传感器与检测技术概述

图书简介

随着信息技术的发展，特别是物联网时代的到来，获取各种信息的传感器已经广泛应用于各种领域，越来越多地成为信息社会赖以存在和发展的物质与技术基础，特别是在自动检测、自动控制系统中，成为不可缺少的重要技术工具。因此，传感器与检测技术是整个自动化、信息技术中的重要基础，是一门理论与实践结合十分密切的技术基础课程，在整个机电一体化学科体系中占有非常重要的地位。

本书将根据教育部积极发展高等职业教育，大力推进高等专科教育人才培养模式的改革要求，从实用角度出发，介绍常用传感器的工作原理、外部特性及基本应用电路，并介绍选择和应用传感器的基本技能。同时，注重知识的系统性和适用性，尽量反映传感器及检测技术领域内的新技术和新动向。

本书可作为高等职业教育机电一体化技术类、电子信息类等专业的教材，也可作为生产技术管理人员及其他工程技术人员参考和学习用书。

前言

本书是根据《高职高专教育专业人才培养目标及规格》的要求，结合机电一体化技术、电子信息类有关专业的实际需要，为大学专科和高职高专教育编写的教材，它是编者在多年的教学实践基础上，在力求通俗简明的指导思想下编写而成的。

作为人体感觉器官的延伸，传感器已广泛应用于生活、生产、科研等各个领域，是各种信息检测系统、自动测量系统、自动报警系统和自动控制系统必不可少的信息采集的"感觉器官"，在现代科学技术和工程领域中占有极其重要的地位和作用。随着"信息时代"的到来，许多国家将传感器技术列为优先发展的科技领域之一。国内高职院校相关专业都开设了相应的课程，传感器方面的教材陆续问世。这些著作，在原理性与实用性，传统性与新型性，以及广度与深度上各有侧重。本书将根据高等职业教育人才培养模式的要求，从实用角度出发，主要介绍常用传感器的工作原理、特性及基本应用电路，并介绍了选择和应用传感器的基本技能。同时，注重知识的系统性和适用性，尽量反映传感器及检测技术领域内的新技术和新动向。

全书共12章，主要内容包括:传感与检测技术基础(包括检测技术基本概念及作用、测量误差和数据处理，传感器的基本概念、基本特性及常用敏感元件);力学量传感器及其应用;几何量传感器及其应用;温度量传感器及其应用;磁学量传感器及其应用;光电传感器及其应用;数字传感器及其应用;气体及生物传感器;智能传感器及其应用;传感器选用与标定;抗干扰技术及微机接口技术;现代检测系统。每个章节都有应用案例，每个单元选材力求通俗、简明、实用，操作性强，每章后附有小结和思考题与习题。

本书可作为高等职业教育机电一体化技术类、电子信息类等专业的教材，使用本教材的学校可根据专业要求、实验条件等实际情况，对相应章节的内容进行取舍。

本书由广东轻工职业技术学院叶廷东、揭阳职业技术学院陈耿新、珠江水利科学研究院江显群主编，东莞职业技术学院朱飞虎、贺州学院余长庚参编。其中叶廷东编写了第1、2、3、8章，并对全书统稿;陈耿新编写了第9、11章;江显群编写了第5章以及部分章节的应用案例;朱飞虎编写了第4、6、7章;余长庚编写了第10、12章。

本书的编审工作得到了许多同行特别是华南理工大学刘桂雄教授的热情帮助和支持，他们提出了大量宝贵的意见，在此一并表示衷心感谢。

由于水平有限，书中难免存在不足之处，敬请读者予以批评指正。

目录

绪论

第1章传感与检测技术基础

1.1传感技术及传感器概述

1.1.1传感技术及传感器的基本概念

1.1.2传感器的组成与分类

1.1.3传感器的基本特性

1.2传感器材料、制造与标定

1.2.1传感器的制造材料

1.2.2传感器的制造技术

1.2.3传感器的标定基本概念

1.3传感技术的发展趋势和应用前景

1.3.1传感技术的发展趋势

1.3.2传感技术的应用前景

1.4检测技术基础

1.4.1检测技术概念及其发展

1.4.2检测系统组成

1.4.3现代检测技术特征

1.4.4检测技术的主要内容

本章小结

思考题与习题

第2章力学量传感器及其应用

2.1力学量传感器概述

2.2弹性敏感元件

2.2.1弹性敏感元件的概念

2.2.2弹性敏感元件的特性

2.2.3弹性敏感元件的误差来源、结构形式和材料

2.2.4常用的弹性敏感元件

2.3应变片式电阻传感器

2.3.1应变片式电阻传感器的结构和原理

2.3.2应变片式电阻传感器的测量电路

2.3.3应变片式电阻传感器的应用案例

2.4压电式传感器

2.4.1压电式传感器的基本原理

2.4.2压电元件的连接方式

2.4.3压电式传感器的测量转换电路

2.4.4压电式传感器的应用案例

2.5传感检测实验案例

2.5.1应变片测量实验

2.5.2压电式传感器实验

本章小结

思考题与习题

第3章几何量传感器及其应用

3.1电阻式传感器

3.1.1线性电位器

3.1.2非线绕电位器式电阻传感器

3.1.3电位器式传感器的应用案例

3.2电容式传感器

3.2.1电容式传感器的工作原理

3.2.2电容式传感器的测量电路

3.2.3电容式传感器的特点

3.2.4电容式传感器的应用案例

3.3电感式传感器

3.3.1自感式电感传感器

3.3.2差动式电感传感器

3.3.3螺管形差动变压器式传感器

3.3.4电感式传感器的应用案例

3.4传感检测实验案例

3.4.1电容式传感器的位移特性实验

3.4.2电感式传感器测试实验

本章小结

思考题与习题

第4章温度传感器及其应用

4.1热电偶温度传感器

4.1.1热电效应和中间导体定律

4.1.2热电偶的分类和结构

4.1.3分度表

4.1.4温度补偿

4.1.5应用范例

4.2热电阻温度传感器

4.2.1铂热电阻

4.2.2铜热电阻

4.2.3热电阻结构

4.2.4热电阻测量电路

4.3热敏电阻温度传感器

4.4集成温度传感器

4.4.1电压型集成温度传感器

4.4.2电流型集成温度传感器

4.4.3数字式集成温度传感器

4.5温度检测系统设计案例

4.5.1MAX6675简介

4.5.2MAX6675与单片机接口

本章小结

思考题与习题

第5章磁学量传感器及其应用

5.1霍尔传感器及其应用

5.1.1霍尔效应

5.1.2霍尔器件

5.1.3霍尔器件基本特性

5.1.4霍尔元件测量电路、测量误差及补偿方法

5.1.5霍尔传感器的应用案例

5.2磁敏二极管

5.2.1磁敏二极管工作原理

5.2.2磁敏二极管特性

5.2.3磁敏二极管应用案例

5.3磁敏三极管

5.3.1磁敏三极管结构与原理

5.3.2磁敏三极管特性

5.3.3磁敏三极管应用案例

5.4霍尔传感器位移检测实验案例

本章小结

思考题与习题

第6章光电传感器及其应用

6.1光电传感器基础知识

6.1.1外光电效应

6.1.2光电导效应

6.1.3光生伏特效应

6.2基于外光电效应的光敏元件

6.2.1光电管

6.2.2光电倍增管

6.2.3应用案例

6.3基于光电导效应的光敏元件

6.3.1光敏电阻

6.3.2应用案例

6.4基于光生伏特效应的光敏元件

6.4.1光敏二极管

6.4.2光敏三极管

6.4.3光敏晶闸管

6.4.4光电池

6.4.5应用案例

6.5光电传感器的应用方法小结

6.6传感检测系统设计案例

6.6.1系统概述

6.6.2硬件设计

6.6.3软件设计

本章小结

思考题与习题

第7章数字传感器及其应用

7.1光栅传感器

7.1.1光栅传感器的结构和分类

7.1.2莫尔条纹

7.1.3辨向与细分

7.1.4光栅传感器的安装使用

7.2旋转编码器

7.2.1绝对式光电编码器

7.2.2增量式编码器

7.3传感检测应用案例

7.3.1编码器选型

7.3.2PLC

7.3.3系统硬件安装

7.3.4系统设置和软件设计

本章小结

思考题与习题

第8章气体及生物传感器

8.1气体传感器及其应用

8.1.1气体传感器的分类

8.1.2半导体气体传感器

8.1.3气体传感器的应用案例

8.2生物传感器及其应用

8.2.1生物传感器定义、工作原理和分类

8.2.2生物传感器的应用

8.2.3生物传感器的发展趋势

8.3传感检测系统设计案例

8.3.1硬件系统设计

8.3.2软件系统设计

本章小结

思考题与习题

第9章智能传感器及其应用

9.1智能传感器概述

9.1.1智能传感器的概念

9.1.2智能传感器的基本结构

9.1.3智能传感器的功能

9.1.4智能传感器的特点

9.2智能传感器的实现

9.2.1智能传感器的实现方式

9.2.2智能传感器的总线标准

9.3典型智能传感器

9.3.1IEEE1451网络化智能传感器

9.3.2模糊传感器

9.3.3多传感器数据融合系统

9.4智能传感器实例

9.4.1ST3000智能压力、差压变送器

9.4.2气象参数测试仪

9.4.3汽车制动性能检测仪

9.4.4轮速智能传感器

9.4.5机动车运行安全监测系统

9.5传感检测系统设计案例

9.5.1智能家用水流量系统

9.5.2硬件设计

9.5.3软件设计

本章小结

思考题与习题

第10章传感器选用与标定

10.1传感器的选用原则

10.1.1根据传感器的特性选择传感器

10.1.2根据用途选择传感器

10.2传感器的标定

10.3检测应用案例

10.3.1传感器的选用案例

10.3.2传感器的标定案例

本章小结

思考题与习题

第11章抗干扰技术及微机接口技术

11.1传感器抗干扰技术

11.1.1干扰的概念及分类

11.1.2信噪比和噪声系数

11.1.3接地技术

11.1.4屏蔽技术

11.1.5隔离技术

11.1.6滤波技术

11.2传感器与微机接口技术

11.2.1传感信号预处理

11.2.2数据采集

11.2.3ADC接口技术

11.3传感器的抗干扰及微机接口综合实例

11.3.1称重传感器系统

11.3.2系统接地方法

11.3.3基准地浮空

11.3.4数字滤波

11.3.5微处理器

11.3.6ADC电路

本章小结

思考题与习题

第12章现代检测系统

12.1现代检测系统的组成

12.2现代检测系统的分类

12.3现代检测技术发展趋势

12.4综合案例

12.4.1DCRMS项目需求

12.4.2DCRMS整体架构设计与实验配置

本章小结

思考题与习题

参考文献