0.3 传感器技术的发展动向 2

0.4 检测技术的定义 4

0.5 检测技术的作用 4

1 传感器的特性 5

1.1 传感器的静态特性 5

1.1.1 线性度 5

1.1.2 迟滞 7

1.1.3 重复性 7

1.1.4 灵敏度与灵敏度误差 8

1.1.5 分辩率与阈值 8

1.1.6 稳定性 8

1.1.7 温度稳定性 9

1.1.8 多种抗干扰能力 9

1.1.9 静态误差 9

1.2 传感器的动态特性 9

1.2.1 动态特性的数学描述 10

1.2.2 线性系统的传递函数 11

1.2.3 传感器的动态特性指标 11

1.2.4 动态响应分析的基本方法 13

1.2.5 典型环节的动态响应特性 15

2 电阻式传感器 23

2.1 电位器式电阻传感器 23

2.1.1 线性电位器 23

2.1.2 非线性电位器 26

2.1.3 负载特性与负载误差 27

2.1.4 电位器的结构与材料 28

2.1.5 电位器式传感器应用举例 29

2.2 应变片式电阻传感器 30

2.2.1 电阻应变片的工作原理 31

2.2.2 金属电阻应变片主要特性 32

2.2.3 温度误差及其补偿 36

2.2.4 应变片式电阻传感器的测量电路 39

2.2.5 应变片式电阻传感器的应用举例 42

3 电感式传感器 46

3.1 自感式传感器 46

3.1.1 工作原理 46

3.1.2 灵敏度及非线性 48

3.1.3 等效电路 48

3.1.4 转换电路 48

3.1.5 零点残余电压 52

3.1.6 自感式传感器的特点及应用 52

3.2 变压器式传感器 53

3.2.1 工作原理 53

3.2.2 等效电话及其特性 54

3.2.3 差分变压器式传感器的测量电路 56

3.2.4 零点残余电压的补偿 60

3.2.5 变压器式传感器的应用举例 61

3.3 涡流传感器 62

3.3.1 工作原理 62

3.3.2 转换电路 63

3.3.3 涡流式传感器的特点及应用 64

3.4 压磁式传感器 66

3.4.1 工作原理 66

3.4.2 结构形式 66

3.5 感应同步器 69

3.5.1 工作原理 69

3.5.2 类型与结构 71

3.5.3 输出信号的测量方法 72

3.5.4 误差分析 75

4 电容式传感器 77

4.1 电容式传感器的工作原理及类型 77

4.1.1 工作原理 77

4.1.2 类型 77

4.2 电容式传感器的灵敏度及非线性 79

4.3 电容式传感器的特点及等效电路 80

4.3.1 特点 80

4.3.2 等效电路 81

4.4 电容式传感器的设计要点 82

4.4.1 保证绝缘材料的绝缘性能 82

4.4.2 消除和减小边缘效应 83

4.4.3 消除和减小寄生电容的影响 83

4.4.4 防止和减小外界干扰 85

4.5 电容式传感器的转换电路 85

4.5.1 调制型电路 85

4.5.2 脉冲型电路 89

4.6 电容式传感器的应用举例 92

4.6.1 差分式电容压力传感器 92

4.6.2 电容式加速度传感器 92

4.6.3 电容式料位传感器 93

4.6.4 电容式位移传感器 94

5 磁电式传感器 95

5.1 磁电感应式传感器 95

5.1.1 工作原理和结构类型 95

5.1.2 动态特性分析 97

5.1.3 测量电路 101

5.1.4 磁电感应式传感器应用举例 106

5.2 霍尔式传感器 107

5.2.1 霍尔效应和霍尔元件材料 107

5.2.2 霍尔元件构造及测量电路 109

5.2.3 霍尔元件的主要技术指标 109

5.2.4 霍尔元件的补偿电路 110

5.2.5 霍尔式传感器的应用举例 112

6 压电式传感器 114

6.1 压电效应 114

6.1.1 石英晶体的压电效应 114

6.1.2 压电陶瓷的压电效应 116

6.1.3 高分子材料的压电效应 117

6.1.4 压电方程与压电常数 118

6.2 压电材料 120

6.3 等效电路 122

6.4 测量电路 123

6.4.1 电压放大器 124

6.4.2 电荷放大器 125

6.5压电式传感器的应用举例 127

6.5.1压电式测力传感器 127

6.5.2压电式加速度传感器 128

6.6 影响压电式传感器精度的因素分析 129

6.6.1 非线性 129

6.6.2 横向灵敏度 129

6.6.3 环境温度的影响 130

6.6.4 湿度的影响 131

6.6.5 电缆噪声 131

6.6.6 接地回路噪声 131

7 光电式传感器 132

7.1 光电效应 132

7.1.1 外光电效应 132

7.1.2 内光电效应 133

7.1.3 光生伏特效应 133

7.2 光电器件及其特征 133

7.2.1 光电管与光电倍增管 133

7.2.2 光敏电阻 135

7.2.3 光敏二极管及光敏三极管 136

7.2.4 光电池 137

7.2.5 半导体光电元件的特性 138

7.3 光电式传感器的测量电路 142

7.3.1 光源 142

7.3.2 测量电路 142

7.4 光电传感器及其应用 145

7.4.1 模拟式光电传感器 145

7.4.2 脉冲式光电传感器 147

7.5光纤传感器 148

7.5.1 光导纤维 148

7.5.2 光纤传感器的工作原理 150

7.6 电荷耦合器件（CCD） 153

7.6.1 CCD的工作原理 153

7.6.2 CCD应用举例 156

7.7 光栅式传感器 157

7.7.1 基本工作原理 157

7.7.2 莫尔条纹 159

7.7.3 辨向原理和细分电路 161

7.8 激光式传感器 165

7.8.1 激光干涉仪测位移 165

7.8.2 激光测长度原理 167

8 热电式传感器 168

8.1 热电阻 168

8.1.1 热电阻的材料及工作原理 168

8.1.2 测量电路 170

8.2 热电偶 171

8.2.1 热电效应 171

8.2.2 热电偶基本定律 173

8.2.3 热电偶材料及常用热电偶 174

8.2.4 热电偶测温线路 175

8.2.5 热电偶参考端 177

8.3 热敏电阻 181

8.3.1 热敏电阻的主要特性 182

8.3.2 热敏电阻的特性线性化 183

8.3.3 热敏电阻的应用举例 184

9 核辐射传感器 186

9.1 核辐射的基本特性 186

9.1.1 核辐射的特性 186

9.1.2 测量中常用的同位素 189

9.2 核辐射传感器 190

9.2.1 电离室 190

9.2.2 气体放电计数管 191

9.3 核辐射传感器的应用举例 192

9.4 放射性辐射的防护 192

10 智能传感器 194

10.1 概述 194

10.1.1 智能传感器的概念 194

10.1.2 智能传感器的功能 195

10.1.3 智能传感器的特点 196

10.2 智能传感器实现的途径 196

10.2.1 非集成化实现 196

10.2.2 集成化实现 198

10.2.3 混合实现 200

10.2.4 集成化智能传感器的几种形式 200

10.3 智能传感器输出信号的预处理 201

10.3.1 传感器输出信号的分类 201

10.3.2 开关信号的预处理 202

10.3.3 模拟信号预处理 202

10.4 数据采集 203

10.4.1 数据采集的配置 203

10.4.2 取样周期的选择 204

10.4.3 A/D转换器的选择 205

10.5 智能传感器的数据处理技术 206

10.5.1 数据处理包含的内容 206

10.5.2 标度变换技术 206

10.5.3 非线性补偿技术 208

10.5.4传感器的温度误差补偿 210

10.5.5 数字滤波技术 212

10.6 智能传感器 213

10.6.1 正确选择微处理器 213

10.6.2 智能传感器的输入输出技术 214

10.6.3智能传感器实例 218

11 传感器的标定 220

11.1传感器的静态特性标定 220

11.1.1 静态标准条件 220

11.1.2 标定仪器设备精度等级的确定 220

11.1.3 静态特性标定的方法 220

11.2传感器的动态特性标定 221

11.3 测振传感器的标定 222

11.3.1 绝对标定法 223

11.3.2 比较标定法 223

11.4 压力传感器的标定 223

11.4.1 动态标定压力源 223

11.4.2 激波管标定法 225

12 传感器可靠性技术 231

12.1 可靠性技术基础概述 231

12.1.1 可靠性技术定义及其特点 231

12.1.2 可靠性技术的基本特征量 232

12.2 可靠性设计 236

12.2.1 可靠性设计的重要性 236

12.2.2 可靠性设计程序和原则 236

12.2.3 系统的可靠性框图模型及计算 237

12.3 可靠性管理 238

12.3.1 可靠性管理的意义及特点 238

12.3.2 可靠性管理机构和职责 238

12.3.3 可靠性标准、情报与保证 239

12.3.4 可靠性管理的实施 239

12.4 可靠性试验 239

12.4.1 传感器环境试验概述 239

12.4.2 传感器的可靠性试验实例 242

12.5 敏感元件及传感器的失效分析 243

12.5.1 概述 243

12.5.2 分析方法 244

13 检测技术基础 250

13.1 检测技术概述 250

13.2 测量方法 250

13.2.1 直接测量、间接测量和联立测量 250

13.2.2 偏差式测量、零位式测量和微差式测量 251

13.3 测量系统 252

13.3.1 测量系统的构成 253

13.3.2 主动式测量系统与被动式测量系统 254

13.3.3 开环式测量系统与闭环式测量系统 254

13.4 测量数据处理方法 255

13.4.1 静态测量数据的处理方法 255

13.4.2 动态测量数据的处理方法 273

14 多传感器信息融合技术 278

14.1 概述 278

14.1.1 概念 278

14.1.2 意义及应用 278

14.2传感器信息融合的分类和结构 279

14.2.1传感器信息融合的分类 279

14.2.2 信息融合的结构 280

14.2.3 信息融合系统结构的实例 281

14.3 传感器信息融合的一般方法 282

14.3.1 嵌入约束法 282

14.3.2 证据组合法 283

14.3.3 人工神经网络法 285

14.4传感器信息融合的实例 285

14.4.1 机器人中的传感器信息融合 285

14.4.2 舰船上的传感器信息融合 287

15 现代检测系统 289

15.1 计算机检测系统的基本组成 289

15.1.1 多路模拟开关 289

15.1.2 A/D转换与D/A转换 290

15.1.3 取样保持 293

15.2 总线技术 294

15.2.1 总线的基本概念及其标准化 294

15.2.2 总线的通信方式 295

15.2.3 测控系统内部总线 296

15.2.4 测控系统外部总线 298

15.3 虚拟仪器 302

15.3.1虚拟仪器的出现 302

15.3.2虚拟仪器的硬件系统 303

15.3.3虚拟仪器的软件系统 304

15.3.4虚拟仪器的发展趋势 305

15.4 网络化检测仪器 305

15.4.1 基于现场总线技术的网络化测控系统 306

15.4.2 面向I网络测控系统 306

15.4.3 网络化检测仪器与系统实例 308

附录1 习题与思考题 310

附录2 《传感器与检测技术》实验 318

参考文献 331