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绪论 1

0.1 本课程涉及的领域 1

0.2 自动检测系统的组成 2

0.3 检测与转换技术的发展方向 3

第1章 传感器技术基础 5

1.1 测量的概念和测量的方法 5

1.1.1 测量的概念 5

1.1.2 测量方法 6

1.2 测量误差及分类 7

1.2.1 测量误差的概念 7

1.2.2 测量误差的分类 7

1.3 传感器与自动检测系统 10

1.3.1 传感器定义及组成 10

1.3.2 传感器的分类 11

1.3.3 传感器的特性 13

1.3.4 传感器的选用 15

1.3.5 传感器的保养与维修 17

1.3.6 自动测控系统 17

1.4 传感器的数学模型 18

1.4.1 传感器的静态数学模型 19

1.4.2 传感器的动态数学模型 19

实训1 传感器基础知识 20

本章小结 21

习题1 21

第2章 温度传感器 23

2.1 温度测量的基本概念 23

2.1.1 温度的基本概念 23

2.1.2 温度测量及传感器分类 23

2.2 热电阻式温度传感器 23

2.2.1 金属导体热电阻的工作原理 24

2.2.2 热电阻的结构 25

2.2.3 热电阻的测量电路 26

2.2.4 热电阻传感器的应用——热电阻在烟叶初烤炕房温度控制中的应用 27

2.3 半导体温度传感器 28

2.3.1 热敏电阻 28

2.3.2 PN结温度传感器 31

2.4 热电偶式温度传感器 32

2.4.1 基本原理 32

2.4.2 热电偶组成、分类及其特点 34

2.4.3 热电偶冷端的延长 36

2.4.4 热电偶的冷端补偿法 36

2.4.5 热电偶的选择、安装使用和校验 39

2.4.6 热电偶的应用——金属表面温度的测量 39

2.5 集成温度传感器及应用 40

2.5.1 集成温度传感器的测温原理 40

2.5.2 集成温度传感器的类型 41

2.6 温度传感器的特性与检修 46

2.6.1 温度传感器的检修 46

2.6.2 温度传感器性能、参数及应用特点 47

实训2 热敏电阻实训（温度控制器） 48

本章小结 49

习题2 49

第3章 气体和湿度传感器 51

3.1 气体传感器 51

3.1.1 半导体气敏传感器 51

3.1.2 接触燃烧式气敏传感器 54

3.1.3 半导体热敏传感器的主要参数 55

3.1.4 气敏传感器的性能、参数与应用特点 56

3.1.5 气敏传感器的应用——瓦斯报警器 57

3.1.6 气敏传感器的使用注意事项 57

3.1.7 气敏传感器的检修 58

3.2 湿敏传感器 58

3.2.1 湿度的基本概念 59

3.2.2 湿敏电阻型传感器 59

3.2.3 电容式湿度传感器 61

3.2.4 结露传感器 61

3.2.5 湿敏传感器的主要参数 62

3.3.6 湿敏传感器的性能、参数与应用特点 63

3.2.7 湿度传感器的应用 63

3.2.8 湿度传感器的使用注意事项 64

3.2.9 湿度传感器的检修 65

实训3 气敏传感器应用实训 65

本章小结 67

习题3 68

第4章 力敏传感器及其应用 70

4.1 弹性敏感元件 70

4.1.1 弹性敏感元件的结构形式 70

4.2 电阻应变片传感器 73

4.2.1 电阻应变片 73

4.2.2 应变片的结构形式、类型与粘贴方法 74

4.2.3 测量转换电路 75

4.2.4 应变电阻传感器的应用 76

4.3 电容传感器 80

4.3.1 电容式传感器的工作原理 80

4.3.2 电容式传感器的测量电路 85

4.3.3 电容式传感器的应用 87

4.4 电感式传感器 89

4.4.1 自感式传感器 89

4.4.2 自感式传感器测量转换电路 92

4.4.3 互感式传感器 93

4.4.4 电感式传感器的应用 96

4.5 压电式传感器 97

4.5.1 压电式传感器的工作原理 98

4.5.2 压电式传感器的测量转换电路 99

4.5.3 压电式传感器的应用 100

4.6 压力测量 102

4.6.1 差动电容式差压变送器 102

4.6.2 利用电容差压变送器测量液体的液位 103

4.7 流量的概念和测量 104

4.7.1 流量的基本概念 104

4.7.2 节流式流量计及电容差压变送器在流量测量中的应用 104

4.8 力敏传感器的检修、性能参数和特点 105

4.8.1 力敏传感器的检修 105

4.8.2 力敏传感器的性能参数和特点 106

实训4 半导体应变片实训 107

本章小结 109

习题4 110

第5章 位置传感器 112

5.1 模拟式位置及位移传感器 112

5.1.1 电位器式传感器及其应用 112

5.1.2 可变气隙式电感位移测微仪 113

5.1.3 电容式位移传感器测距电路 114

5.2 数字式位置及位移传感器 114

5.2.1 光栅传感器及其应用 114

5.2.2 磁栅式位移传感器及其应用 119

5.2.3 感应同步器及其应用 121

5.2.4 光电编码器及其应用 122

5.3 接近传感器及其应用 127

5.3.1 接近传感器的基本知识 127

5.3.2 接近传感器的应用实例 128

5.4 位置及位移传感器的检修 129

5.4.1 位置及位移传感器的检修 129

5.4.2 位置和位移传感器性能、参数及应用特点 130

实训5 干簧管入侵报警器实训 132

本章小结 133

习题5 134

第6章 磁电传感器 136

6.1 磁敏传感器 136

6.1.1 磁敏元件与传感器 136

6.1.2 磁敏二极管 137

6.1.3 磁敏三极管 139

6.2 霍尔传感器 141

6.2.1 霍尔元件结构 142

6.2.2 霍尔传感器工作原理 142

6.2.3 霍尔元件特性参数 143

6.2.4 集成霍尔元件 144

6.2.5 霍尔传感器的应用 145

6.3 电涡流传感器 145

6.3.1 电涡流传感器的工作原理 146

6.3.2 电涡流传感器的结构 146

6.3.3 电涡流传感器的测量电路 147

6.3.4 电涡流传感器的应用 148

6.4 磁敏传感器的特性与检修 149

6.4.1 磁敏传感器的检修 149

6.4.2 磁敏传感器性能、参数及应用特点 149

实训6 霍尔传感器应用实训 150

本章小结 151

习题6 152

第7章 光电效应和光电传感器 153

7.1 光电效应和光电器件 153

7.1.1 光电效应 153

7.1.2 光电器件 154

7.1.3 光电耦合器件 160

7.1.4 半导体色敏传感器 161

7.2 光电传感器的应用 162

7.2.1 光电传感器的基本组成 162

7.2.2 光电传感器的基本类型 163

7.2.3 光电传感器应用举例 164

7.2.4 光电传感器的检修 164

7.2.5 光电传感器的性能、参数及应用特点 165

7.3 红外传感器 166

7.3.1 红外传感器的类型 166

7.3.2 红外传感器的应用 167

7.3.3 热释电型红外传感器使用注意事项 169

7.4 光纤传感器 169

7.4.1 光纤的结构和传光原理 169

7.4.2 光纤传感器 170

7.4.3 光纤传感器的应用 171

实训7 热释电传感器应用实训 172

本章小结 174

习题7 175

第8章 新型传感器 177

8.1 微波传感器 177

8.1.1 微波传感器的基础知识 177

8.1.2 微波传感器的优点及存在问题 179

8.1.3 微波传感器的应用 179

8.2 超声波传感器 181

8.2.1 超声波检测原理 181

8.2.2 超声波传感器 182

8.2.3 超声波探头电路 183

8.2.4 超声波传感器的主要参数 184

8.2.5 超声波传感器的应用 185

8.2.6 超声波传感器的检修 187

8.3 生物传感器 187

8.3.1 生物传感器的基础知识 188

8.3.2 生物传感器的工作原理及结构 189

8.3.3 生物传感器的发展趋势 192

8.4 机器人传感器 192

8.4.1 机器人与传感器 192

8.4.2 机器人传感器的分类及特点 193

8.4.3 触觉传感器 195

8.4.4 视觉传感器 198

8.4.5 听、嗅和味觉传感器 199

8.4.6 接近觉传感器 201

8.5 智能传感器 201

8.5.1 智能传感器概述 201

8.5.2 智能传感器的实现途径 203

8.5.2 智能传感器的应用 204

8.5.3 智能传感器的发展趋势 207

实训8 超声波雾化器实训 208

本章小结 210

习题8 211

第9章 无线传感器网络技术及应用 213

9.1 无线传感器网络概述 213

9.1.1 无线传感器网络的概念 213

9.1.2 无线传感器网络的特征 214

9.2 无线传感器网络的体系结构 215

9.2.1 无线传感器网络的系统架构 215

9.2.2 传感器节点的结构 216

9.2.3 节点试验平台 216

9.3 无线传感器网络的通信协议 219

9.3.1 IEEE802.15.4标准 219

9.3.2 ZigBee协议 221

9.4 无线传感器网络的开发 223

9.4.1 无线传感器网络硬件系统 223

9.4.2 无线传感器网络软件环境 227

9.4.3 无线传感器网络仿真平台 228

9.5 无线传感器网络的应用 229

9.5.1 军事领域 229

9.5.2 环境的监测和保护 229

9.5.3 医疗护理 230

9.5.4 智能家居系统 231

9.5.5 工业领域 231

9.5.6 农业领域 233

9.5.7 建筑领域 233

9.5.8 空间、海洋探索 233

本章小结 233

习题9 234

第10章 传感器的接口处理 236

10.1 传感器接口电路基础知识 236

10.1.1 传感器输出信号的特点 236

10.1.2 传感器输出信号的处理方法 236

10.1.3 检测电路形式 237

10.1.4 传感器与微型计算机结合的重要性 238

10.1.5 检测信号在输入微型计算机前的处理 238

10.2 传感器信号检测电路实例 239

10.2.1 阻抗匹配器 239

10.2.2 电桥电路 240

10.2.3 放大电路 242

10.2.4 电荷放大器 243

10.3 传感器信号转换电路实例 244

10.3.1 电压－电流转换电路 244

10.3.2 电流－电压转换电路 246

10.3.3 电压－频率转换电路 246

10.3.4 模－数转换电路 249

实训9 传感器接口电路实训 251

本章小结 251

习题10 253

第11章 自动检测与转换技术中的抗干扰技术 254

11.1 测试系统信号的传输与噪声 254

11.1.1 信号的传输 254

11.1.2 噪声源 255

11.1.3 信噪比 256

11.2 噪声的耦合途径 256

11.2.1 电场耦合 257

11.2.2 电磁耦合 257

11.2.3 电阻耦合 258

11.2.4 共阻抗耦合 258

11.2.5 差模干扰 258

11.2.6 共模干扰 259

11.2.7 共模抑制比CMRR 259

11.3 测试系统的抗干扰技术 259

11.3.1 屏蔽技术 260

11.3.2 接地技术 261

11.3.3 浮空技术 262

11.3.4 滤波器和脉冲电路中的噪声抑制 263

本章小结 263

习题11 263

第12章 检测技术的综合应用 266

12.1 现代检测系统的基本结构 267

12.1.1 智能仪器（Smart Instruments） 267

12.1.2 个人仪器（Personal Instruments，简称PI） 267

12.1.3 自动测试系统（AutoumaticTesting System，缩写为ATS） 267

12.2 带计算机的检测系统简介 268

12.2.1 带计算机的检测系统的特点及功能 268

12.2.2 带计算机的检测系统的工作流程 269

12.2.3 可编程序控制器中的传感器接口板 270

12.3 带计算机的检测技术应用实例 271

12.3.1 陶瓷隧道窑温度、压力监测控制系统 271

12.3.2 智能化流量积算仪 273

12.3.3 传感器在模糊控制洗衣机中的应用 274

12.4 传感器在数控机床中的应用 275

12.4.1 位置检测装置在进给控制中的应用 276

12.4.2 接近开关在刀架选刀控制中的应用 278

12.4.3 在自适应控制中的应用 278

12.4.4 自动保护 280

12.5 传感器在智能楼宇中的应用 281

12.5.1 空调系统的监控 282

12.5.2 给排水系统 282

12.5.3 供配电与照明系统监控 283

12.5.4 火灾监视、控制系统 283

12.5.5 门禁、防盗系统 284

12.5.6 停车监控系统 284

12.5.7 电梯运行管理 285

12.6 传感器在现代汽车中的应用 288

本章小结 290

习题12 290

参考文献 292