传感器与检测技术基础

第1章　传感器与检测技术 1

1.1　传感器与检测技术概述 1

1.1.1　传感器与检测技术的概念 1

1.1.2　传感器与检测技术的应用实例 2

1.2　现代检测技术 6

1.2.1　现代检测技术的含义和特征 6

1.2.2　现代检测技术的方法 6

1.2.3　检测技术的地位与作用 8

1.3 自动检测系统 9

1.3.1 自动检测系统的组成 9

1.3.2　检测系统的发展 10

复习思考题 11

第2章　传感器与检测技术基础 12

2.1　传感器基础知识 12

2.1.1　传感器的定义 12

2.1.2　传感器的组成与分类 12

2.1.3　传感器的基本特性 14

2.1.4　传感器中的弹性敏感元件 18

2.2　检测与检测系统 22

2.2.1　检测的基本概念 22

2.2.2　检测的类型 25

2.2.3　检测系统 26

2.3　测量误差分析与测量数据处理基础 27

2.3.1　测量误差 27

2.3.2　随机误差概率密度的正态分布 30

2.3.3　粗大误差的判别与取舍 32

2.3.4　系统误差 33

2.3.5　测量数据的线性化与变换 36

复习思考题 38

第3章　能量型传感器 40

3.1　电位器式传感器 40

3.1.1 电位器的结构与材料 40

3.1.2　电位器式传感器的应用 41

3.2　电阻应变式传感器 43

3.2.1 电阻应变片的工作原理 43

3.2.2　电阻应变片的种类与结构 44

3.2.3 电阻应变片的测量电路 46

3.2.4　电阻应变式传感器的应用 49

3.3　电感式传感器 52

3.3.1 自感式传感器与差动式变压器式传感器 52

3.3.2　电涡流式传感器 55

3.3.3　电感式传感器的应用 57

3.4　电容式传感器 59

3.4.1 电容式传感器的工作原理和结构 59

3.4.2　电容式传感器的类型及特性 59

3.4.3　电容式传感器的特点 62

3.4.4　电容式传感器的应用 62

复习思考题 65

第4章　基于物理特性的传感器 66

4.1　压电式传感器 66

4.1.1　压电式传感器的工作原理 66

4.1.2　压电传感器的测量转换电路 70

4.1.3　压电传感器的应用 71

4.2　超声波传感器 75

4.2.1　超声波的物理基础 75

4.2.2　超声波换能器以及耦合技术 79

4.2.3　超声波传感器的应用 80

4.3　霍尔传感器 83

4.3.1　霍尔元件的工作原理以及特性 84

4.3.2　霍尔集成电路 85

4.3.3　霍尔传感器的应用 87

4.4　光电传感器 91

4.4.1　光电效应以及光电元件 91

4.4.2　光电元件基本应用电路 96

4.4.3　光电传感器的应用 97

复习思考题 101

第5章　环境量检测传感器 102

5.1　温度传感器 102

5.1.1　温度测量的基本概念 102

5.1.2　热电偶传感器的工作原理 102

5.1.3　热电偶的种类与应用 103

5.1.4　其他温度传感器 105

5.2　气敏传感器 106

5.2.1　半导体气敏传感器的结构及原理 106

5.2.2　气敏元件的基本特性 108

5.2.3　应用 109

5.3　湿度传感器 111

5.3.1　湿敏元件的原理（湿敏电阻）及其特性 111

5.3.2　应用实例 112

5.4　辐射传感器 113

5.4.1　放射源与探测器 113

5.4.2　应用 117

复习思考题 118

第6章　新型传感器 119

6.1　集成温度传感器 119

6.1.1　测温原理 119

6.1.2　集成温度传感器的类型 120

6.2　光导纤维传感器 123

6.2.1　光导纤维的基本概念 123

6.2.2　光纤传感器的原理及分类 126

6.2.3　光纤传感器的应用 129

6.3　集成温度传感器 132

6.3.1　光辐射基础 132

6.3.2　热成像技术 133

6.3.3　CCD图像传感器 134

复习思考题 137

第7章　智能传感器及智能检测系统 138

7.1　智能传感器的概念和特点 138

7.1.1　智能传感器的概念 138

7.1.2　智能传感器的分类 139

7.1.3　智能传感器的功能 141

7.1.4　智能传感器的特点 142

7.1.5　智能传感器的数据采集 142

7.1.6　智能传感器的数据处理技术 143

7.2　智能传感器的实现方法 143

7.2.1　传感器和信号处理装置的功能集成化 143

7.2.2　新的检测原理与信号处理的智能化相结合 144

7.2.3　研制人工智能材料 144

7.3　智能传感器设计 145

7.3.1　结构设计 145

7.3.2　敏感元件设计 145

7.3.3　传感器工艺设计 146

7.3.4　软件设计 146

7.4　智能传感器的应用及其发展 147

7.4.1　应用举例 147

7.4.2　发展前景和热点 150

复习思考题 151

第8章　自动检测仪器、仪表 152

8.1　模拟仪器仪表 152

8.1.1　动圈式仪器 152

8.1.2　平衡式仪器 153

8.1.3　电动单元组合仪器 154

8.2　数字式仪表 156

8.2.1　数字式仪器的概念 156

8.2.2　数字式面板仪器 157

8.3　虚拟仪器及网络化检测系统 160

8.3.1　虚拟仪器的发展 160

8.3.2　硬件系统 161

8.3.3　软件系统 162

8.3.4　网络化检测仪器的技术及测控系统 163

复习思考题 165

第9章 自动检测系统及其设计 166

9.1 自动检测系统概述 166

9.1.1 自动检测系统的基本概念与组成 166

9.1.2 自动检测系统的功能特点 168

9.1.3 自动检测系统的发展历程 168

9.2　输入通道 169

9.2.1　模拟量输入通道的基本组成与类型 170

9.2.2　数字量输入通道 173

9.2.3　频率信号的预处理 174

9.3　测量数据的预处理 176

9.3.1 数字滤波 176

9.3.2　系统误差的校准 179

9.4 自动检测系统设计 180

9.4.1 自动检测系统设计的基本要求 181

9.4.2　检测系统设计的一般开发过程 182

9.4.3　基于GSM网络的工业氯气远程监测系统设计 184

复习思考题 188

附录 189

附录A　常用传感器的性能及选用 189

附录B　中华人民共和国法定计量单位 192

附录C　本书涉及的部分计量单位 194

附录D　工业热电阻分度表 195

参考文献 197