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出版说明 1

前言 1

第1章 自动检测技术的基本概念 1

1.1 自动检测技术概述 1

1.1.1 自动检测技术在自动化专业中的地位与作用 1

1.1.2 自动检测系统的基本组成 2

1.1.3 传感器的分类、命名与图形符号 3

1.2 测量方法 4

1.2.1 直接测量、间接测量、联立测量 4

1.2.2 偏差式测量、零位测量、微差式测量 5

1.2.3 接触式测量、非接触式测量 5

1.3 传感器的一般特性 5

1.3.1 传感器的静态特性与静态特性指标 5

1.3.2 传感器的动态特性与动态特性指标 13

1.3.3 传感器的标定与校准 14

1.4 测量误差与数据处理 15

1.4.1 测量误差的概念和分类 15

1.4.2 粗大误差的判别和分类 17

1.4.3 系统误差的处理 18

1.4.4 随机误差的处理 21

1.5 习题 23

第2章 电阻式传感器及其信号调理 24

2.1 电阻应变片 24

2.1.1 电阻应变片的工作原理—应变效应 24

2.1.2 电阻应变片的结构、种类 25

2.1.3 电阻应变片的主要特性 26

2.1.4 电阻应变片的粘贴技术 28

2.1.5 电阻应变片的典型应用举例 29

2.2 其他电阻式传感器 30

2.2.1 压阻式传感器 30

2.2.2 热电阻 31

2.2.3 热敏电阻 34

2.2.4 气敏电阻 36

2.2.5 光敏电阻 37

2.2.6 磁敏电阻 39

2.3 电阻式传感器的信号调理 40

2.3.1 惠斯登电桥 40

2.3.2 测量放大电路 44

2.3.3 多功能传感信号调理电路AD693 50

2.4 习题 56

第3章 电感式传感器及其信号调理 58

3.1 自感式传感器 58

3.1.1 单线圈自感传感器 58

3.1.2 差动自感传感器 60

3.2 差动变压器 62

3.2.1 工作原理 62

3.2.2 输出特性 65

3.2.3 典型应用举例 67

3.3 电涡流传感器 69

3.3.1 反射式电涡流传感器 69

3.3.2 透射式电涡流传感器 71

3.4 压磁式传感器 72

3.5 电感式传感器的信号调理 73

3.5.1 交流电桥 73

3.5.2 调幅、调频与调相电路 74

3.5.3 相敏整流电路 76

3.5.4 单片差动变压器信号调理电路AD598 78

3.6 习题 82

第4章 电容式传感器及其信号调理 84

4.1 工作原理 84

4.1.1 传感原理 84

4.1.2 基本结构 84

4.2 传感特性 86

4.2.1 变间隙式电容传感器 86

4.2.2 变面积式电容传感器 87

4.2.3 变介电常数式电容传感器 87

4.3 等效电路 88

4.4 电容式传感器的信号调理 88

4.4.1 交流电桥电路 88

4.4.2 运算放大器式电路 91

4.4.3 脉冲宽度调制电路 92

4.4.4 调频式电路 93

4.4.5 单片电容传感器信号调理电路CS2001 93

4.5 电容式传感器的典型应用举例 6

4.5.1 电容传感系统的设计要点 96

4.5.2 电容传感器应用举例 98

4.6 习题 102

第5章 电动势式传感器及其信号调理 103

5.1 热电偶 103

5.1.1 热电偶的工作原理 103

5.1.2 热电偶的基本定律 106

5.1.3 热电偶的冷端补偿 108

5.1.4 标准化热电偶 109

5.1.5 热电偶的结构形式 111

5.1.6 单片热电偶冷端温度补偿电路 112

5.2 霍尔式传感器 117

5.2.1 霍尔传感器的工作原理 118

5.2.2 霍尔传感器的组成与基本特性 119

5.2.3 霍尔传感器的测量误差及其补偿 121

5.2.4 霍尔传感器的典型应用举例 124

5.3 压电式传感器 127

5.3.1 压电式传感器工作原理 127

5.3.2 压电式传感器的等效电路 129

5.3.3 压电式传感器的测量电路 131

5.3.4 压电式传感器的应用 132

5.4 光电式传感器 133

5.4.1 光电器件 133

5.4.2 光电器件的基本特性 137

5.4.3 光电式传感器的基本组成 143

5.4.4 光电式传感器的典型应用举例 144

5.5 习题 145

第6章 其他传感器简介 147

6.1 光栅传感器 147

6.1.1 光栅传感器的结构 147

6.1.2 莫尔条纹及其特点 148

6.1.3 光栅的光路 149

6.1.4 辨向原理 150

6.1.5 电子细分技术 151

6.2 感应同步器 151

6.2.1 感应同步器的结构 151

6.2.2 感应同步器的工作原理 152

6.3 编码器 153

6.3.1 直接编码器 154

6.3.2 增量编码器 155

6.4 光纤传感器 156

6.4.1 光纤的结构 157

6.4.2 光纤的传光原理 157

6.4.3 光纤传感器的分类 158

6.4.4 光纤传感器的原理 158

6.4.5 光纤传感器的特点 159

6.4.6 光纤传感器应用举例 159

6.5 超声波传感器 160

6.5.1 超声波及其性质 160

6.5.2 超声波检测原理 161

6.5.3 超声波传感器的结构 162

6.5.4 超声波传感器的应用 163

6.6 红外传感器 164

6.6.1 红外辐射 165

6.6.2 红外探测器 165

6.7 电荷藕合器件 166

6.7.1 电荷耦合器件的结构和工作原理 166

6.7.2 CCD图像传感器的结构 168

6.7.3 图像传感器的应用 169

6.8 习题 170

第7章 传感器的共性关键技术 171

7.1 传感器的构成方法 171

7.1.1 基本型 171

7.1.2 电路参数型 172

7.1.3 多级变换型 172

7.1.4 参比补偿型 172

7.1.5 差动结构型 174

7.1.6 反馈型 174

7.2 传感器的信号获取方式 174

7.2.1 固定方式 175

7.2.2 补偿方式 175

7.2.3 差动方式 176

7.2.4 滤波方式 176

7.2.5 同步方式 177

7.3 提高传感器性能的若干技术途径 177

7.3.1 合理选择结构、材料与参数 177

7.3.2 采用线性化技术 177

7.3.3 采用差动对称结构 177

7.3.4 采用零位法、微差法与闭环技术 178

7.3.5 采用多信号测量法 178

7.3.6 集成化与智能化 181

7.4 传感器系统温度漂移的硬件补偿 181

7.4.1 温度补偿的必要性 181

7.4.2 温度补偿原理 182

7.4.3 传感器温度补偿举例 184

7.5 采用数字化技术改进传感器系统的性能 187

7.5.1 传感器非线性特性的数字化校正 187

7.5.2 传感器的自校准 189

7.5.3 传感器系统温度漂移的自补偿 194

7.5.4 系统误差的数字化修正 197

7.6 传感器系统抗干扰技术 201

7.6.1 干扰的类型及产生 201

7.6.2 噪声耦合方式 203

7.6.3 主要抗干扰措施 208

7.6.4 传感器系统抗干扰技术的综合应用 213

7.7 测量不确定度评定 223

7.7.1 测量不确定度的定义及与测量误差的比较 224

7.7.2 不确定度的评定 224

7.7.3 测量结果的表示和处理方法 227

7.8 习题 230

第8章 自动检测系统设计 232

8.1 自动检测系统的设计原则与步骤 232

8.1.1 自动检测系统的设计原则 232

8.1.2 自动检测系统的设计步骤 233

8.2 传感器的合理选用 234

8.2.1 确定传感器的类型 234

8.2.2 线性范围和量程 234

8.2.3 灵敏度的选择 234

8.2.4 精度 234

8.2.5 频率响应特性 234

8.2.6 稳定性 235

8.3 自动检测系统的性能估计 235

8.3.1 检测系统分辨力与量程的预估 235

8.3.2 动态性能的预估 236

8.3.3 静态性能的预估 237

8.4 在线微量水分测量系统设计 239

8.4.1 系统总体设计 239

8.4.2 传感器选用 240

8.4.3 信号调理电路设计 240

8.4.4 微量水分测量系统的软件设计 242

8.5 啤酒瓶残留清洗液在线检测系统设计 242

8.5.1 设计任务 242

8.5.2 设计任务难点分析 243

8.5.3 检测原理研究 243

8.5.4 检测系统设计 246

8.5.5 数字处理单元设计 252

8.6 空气压缩机的曲轴工作应力测试 253

8.6.1 曲轴材料性能及测点布置 254

8.6.2 应变计与测试仪的选用 255

8.6.3 测试 255

8.6.4 数据处理 256

8.6.5 误差分析 258

8.7 习题 258

参考文献 260