本書共由13章組成。具體內(nèi)容包括傳感器的基本概念、基本結(jié)構(gòu)與功能,電阻式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、壓電式傳感器、磁敏式傳感器、光電式傳感器、熱電式傳感器、成像與圖像傳感器、生物與化學(xué)傳感器、輻射與波式傳感器等傳統(tǒng)傳感器,微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、集成傳感器、智能傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器等新型傳感器以及傳感信號處理技術(shù)的基本知識。
本書可作為普通高校自動化、機(jī)器人、測控技術(shù)與儀器、電子與通信、電氣工程及其自動化、化工、熱工等專業(yè)的教材,也可供從事相關(guān)專業(yè)的技術(shù)人員、維護(hù)維修人員和管理人員參考。
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傳感器及其應(yīng)用技術(shù)發(fā)展至今,已經(jīng)廣泛地滲透到各行各業(yè),除了在工業(yè)領(lǐng)域占據(jù)著重要地位外,還在科學(xué)研究、教育教學(xué)、數(shù)據(jù)融合與挖掘、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防建設(shè)、航空航天、生物醫(yī)藥、環(huán)境治理、能源開發(fā)、地球氣象、建筑、交通、災(zāi)害評估等諸多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
傳感器是能夠感知被測對象,依照物理、化學(xué)、影像等原理、規(guī)則,轉(zhuǎn)換成可用數(shù)據(jù)的元件、部件、模塊、IC或變送器的統(tǒng)稱。傳感器是實(shí)現(xiàn)自動控制的必要條件和前置設(shè)備,是構(gòu)成自動控制系統(tǒng)不可缺少的硬件單元,更是決定自動化水平的關(guān)鍵之一。
本書作者數(shù)十年來始終從事檢測與控制領(lǐng)域的科研、教學(xué)工作和工程項(xiàng)目,在傳感器及其應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域積累了大量資料、經(jīng)驗(yàn)和工程能力。針對可撰寫內(nèi)容十分豐富的傳感器,本書主要側(cè)重傳感器原理及應(yīng)用技術(shù),總結(jié)和概括了各類傳感器,包括電阻式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、壓電式傳感器、磁敏式傳感器、光電式傳感器、熱電式傳感器、成像與圖像傳感器、生物與化學(xué)傳感器、輻射與波式傳感器等傳統(tǒng)傳感器,微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、集成傳感器、智能傳感器、網(wǎng)絡(luò)傳感器等新型傳感器,以及傳感信號處理的基本知識。內(nèi)容涉及物理、化學(xué)、影像和電、光、磁、機(jī)械、集成電路、通信、智能體(傳感器)和信號處理基本算法等領(lǐng)域。并列舉了實(shí)際應(yīng)用。
本書分為13章:
第1章:緒論。介紹了傳感器的基本知識和結(jié)構(gòu),傳感器的發(fā)展、現(xiàn)狀、分類及其發(fā)展趨勢,以及傳感器性能指標(biāo)、誤差處理。
第2章:電阻式傳感器。全面介紹了輸出信號為電阻的三類傳感器(熱電阻式傳感器、電位器式傳感器和應(yīng)變式傳感器)的基本概念、原理、電路、誤差分析及其應(yīng)用。
第3章:電感式傳感器。全面介紹了輸出信號為電感的三類傳感器(自感式傳感器、互感式傳感器和電渦流式傳感器)的基本概念、原理、電路、誤差分析及其應(yīng)用。
第4章:電容式傳感器。全面介紹了輸出信號為電容的三類傳感器(變極距式傳感器、變面積式傳感器和變介電常數(shù)傳感器)的基本概念、原理、電路、誤差分析及其應(yīng)用。
第5章:壓電式傳感器。全面介紹了基于壓電效應(yīng)的傳感器(壓電傳感器和超聲波傳感器)的基本概念、原理、電路、誤差分析及其應(yīng)用。
第6章:磁敏式傳感器。全面介紹了關(guān)于磁場和磁敏系列的敏感元件和傳感器(磁敏電阻、磁電傳感器、霍爾傳感器、磁敏二極管和磁敏晶體管)的基本概念、原理、電路、誤差分析及其應(yīng)用。
第7章:光電式傳感器。全面介紹了關(guān)于光學(xué)和基于光電效應(yīng)的敏感元件和傳感器(光敏電阻、光電管、光電二極管、光電晶體管、光電池、光電碼盤、光柵傳感器和光纖傳感器)的基本概念、原理、電路、誤差分析及其應(yīng)用。
第8章:熱電式傳感器。全面介紹了關(guān)于溫度和輸出為電勢類信號的傳感器(熱電勢式傳感器、紅外傳感器和非接觸式溫度計)的基本概念、原理、電路、誤差分析及其應(yīng)用。
第9章:成像與圖像傳感器。全面介紹了關(guān)于成像技術(shù)和CCD成像傳感器的基本概念、原理、電路、誤差分析及其應(yīng)用。
第10章:生物、化學(xué)傳感器。全面介紹了生物 化學(xué) 醫(yī)學(xué)的三類傳感器(化學(xué)傳感器、生物傳感器和生物醫(yī)學(xué)傳感器)的基本概念、原理、電路、誤差分析及其應(yīng)用。
第11章:輻射與波式傳感器。全面介紹了關(guān)于電磁波譜和射線的傳感器(核輻射式傳感器、紫外傳感器和微波型傳感器、激光傳感器和雷達(dá)探測技術(shù))的基本概念、原理、電路、誤差分析及其應(yīng)用。
第12章:新型傳感器。介紹了緊跟科學(xué)技術(shù)的四類傳感器(MEMS傳感器、集成傳感器、智能傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器)的基本概念、原理、電路、誤差分析及其應(yīng)用。
第13章:傳感信號處理技術(shù)。介紹了關(guān)于傳感器信號處理的相關(guān)技術(shù)和方法,包括基本抗干擾方法、基本算法處理、軟測量技術(shù)、虛擬儀器與虛擬傳感器、多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)、大數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)挖掘。
附錄中附上了金屬鉑熱電阻、金屬銅熱電阻和鉑銠10-鉑(S)的分度表。
本書注重對傳感器原理的介紹,省略了傳感器檢測原理方面的詳細(xì)演算過程以及傳感器內(nèi)部制作、安裝、維護(hù)、保養(yǎng)等內(nèi)容;增加了新型傳感器等的介紹。應(yīng)用技術(shù)的介紹盡可能涉及溫度、壓力、流量、物位、成分分析、生物醫(yī)學(xué)、機(jī)器人等領(lǐng)域的應(yīng)用。許多傳感器書籍中檢測技術(shù)涉及的傳感器裝置、儀器儀表的結(jié)構(gòu)、選擇、注意事項(xiàng)等內(nèi)容全部省略,讀者(尤其是本科生和研究生)在實(shí)際工程應(yīng)用時可參閱相關(guān)書籍、文獻(xiàn)和對應(yīng)產(chǎn)品手冊,預(yù)先做好相應(yīng)準(zhǔn)備工作。更深一步者可參閱現(xiàn)代傳感技術(shù)。
下表是本書在教學(xué)課時上的安排建議,供參考。
章32課時2學(xué)分40課時2.5學(xué)分48課時3學(xué)分隨課實(shí)驗(yàn)拓展實(shí)驗(yàn)第1章244第2章455第3章445第4章233第5章233第6章333第7章466第8章3444第9章2244第10章1126第11章1126第12章2236第13章2246
本書由合肥工業(yè)大學(xué)陳榮保撰寫,由上海大學(xué)費(fèi)敏銳教授主審。合肥工業(yè)大學(xué)電氣與自動化工程學(xué)院部分歷屆研究生參與了本書部分素材的搜集工作。
在本書撰寫過程中,采納了費(fèi)敏銳教授的許多寶貴意見和建議,得到了同行、歷屆研究生的熱情支持與幫
前言
第1章緒論
1.1概述
1.2傳感器及應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)知識
1.2.1傳感器基礎(chǔ)知識
1.2.2應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)概念
1.3傳感器系統(tǒng)的硬件構(gòu)成與運(yùn)行要求
1.3.1傳感器系統(tǒng)的硬件構(gòu)成
1.3.2傳感器系統(tǒng)的運(yùn)行要求
1.4傳感器的基本特性
1.4.1傳感器基本性能指標(biāo)
1.4.2靜態(tài)特性
1.4.3動態(tài)特性
1.5誤差分析與處理
1.5.1基本概念
1.5.2系統(tǒng)誤差處理
1.5.3隨機(jī)誤差處理
1.5.4粗大誤差處理
1.5.5漸變誤差處理
1.5.6測量不確定度基本概念和方法
1.5.7標(biāo)準(zhǔn)化工作
1.6傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢
1.6.1傳感器發(fā)展的特征
1.6.2傳感器發(fā)展重點(diǎn)
1.6.3傳感器主要應(yīng)用領(lǐng)域
本章小結(jié)
思考題與習(xí)題
第2章電阻式傳感器
2.1熱電阻式傳感器
2.1.1金屬熱電阻式傳感器
2.1.2半導(dǎo)體熱敏電阻
2.2電位器式傳感器
2.2.1接觸式電位器傳感器
2.2.2非接觸式電位器傳感器
2.2.3非線性電位器傳感器
2.3應(yīng)變式傳感器
2.3.1基本概念
2.3.2金屬應(yīng)變式傳感器
2.3.3半導(dǎo)體應(yīng)變式傳感器
2.3.4應(yīng)變式傳感器應(yīng)用
本章小結(jié)
思考題與習(xí)題
第3章電感式傳感器
3.1自感式傳感器
3.2互感式傳感器
3.3電渦流式傳感器
本章小結(jié)
思考題與習(xí)題
第4章電容式傳感器
4.1基本概念及原理
4.2電容式傳感器類型
4.3電容式傳感器特點(diǎn)與應(yīng)用事項(xiàng)
4.4測量電路
4.5電容式傳感器應(yīng)用
拓展知識:節(jié)流裝置
本章小結(jié)
思考題與習(xí)題
第5章壓電式傳感器
5.1基本概念及壓電效應(yīng)
5.2壓電元件傳感器
5.3超聲波傳感器
本章小結(jié)
思考題與習(xí)題
第6章磁敏式傳感器
6.1磁敏電阻
6.2磁電傳感器
6.3霍爾傳感器
6.4磁敏二極管和磁敏晶體管
本章小結(jié)
思考題與習(xí)題
第7章光電式傳感器
7.1概述
7.2光電效應(yīng)及光電元件
7.2.1內(nèi)光電效應(yīng)與光電元件
7.2.2光生伏特效應(yīng)與光電元件
7.2.3外光電效應(yīng)與光電元件
7.2.4光電元件實(shí)例應(yīng)用
7.3光電碼盤
7.3.1碼盤及光電碼盤結(jié)構(gòu)
7.3.2誤差分析與碼制轉(zhuǎn)換
7.3.3光電碼盤應(yīng)用
7.4光柵傳感器
7.4.1光柵與傳感器結(jié)構(gòu)
7.4.2莫爾條紋
7.4.3莫爾條紋辨向和數(shù)字細(xì)分
7.4.4光柵傳感器應(yīng)用
7.5光纖傳感器
7.5.1光纖及其傳光原理
7.5.2光纖傳感器的組成、特性與分類
7.5.3光纖傳感器特點(diǎn)
7.5.4光纖傳感器應(yīng)用
7.5.5分布式光纖傳感器
7.5.6光纖光柵傳感器
本章小結(jié)
思考題與習(xí)題
第8章熱電式傳感器
8.1熱輻射基本知識
8.1.1輻射概念
8.1.2輻射體分類
8.1.3黑體輻射定律
8.1.4輻射體溫度表示
8.2熱電勢式傳感器
8.2.1熱電偶測溫原理
8.2.2熱電偶基本定律
8.2.3熱電偶種類、結(jié)構(gòu)與安裝
8.2.4熱電偶測量誤差與補(bǔ)償
8.2.5熱電偶應(yīng)用
8.3紅外傳感器
8.3.1紅外輻射與基本特征
8.3.2紅外傳感器組成、分類與性能參數(shù)
8.3.3紅外光子傳感器
8.3.4紅外熱敏傳感器
8.3.5紅外測溫傳感器應(yīng)用
8.4非接觸式溫度計
本章小結(jié)
思考題與習(xí)題
第9章成像與圖像傳感器
9.1概述
9.2圖像參數(shù)與色彩
9.3圖像傳感器與成像技術(shù)
9.3.1CCD成像技術(shù)
9.3.2其他成像技術(shù)
9.4三維圖像傳感器與成像技術(shù)
9.4.1機(jī)器人視覺與雙目立體視覺系統(tǒng)
9.4.2結(jié)構(gòu)光法
9.4.3飛行時間法
9.5圖像傳感器應(yīng)用
本章小結(jié)
思考題與習(xí)題
第10章生物、化學(xué)傳感器
10.1化學(xué)傳感器
10.1.1化學(xué)傳感器定義與特點(diǎn)
10.1.2化學(xué)傳感器原理與分類
10.1.3氣敏傳感器
10.1.4離子敏傳感器
10.1.5濕敏傳感器
10.1.6化學(xué)傳感器應(yīng)用
10.2生物傳感器
10.2.1生物傳感器原理結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)
10.2.2生物傳感器分類
10.2.3生物傳感器應(yīng)用
10.3生物醫(yī)學(xué)傳感器
本章小結(jié)
思考題與習(xí)題
第11章輻射與波式傳感器
11.1核輻射式傳感器
11.1.1核輻射基本概念
11.1.2核輻射傳感器
11.1.3核輻射傳感器應(yīng)用
11.1.4核輻射傳感器應(yīng)用防護(hù)
11.2紫外傳感器
11.2.1紫外線基本概念
11.2.2紫外探測技術(shù)
11.2.3紫外成像技術(shù)
11.2.4紫外傳感器應(yīng)用
11.3其他波譜傳感器
11.3.1微波型傳感器
11.3.2激光傳感器
11.3.3雷達(dá)探測技術(shù)
本章小結(jié)
思考題與習(xí)題
第12章新型傳感器
12.1微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)
12.1.1MEMS基本概念
12.1.2MEMS基本物理效應(yīng)
12.1.3MEMS應(yīng)用
12.1.4MEMS陀螺儀與機(jī)器人運(yùn)動感知
12.2集成傳感器
12.3智能傳感器
12.3.1智能傳感器基本概念
12.3.2智能傳感器特性和特點(diǎn)
12.3.3智能傳感器應(yīng)用
12.4網(wǎng)絡(luò)傳感器
12.4.1網(wǎng)絡(luò)適配標(biāo)準(zhǔn)與平臺
12.4.2網(wǎng)絡(luò)傳感器應(yīng)用
本章小結(jié)
思考題與習(xí)題
第13章傳感信號處理技術(shù)
13.1基本抗干擾方法
13.2基本算法處理
13.3軟測量技術(shù)
13.4虛擬儀器與虛擬傳感器
13.5多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)
13.5.1多傳感器數(shù)據(jù)融合基本原理
13.5.2多傳感器數(shù)據(jù)融合層次
13.5.3融合算法和融合結(jié)構(gòu)
13.6大數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)挖掘
本章小結(jié)
思考題與習(xí)題
附錄
附錄APt100熱電阻分度表(ITS-90)
附錄BCu100熱電阻分度表(ITS-90)
附錄CS型(鉑銠10-鉑)熱電偶分度表(ITS-90)
參考文獻(xiàn)