本書旨在全面介紹智能檢測技術的基本原理及典型應用。全書共分13章，第1章主要介紹檢測技術的基本知識與智能檢測系統(tǒng)的基本組成；第2～8章分別介紹了各種常用傳感器的基本原理與應用，主要包括熱敏傳感器、電阻式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、壓電式傳感器、光電與光纖傳感器、集成數(shù)字化傳感器；第9章介紹模擬及數(shù)字儀表的基本原理及基本構成；第10章介紹多傳感器信息融合技術；第11章介紹智能儀器與虛擬儀器技術；第12章介紹智能檢測技術領域的新技術；第13章介紹典型前向神經(jīng)網(wǎng)絡在檢測技術中的應用。書后還附有一些主要章節(jié)的思考和練習題。全書以應用為核心，體現(xiàn)了理論教學與實踐教學并重的宗旨。
本書圖文并茂，突出了與工程應用技術相關的主要內容，并含有大量的應用實例，可作為高等學校電子信息類及儀器儀表類專業(yè)的教材或參考用書，也可供有關專業(yè)技術人員參考。
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目錄
第二版前言
第一版前言
第1章 檢測技術基礎 1
1.1 基礎知識 1
1.1.1 概述 1
1.1.2 檢測儀表(傳感器)的品質指標 3
1.1.3 量值傳遞與儀表的校準 8
1.2 測量誤差與數(shù)據(jù)處理基礎 10
1.2.1 測量誤差及其分類 10
1.2.2 系統(tǒng)誤差的消除方法 14
1.2.3 隨機誤差及其估算 16
1.2.4 測量誤差的合成及最小二乘法的應用 21
1.2.5 測量結果的數(shù)據(jù)處理 28
1.3 智能檢測系統(tǒng) 35
1.3.1 智能檢測系統(tǒng)中的傳感器 35
1.3.2 數(shù)據(jù)采集 40
1.3.3 輸入輸出通道處理電路 45
1.3.4 智能檢測系統(tǒng)中的軟件 48
第2章 熱敏元件、溫度傳感器及應用 49
2.1 熱電偶 49
2.1.1 熱電效應 49
2.1.2 熱電偶的基本法則 52
2.1.3 熱電偶冷端溫度及其補償 54
2.2 熱電阻 59
2.2.1 鉑電阻 60
2.2.2 銅熱電阻 60
2.2.3 其他熱電阻 60
2.3 熱敏電阻 61
2.3.1 NTC熱敏電阻的溫度特性 61
2.3.2 NTC熱敏電阻的溫度系數(shù) 62
2.3.3 NTC熱敏電阻的伏安特性 62
2.3.4 NTC熱敏電阻的安時特性 63
第3章 應變式電阻傳感器及應用 64
3.1 應變式電阻傳感器的工作原理 64
3.2 測量電路 67
3.2.1 直流電橋 67
3.2.2 交流電橋 73
3.3 應變式傳感器的溫度特性 75
3.3.1 使應變片產(chǎn)生熱輸出的因素 75
3.3.2 電阻應變片的溫度補償方法 76
3.4 應變式電阻傳感器的應用 78
3.4.1 幾種常見的彈性元件的應變值ε與外作用力F之間的關系 78
3.4.2 應變式電阻傳感器的應用 80
第4章 電感式傳感器及應用 82
4.1 變磁阻式傳感器 82
4.1.1 工作原理 82
4.1.2 輸出特性 83
4.1.3 測量電路 85
4.1.4 變磁阻式傳感器的應用 87
4.2 差動變壓器式傳感器 88
4.2.1 工作原理 88
4.2.2 基本特性 90
4.2.3 差動變壓器式傳感器測量電路 90
4.2.4 差動變壓式傳感器的應用 94
4.3 電渦流式傳感器 94
4.3.1 工作原理 95
4.3.2 基本特性 95
4.3.3 電渦流形成范圍 96
4.3.4 電渦流式傳感器的應用 98
第5章 電容式傳感器及應用 101
5.1 電容式傳感器的工作原理和結構 101
5.1.1 變極距型電容式傳感器 101
5.1.2 變面積型電容式傳感器 103
5.1.3 變介質型電容式傳感器 103
5.2 電容式傳感器的靈敏度和非線性 104
5.3 電容式傳感器的信號調節(jié)電路 106
5.3.1 運算放大器式電路 106
5.3.2 電橋電路 107
5.3.3 脈沖寬度調制電路 108
5.3.4 調頻測量電路 110
5.4 電容器式傳感器的應用 111
5.4.1 電容式位移傳感器 111
5.4.2 電容式荷重傳感器 112
5.4.3 電容式壓力傳感器 112
第6章 壓電傳感器及應用 114
6.1 壓電效應 114
6.1.1 壓電材料的主要特性參數(shù) 114
6.1.2 壓電晶體的壓電效應 115
6.1.3 壓電陶瓷的壓電效應 117
6.2 壓電方程 118
6.2.1 電場為零 118
6.2.2 應力為零 119
6.3 電荷放大器 119
6.3.1 電荷放大器的輸出電壓 119
6.3.2 實際電荷放大器的運算誤差 121
6.3.3 電荷放大器的下限截止頻率 122
6.3.4 電荷放大器的噪聲及漂移特性 123
6.4 壓電傳感器的應用 124
6.4.1 壓電水下聲學接收換能器——水聽器 124
6.4.2 壓電式加速度傳感器 128
6.4.3 壓電式壓力傳感器 131
第7章 光電與光纖傳感器及應用 132
7.1 光電效應 132
7.1.1 外光電效應 132
7.1.2 內光電效應 132
7.2 光敏電阻 133
7.2.1 光敏電阻的原理和結構 133
7.2.2 光敏電阻的主要參數(shù)和基本特性 134
7.2.3 光敏電阻與負載的匹配 136
7.3 光電池 138
7.3.1 光電池的結構原理 138
7.3.2 基本特性 139
7.3.3 光電池的轉換效率及最佳負載匹配 141
7.4 光敏二極管和光敏三極管 142
7.4.1 光敏管的結構和工作原理 142
7.4.2 光敏管的基本特性 143
7.4.3 光敏晶體管電路的分析方法 146
7.5 光電傳感器的類型及應用 147
7.5.1 光電傳感器的類型 147
7.5.2 應用 148
7.6 光纖傳感器 152
7.6.1 光導纖維導光的基本原理 153
7.6.2 光纖傳感器及其應用 156
第8章 集成化與數(shù)字化傳感器及應用 161
8.1 集成傳感器 161
8.1.1 概述 161
8.1.2 集成壓阻式傳感器 162
8.1.3 集成霍爾式傳感器 166
8.2 數(shù)字傳感器 183
8.2.1 概述 183
8.2.2 振弦式傳感器 183
8.2.3 壓電式諧振傳感器 187
8.2.4 光柵傳感器及應用 189
第9章 模擬及數(shù)字式儀表 197
9.1 模擬式顯示儀表 197
9.1.1 動圈式顯示儀表 197
9.1.2 自動平衡電位差計 207
9.1.3 自動平衡電橋 213
9.2 數(shù)字式顯示儀表 218
9.2.1 概述 218
9.2.2 數(shù)字式顯示儀表的構成及工作原理 219
9.2.3 數(shù)字顯示儀表舉例——熱電偶數(shù)字溫度表 235
第10章 多傳感器信息融合 241
10.1 概述 241
10.1.1 多傳感器信息融合技術的產(chǎn)生與發(fā)展 241
10.1.2 多傳感器信息融合的必要性 242
10.1.3 多傳感器信息融合的定義 242
10.2 多傳感器信息融合的層次與結構模型 242
10.2.1 信息的融合的層次模型 243
10.2.2 信息融合的結構模型 245
10.3 多傳感器信息融合算法 247
10.3.1 算法分類 247
10.3.2 貝葉斯推理算法 249
10.3.3 DGS證據(jù)推理算法 250
10.3.4 神經(jīng)網(wǎng)絡融合算法 252
10.4 多傳感器信息融合的應用 255
第11章 智能儀器與虛擬儀器 258
11.1 智能儀器概述 258
11.1.1 智能儀器的工作原理 258
11.1.2 智能儀器的特點 259
11.1.3 智能儀器的基本結構 261
11.1.4 智能儀器的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 262
11.2 智能儀器的數(shù)據(jù)采集與處理 264
11.3 智能儀器的人機接口 267
11.4 虛擬儀器概述 268
11.5 虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集 270
11.5.1 被測信號的實時采集 270
11.5.2 數(shù)據(jù)采集卡的性能指標 271
11.5.3 數(shù)據(jù)采集卡功能及應用 273
11.6 典型控制算法在虛擬儀器中的實現(xiàn) 273
11.6.1 數(shù)字PID控制算法原理 273
11.6.2 基于位置式PID控制算法的轉盤轉速控制系統(tǒng) 275
第12章 智能檢測新技術 279
12.1 智能傳感器與網(wǎng)絡智能傳感器 279
12.1.1 概述 279
12.1.2 智能傳感器網(wǎng)絡化的實現(xiàn) 282
12.1.3 網(wǎng)絡化智能傳感器技術標準IEEE1451 288
12.2 軟測量技術簡介 294
12.2.1 概述 294
12.2.2 軟測量技術的構成要素 295
12.2.3 軟測量技術的實現(xiàn)與應用 298
12.3 基于混沌理論的微弱信號檢測技術簡介 298
第13章 典型前向神經(jīng)網(wǎng)絡及其應用 303
13.1 生物神經(jīng)網(wǎng)絡 303
13.2 人工神經(jīng)元 304
13.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡 307
13.4 感知器網(wǎng)絡 310
13.4.1 感知器的網(wǎng)絡結構及其功能 311
13.4.2 感知器權值的學習規(guī)則與訓練 312
13.5 自適應線性元件 317
13.5.1 自適應線性神經(jīng)元模型和結構 317
13.5.2 WGH學習規(guī)則及其網(wǎng)絡的訓練 318
13.6 BP網(wǎng)絡 319
13.6.1 BP網(wǎng)絡模型與結構 319
13.6.2 BP算法 321
13.6.3 BP網(wǎng)絡的設計 323
13.6.4 BP網(wǎng)絡的限制與不足 325
13.7 人工神經(jīng)網(wǎng)絡的應用舉例 325
思考與練習題 330
參考文獻 361
第1章 檢測技術基礎
1.1 基礎知識
`1.1.1 概述
1. 工業(yè)過程檢測 工業(yè)過程檢測是指在生產(chǎn)過程中，為及時掌握生產(chǎn)情況和監(jiān)視、控制生產(chǎn)過程，而對其中一些變量進行的定性檢查和定量測量。
檢測的目的是獲取各過程變量值的信息。根據(jù)檢測結果可對影響過程狀況的變量進行自動調節(jié)或操縱，以達到提高質量、降低成本、節(jié)約能源、減少污染和安全 生產(chǎn)等目的。
檢測技術涉及的內容非常廣泛，包括被檢測信息的獲取、轉換、顯示及測量數(shù)據(jù)的處理等技術。隨著科學技術的不斷進步，特別是隨著微電子技術、計算機技術等高新科技的發(fā)展及新材料、新工藝的不斷涌現(xiàn)，檢測技術也在不斷發(fā)展，并且已 經(jīng)成為一門實用性和綜合性很強的新興學科。
檢測技術及儀表作為人類認識客觀世界的重要手段和工具，應用領域十分廣泛，工業(yè)過程是其最重要的應用領域之一。工業(yè)過程檢測具有如下特點：
（1）被測對象形態(tài)多樣。有氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)介質及其混合體，也有的被測對象具有特殊性質（如強腐蝕、強輻射、高溫、高壓、深冷、真空、高黏度、高速運動等）。
（2）被測參數(shù)性質多樣。有溫度、壓力、流量、液位等熱工量，也有各種機械量、電工量、化學量、生物量，還有某些工業(yè)過程要求檢測的特殊參數(shù)（如紙漿的打 漿度）等。
（3）被測變量的變化范圍寬。如被測溫度可以是1000℃以上的高溫，也可以 是0℃以下的低溫甚至超低溫。
（4）檢測方式多種多樣。既有斷續(xù)測量，又有連續(xù)測量；既有單參數(shù)檢測，又有多參數(shù)同時檢測；還有每隔一段時間對不同參數(shù)的巡回檢測，等等。
（5）檢測環(huán)境比較惡劣。在工業(yè)過程中，存在著許多不利于檢測的影響因素，如電源電壓波動，溫度、壓力變化，以及在工作現(xiàn)場存在水汽、煙霧、粉塵、輻射、振 動等。
為適應工業(yè)過程檢測的上述特點，要求檢測儀表不但具有良好的靜態(tài)特性和動態(tài)特性，而且要針對不同的被測對象和測量要求采用不同的測量原理和測量手段。因此，檢測儀表的種類繁多，而且為了適應工業(yè)過程對檢測技術提出的新要 求，還將有各式各樣的新型儀表不斷涌現(xiàn)。
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