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第1章 检测技术的基础知识1

1.1 概述1

1.1.1 自动检测与转换技术的作用1

1.1.2 自动检测系统的组成2

1.1.3 本课程的主要教学任务4

1.2 测量的基本概念4

1.2.1 测量与检测4

1.2.2 测量方法5

1.3 测量误差及其分类6

1.3.1 测量误差的基本概念6

1.3.2 测量误差的分类7

1.3.3 测量过程中的相关数据处理11

1.4 传感器及其基本特性11

1.4.1 传感器的定义及组成11

1.4.2 传感器的分类12

1.4.3 传感器的基本特性14

1.4.4 传感器技术的发展趋势18

本章小结19

思考题与习题20

第2章 电阻式传感器21

2.1 电位器式传感器21

2.1.1 绕线电位器式电阻传感器工作原理22

2.1.2 绕线电位器式电阻传感器结构、特点及应用范围22

2.1.3 绕线电位器式压力传感器的应用24

2.2 电阻应变式传感器25

2.2.1 应变片的工作原理26

2.2.2 电阻应变片的种类与粘贴27

2.2.3 测量电路29

2.2.4 电阻应变式传感器的应用32

2.3 测温热电阻传感器34

2.3.1 热电阻34

2.3.2 热敏电阻38

2.3.3 热电阻传感器的应用41

2.4 气敏电阻、湿敏电阻传感器43

2.4.1 气敏电阻传感器的原理及结构43

2.4.2 气敏电阻传感器的应用44

2.4.3 湿敏电阻传感器的原理及结构47

2.4.4 湿敏电阻传感器的应用48

本章小结50

思考题与习题51

第3章 电感式传感器52

3.1 自感式电感传感器53

3.1.1 自感式电感传感器的工作原理53

3.1.2 测量转换电路56

3.1.3 自感式电感传感器的应用58

3.2 差动变压器式传感器60

3.2.1 结构与工作原理60

3.2.2 测量电路62

3.2.3 差动变压器式传感器的应用64

本章小结66

思考题与习题67

第4章 电涡流传感器68

4.1 电涡流传感器的原理及结构69

4.1.1 电涡流的产生方式69

4.1.2 电涡流传感器的基本原理69

4.1.3 高频反射式电涡流传感器的结构形式71

4.2 电涡流传感器转换电路简介72

4.2.1 电桥电路72

4.2.2 谐振调幅式电路72

4.2.3 调频电路74

4.3 电涡流传感器的应用74

4.3.1 位移的测量75

4.3.2 振幅的测量75

4.3.3 转速的测量76

4.3.4 镀层厚度的测量77

4.3.5 电涡流表面探伤77

4.3.6 生产工件加工定位79

本章小结82

思考题与习题83

第5章 电容式传感器85

5.1 电容式传感器的原理及结构86

5.1.1 电容式传感器的工作原理86

5.1.2 电容式传感器的结构分类87

5.2 电容式传感器的测量电路90

5.2.1 桥式电路91

5.2.2 调频电路92

5.2.3 脉冲宽度调制电路93

5.2.4 运算放大器式测量电路95

5.3 电容式传感器的应用96

5.3.1 差动式电容差压传感器96

5.3.2 电容测厚仪97

5.3.3 电容式加速度传感器97

5.3.4 电容式接近开关98

5.3.5 利用电容量变化效应的温度传感器100

本章小结101

思考题与习题101

第6章 压电式传感器103

6.1 压电式传感器的工作原理104

6.1.1 压电效应104

6.1.2 压电材料104

6.2 压电式传感器的等效电路和测量电路108

6.2.1 压电晶片的连接方式108

6.2.2 压电式传感器的等效电路109

6.2.3 压电式传感器的测量电路110

6.3 压电式传感器的应用111

6.3.1 压电式加速度传感器112

6.3.2 压电式压力传感器113

本章小结116

思考题与习题117

第7章 超声波传感器118

7.1 超声波传感器的原理119

7.1.1 超声波的物理基础119

7.1.2 超声波的发生120

7.1.3 超声波的接收122

7.2 超声波传感器的应用122

7.2.1 超声波探伤122

7.2.2 超声波测液位123

7.2.3 超声波测厚度124

本章小结127

思考题与习题127

第8章 霍尔传感器129

8.1 霍尔元件的工作原理及结构130

8.1.1 霍尔效应130

8.1.2 霍尔元件的材料及结构特点130

8.1.3 霍尔元件的基本参数131

8.2 霍尔传感器测量电路132

8.2.1 基本电路及原理132

8.2.2 温度误差及其补偿132

8.2.3 集成霍尔元件133

8.3 霍尔传感器的应用134

8.3.1 应用类型134

8.3.2 应用举例135

8.3.3 霍尔元件的其他应用136

本章小结140

思考题与习题140

第9章 热电偶传感器142

9.1 温度测量的基本概念143

9.1.1 温度的基本概念143

9.1.2 温标143

9.1.3 温度测量及传感器分类145

9.2 热电偶传感器的工作原理146

9.2.1 热电效应146

9.2.2 热电偶的基本定律148

9.3 热电偶的材料、结构及种类150

9.3.1 热电偶材料150

9.3.2 热电偶的结构151

9.3.3 热电偶的种类及分度表152

9.4 热电偶冷端的延长157

9.5 热电偶的冷端温度补偿158

9.5.1 冷端恒温法159

9.5.2 计算修正法159

9.5.3 仪表机械零点调整法160

9.5.4 电桥补偿法160

9.5.5 热电偶的其他主要误差161

9.6 热电偶测温线路162

9.6.1 测量某一点的温度162

9.6.2 测量两点之间的温度差162

9.6.3 热电偶并联线路162

9.6.4 热电偶串联线路163

9.7 热电偶的应用及配套仪表163

9.7.1 与热电偶配套的仪表163

9.7.2 热电偶的应用165

本章小结170

思考题与习题171

第10章 光电传感器173

10.1 光电效应及光电元件174

10.1.1 基于外光电效应的光电元件174

10.1.2 基于内光电效应的光电元件175

10.1.3 基于光生伏特效应的光电元件178

10.2 光电传感器的类型及应用181

10.2.1 光电传感器的类型181

10.2.2 光电传感器的应用实例183

本章小结191

思考题与习题191

第11章 数字式传感器193

11.1 数字编码器194

11.1.1 数字式编码器的输出形式194

11.1.2 数字式编码器的工作原理及应用195

11.2 光栅式传感器200

11.2.1 光栅的结构和类型200

11.2.2 光栅的基本工作原理201

11.2.3 光栅式传感器的应用206

11.3 感应同步器207

11.3.1 感应同步器的结构和类型207

11.3.2 感应同步器的基本工作原理与信号处理方式208

11.3.3 感应同步器在数控机床闭环系统中的应用211

11.4 频率输出式数字传感器212

本章小结215

思考题与习题216

第12章 传感器的选用与标定217

12.1 传感器选用原则217

12.1.1 传感器类型的确定217

12.1.2 传感器性能指标选择218

12.2 传感器的标定220

12.2.1 标定的概念220

12.2.2 传感器的标定方法220

12.2.3 传感器的静态标定220

12.2.4 传感器的动态标定221

本章小结223

思考题与习题223

第13章 智能传感器224

13.1 概述224

13.1.1 智能传感器的概念224

13.1.2 智能传感器的功能226

13.1.3 智能传感器的特点226

13.2 智能传感器实现的途径233

13.2.1 非集成化的实现233

13.2.2 集成化的实现235

13.2.3 混合实现237

13.2.4 集成化智能传感器的几种形式238

13.3 智能传感器输出信号的预处理239

13.3.1 传感器输出信号的分类239

13.3.2 开关信号的预处理240

13.3.3 模拟信号的预处理240

13.4 数据采集242

13.4.1 数据采集的配置242

13.4.2 取样周期的选择243

13.4.3 A/D转换器的选择243

13.5 智能传感器的数据处理技术244

13.5.1 数据处理包含的内容245

13.5.2 标度变换技术245

13.5.3 非线性补偿技术245

13.5.4 传感器的温度误差补偿245

13.5.5 数字滤波技术246

13.6 智能传感器的硬件设计246

13.6.1 正确选择微处理器246

13.6.2 智能传感器的输入输出技术247

13.6.3 智能传感器实例249

本章小结251

思考题与习题251

第14章 检测系统的抗干扰技术252

14.1 干扰的类型及产生253

14.1.1 干扰的类型253

14.1.2 干扰的产生254

14.1.3 信噪比和干扰叠加255

14.1.4 干扰的途径与作用方式255

14.2 检测系统的抗干扰技术257

14.2.1 抑制干扰的基本措施257

14.2.2 抗干扰技术257

14.2.3 抗干扰的特殊对策263

14.3 自动检测系统的可靠性265

14.3.1 可靠性的基本概念265

14.3.2 提高可靠性的措施266

本章小结270

思考题与习题270

第15章 自动检测与转换技术的综合应用271

15.1 传感器在模糊控制洗衣机中的应用272

15.2 传感器在CNC机床与加工中心中的应用273

15.2.1 传感器在位置反馈系统中的应用273

15.2.2 传感器在速度反馈系统中的应用274

15.3 传感器在三坐标测量仪中的应用275

15.3.1 三坐标测量仪的传感检测系统275

15.3.2 三坐标测量仪的测量测头276

15.4 传感器在汽车机电一体化中的应用279

15.4.1 汽车用传感器279

15.4.2 传感器在发动机中的典型应用284

15.4.3 传感器在汽车空调系统中的应用288

15.4.4 公路交通用传感器290

本章小结291

思考题与习题292

附录293

主要参考文献302