傳感器與自動檢測技術

前言
第 1 章 傳感器與檢測技術基礎 1
1. 1 檢測技術概論 1
1. 1. 1 檢測技術 1
1. 1. 2 傳感器與檢測技術的作用與地位 1
1. 2 傳感器的定義及其分類 2
1. 2. 1 傳感器的定義與組成 2
1. 2. 2 傳感器的分類 2
1. 3 傳感器的基本特性 3
1. 3. 1 傳感器的靜態(tài)特性 3
1. 3. 2 傳感器的動態(tài)特性 6
1. 4 傳感器技術的發(fā)展 9
思考題與習題 10
第 2 章 測量誤差與數(shù)據(jù)處理 11
2. 1 測量誤差的基本概念 11
2. 1. 1 量值 11
2. 1. 2 誤差的表達方法 11
2. 2 誤差的分類及其來源 13
2. 2. 1 系統(tǒng)誤差 13
2. 2. 2 隨機誤差 13
2. 2. 3 粗大誤差 13
2. 3 測量誤差的處理 14
2. 3. 1 隨機誤差的處理 14
2. 3. 2 系統(tǒng)誤差的處理 16
2. 3. 3 粗大誤差的處理 17
思考題與習題 18
第 3 章 溫度傳感器 19
3. 1 熱電偶 19
3. 1. 1 熱電偶傳感器測溫原理 19
3. 1. 2 熱電偶的基本定律 22
3. 1. 3 熱電偶的結構與種類 23
3. 1. 4 熱電偶的冷端溫度補償 25
3. 1. 5 熱電偶的實用測溫電路 26
3. 2 熱電阻 27
3. 2. 1 鉑熱電阻 27
3. 2. 2 銅熱電阻 28
3. 2. 3 熱電阻的測量電路 28
3. 3 熱敏電阻 29
3. 3. 1 熱敏電阻的結構與特點 29
3. 3. 2 熱敏電阻的類型及其溫度特性 30
3. 4 輻射式溫度傳感器 30
3. 4. 1 輻射測溫的物理基礎 30
3. 4. 2 輻射式測溫方法 31
3. 5 集成溫度傳感器 32
3. 5. 1 集成溫度傳感器的工作原理及
分類 32
3. 5. 2 電壓型集成溫度傳感器
μPC616A / C 32
3. 5. 3 電流型集成溫度傳感器 AD590 33
3. 5. 4 數(shù)字型溫度傳感器 DS18B20 34
3. 6 溫度傳感器的應用 34
3. 6. 1 NTC 熱敏電阻溫度控制 34
3. 6. 2 PTC 熱敏電阻自動延時電路 34
3. 6. 3 管道流量測量 35
3. 6. 4 集成溫度傳感器溫差測量 35
思考題與習題 35
第 4 章 力學量傳感器 37
4. 1 應變式壓力傳感器 37
4. 1. 1 電阻應變效應 37
4. 1. 2 電阻應變片的種類和結構 38
4. 1. 3 電阻應變式傳感器的測量電路 39
4. 1. 4 電阻應變片溫度誤差及其補償 42
4. 2 壓電式傳感器 44
4. 2. 1 壓電效應 44
4. 2. 2 壓電材料 46Ⅵ
4. 2. 3 測量電路 47
4. 3 電容式傳感器 51
4. 3. 1 電容式傳感器的工作原理 51
4. 3. 2 電容式傳感器的測量電路 55
4. 3. 3 電容式壓力傳感器 57
4. 4 電感式壓力傳感器 57
4. 4. 1 自感式壓力傳感器 58
4. 4. 2 互感式壓力傳感器 62
4. 5 力學量傳感器的應用 64
4. 5. 1 電阻式傳感器測量力、 重量和
加速度 64
4. 5. 2 壓電式傳感器測量力和加速度 68
4. 5. 3 電容式傳感器測量位移、 加速度、
厚度和液位 68
4. 5. 4 電感式傳感器測量壓力和加
速度 70
思考題與習題 72
第 5 章 聲波傳感器 74
5. 1 聲波概述 74
5. 1. 1 聲波 74
5. 1. 2 聲波的物理特性 74
5. 2 微波傳感器 76
5. 2. 1 微波傳感器的工作原理 77
5. 2. 2 微波傳感器的組成 77
5. 2. 3 微波傳感器的特點 78
5. 3 超聲波傳感器 78
5. 3. 1 超聲波及其特性 78
5. 3. 2 超聲波傳感器的分類 78
5. 4 次聲波傳感器 80
5. 4. 1 次聲波及其特性 80
5. 4. 2 次聲波傳感器的分類 80
5. 5 聲波傳感器的應用 81
5. 5. 1 微波液位和濕度檢測 81
5. 5. 2 超聲波物位、 流量測量和無損
探傷 82
5. 5. 3 次聲波管道泄漏定位和災害
預測 85
思考題與習題 86
第 6 章 磁敏傳感器 87
6. 1 磁電感應式傳感器 87
6. 1. 1 磁電感應式傳感器的工作原理 87
6. 1. 2 磁電感應式傳感器的測量電路 89
6. 2 電渦流傳感器 89
6. 2. 1 電渦流傳感器的工作原理 89
6. 2. 2 電渦流傳感器的測量電路 91
6. 3 霍爾式傳感器 92
6. 3. 1 霍爾效應 92
6. 3. 2 霍爾元件 93
6. 3. 3 霍爾元件的誤差及其補償 94
6. 3. 4 霍爾式傳感器的基本測量電路 96
6. 4 半導體磁阻傳感器 96
6. 4. 1 磁阻效應 96
6. 4. 2 磁敏電阻元件 97
6. 4. 3 磁敏電阻的溫度補償 97
6. 5 結型磁敏器件 98
6. 5. 1 磁敏二極管 98
6. 5. 2 磁敏晶體管 99
6. 6 磁敏傳感器的應用 101
6. 6. 1 磁電感應式振動速度傳感器和
電磁流量計 101
6. 6. 2 電渦流傳感器振幅、 轉(zhuǎn)速測量和
無損探傷 101
6. 6. 3 霍爾式傳感器位移、 轉(zhuǎn)速和功率
測量 102
6. 6. 4 交流電流監(jiān)視器 104
6. 6. 5 磁電式無觸點開關 104
思考題與習題 105
第 7 章 光電式傳感器 106
7. 1 光電式傳感器的類型和基本形式 106
7. 1. 1 光電式傳感器的類型 106
7. 1. 2 光電式傳感器的基本形式 107
7. 2 光電效應與光電器件 107
7. 2. 1 外光電效應及其典型器件 108
7. 2. 2 內(nèi)光電效應及其典型器件 111
7. 2. 3 光生伏特效應及其典型器件 114
7. 3 光纖傳感器 120
7. 3. 1 光纖的傳光原理及主要特性 121
7. 3. 2 光纖傳感器的組成和分類 122
7. 4 計量光柵傳感器 123
7. 4. 1 光柵的結構和分類 123
7. 4. 2 光柵傳感器的工作原理 124
7. 4. 3 辨向與細分技術 127
7. 5 光電編碼器 128
7. 5. 1 工作原理 128
7. 5. 2 光電碼盤 129
7. 6 紅外傳感器 131Ⅶ
7. 6. 1 紅外輻射基本性質(zhì) 131
7. 6. 2 熱探測器 132
7. 6. 3 光子探測器 133
7. 7 CCD 圖像傳感器 133
7. 7. 1 CCD 的基本結構和工作
原理 134
7. 7. 2 CCD 的特性參數(shù) 136
7. 7. 3 CCD 圖像傳感器的分類 137
7. 8 光電式傳感器的應用 139
7. 8. 1 精密核輻射探測器 139
7. 8. 2 光電式火災探測報警器 140
7. 8. 3 路燈自動控制器和樓道雙光控
延時開關 141
7. 8. 4 光電式數(shù)字轉(zhuǎn)速計 141
7. 8. 5 光纖溫度、 圖像和流量傳感器 142
思考題與習題 144
第 8 章 氣敏與濕敏傳感器 146
8. 1 氣敏傳感器 146
8. 1. 1 氣敏傳感器概述 146
8. 1. 2 半導體電阻式氣敏傳感器 147
8. 1. 3 接觸燃燒式氣敏傳感器 149
8. 1. 4 紅外吸收式氣敏傳感器 151
8. 1. 5 熱導式氣敏傳感器 153
8. 1. 6 熱磁式氣體分析傳感器 154
8. 2 濕敏傳感器 155
8. 2. 1 濕敏傳感器概述 155
8. 2. 2 電阻式濕敏傳感器 156
8. 2. 3 電容式濕敏傳感器 160
8. 2. 4 集成電容式濕敏傳感器
IH3605 161
8. 3 氣敏與濕敏傳感器的應用 163
8. 3. 1 簡易家用氣體報警電路 163
8. 3. 2 便攜式礦井瓦斯超限報警器 163
8. 3. 3 有害氣體鑒別、 報警與控制
電路 163
8. 3. 4 酒精檢測報警器 164
8. 3. 5 汽車后風窗玻璃自動去濕裝置 165
8. 3. 6 房間濕度控制器 165
8. 3. 7 鏡面水汽清除器 166
8. 3. 8 土壤缺水告知器 166
8. 3. 9 電容式谷物水分測量儀 167
8. 3. 10 重油含水量測量 168
思考題與習題 170
第 9 章 虛擬儀器 171
9. 1 虛擬儀器概述 171
9. 1. 1 虛擬儀器的組成 171
9. 1. 2 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較 171
9. 1. 3 虛擬儀器的優(yōu)點 173
9. 2 LabVIEW 虛擬儀器開發(fā)環(huán)境 173
9. 2. 1 LabVIEW 程序的基本構成 173
9. 2. 2 LabVIEW 程序的特點 174
9. 3 虛擬儀器在工程中的應用 176
9. 4 虛擬儀器數(shù)據(jù)采集 177
9. 4. 1 數(shù)據(jù)采集 (DAQ) 系統(tǒng)組成 177
9. 4. 2 數(shù)據(jù)采集 (DAQ) 設備 177
9. 4. 3 DAQ 系統(tǒng)中的計算機 178
9. 4. 4 DAQ 系統(tǒng)中的軟件組件 178
9. 4. 5 使用 LabVIEW 連接測量硬件 178
9. 5 超越 PC 的虛擬儀器系統(tǒng) 183
思考題與習題 183
第 10 章 無線傳感器網(wǎng)絡與物聯(lián)網(wǎng) 185
10. 1 無線傳感器網(wǎng)絡 185
10. 1. 1 無線傳感器網(wǎng)絡概念 185
10. 1. 2 無線傳感器網(wǎng)絡工作原理 185
10. 1. 3 無線傳感器節(jié)點構成 186
10. 2 物聯(lián)網(wǎng) 187
10. 2. 1 物聯(lián)網(wǎng)的定義 187
10. 2. 2 物聯(lián)網(wǎng)的技術架構 187
10. 2. 3 物聯(lián)網(wǎng)的特點 188
10. 3 物聯(lián)網(wǎng)的無線通信技術 189
10. 3. 1 近距離無線通信 189
10. 3. 2 遠距離移動無線通信 190
10. 4 物聯(lián)網(wǎng)的應用 191
10. 4. 1 智能交通物聯(lián)網(wǎng) 191
10. 4. 2 智能家居物聯(lián)網(wǎng) 193
10. 4. 3 智能農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng) 195
10. 4. 4 智能醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng) 195
思考題與習題 197
第 11 章 自動檢測系統(tǒng) 198
11. 1 自動檢測系統(tǒng)的結構組成 198
11. 1. 1 自動檢測系統(tǒng)的基本結構 198
11. 1. 2 自動檢測系統(tǒng)的組成 199
11. 1. 3 自動檢測系統(tǒng)的軟件 202
11. 2 自動檢測系統(tǒng)的基本設計方法 204
11. 2. 1 系統(tǒng)需求分析 204Ⅷ
11. 2. 2 系統(tǒng)總體設計 204
11. 2. 3 采樣頻率的確定 205
11. 2. 4 標度變換 205
11. 2. 5 硬件設計 206
11. 2. 6 軟件設計 208
11. 2. 7 系統(tǒng)集成與維護 209
11. 3 自動檢測系統(tǒng)的設計案例 209
11. 3. 1 智能人體電子秤 209
11. 3. 2 基于虛擬儀器直流電動機性能的
綜合測試系統(tǒng) 211
11. 3. 3 基于 ZigBee 建筑塔吊安全監(jiān)測
預警系統(tǒng) 216
11. 3. 4 基于 WSN 和 COMWAY 協(xié)議溫室
大棚參數(shù)遠程監(jiān)控系統(tǒng) 221
11. 3. 5 基于 GPRS 和 OneNet 水質(zhì)遠程
監(jiān)測預警系統(tǒng) 227
思考題與習題 241
參考文獻 242