“十二五”职业教育国家规划教材 传感器与测试技术 第2版PDF电子书下载

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绪论 1

第一篇 工程测试技术基础和传感器技术概论 5

第1章 测试的基础知识 5

1.1 测试的基本概念 5

1.1.1 测量、计量、测试 5

1.1.2 测试方法的分类 5

1.1.3 测试系统的组成 6

1.2 测量误差与不确定度 7

1.2.1 测量误差的定义及分类 7

1.2.2 测量误差的处理 11

1.2.3 测量不确定度 16

1.3 测量数据的处理方法 21

1.3.1 测量数据的统计特性 21

1.3.2 测量数据的表述方法 21

1.3.3 回归分析及应用 22

习题与思考题 24

第2章 信号分析基础 26

2.1 信号的分类与描述 26

2.1.1 信号的分类 26

2.1.2 信号的描述 30

2.2 周期信号与离散频谱 31

2.2.1 傅里叶级数与周期信号的分解 31

2.2.2 周期信号的频域描述实例 34

2.2.3 周期信号频谱的特点及物理意义 38

2.2.4 周期信号的强度描述 39

2.3 非周期信号与连续频谱 41

2.3.1 傅里叶变换 41

2.3.2 典型非周期信号的频谱 43

2.3.3 非周期信号的能量谱与频带 47

2.3.4 傅里叶变换的基本性质 49

2.4 随机信号的分析与处理 53

2.4.1 随机信号的统计特性分析 54

2.4.2 随机信号的相关分析 56

2.4.3 随机信号的功率谱分析 64

习题与思考题 69

第3章 测试系统的特性 72

3.1 测试系统与线性系统 72

3.1.1 测试系统的基本要求 72

3.1.2 线性系统及其主要特性 73

3.1.3 测试系统的传输特性 74

3.2 测试系统的静态特性 75

3.3 测试系统的动态特性 83

3.3.1 动态特性的数学描述 84

3.3.2 常见测试系统的频率响应 88

3.3.3 常见测试系统的阶跃响应 96

3.4 实现系统不失真测试的条件 100

3.5 测试系统的标定与校准 102

3.5.1 测试系统的静态标定 103

3.5.2 测试系统的动态标定 106

3.6 组建测试系统应考虑的因素 110

3.6.1 负载效应 110

3.6.2 测试系统的抗干扰技术 113

习题与思考题 117

第4章 传感器技术概论 120

4.1 传感器的基本概念 120

4.1.1 传感器的定义及组成 120

4.1.2 传感器的分类 121

4.1.3 常用的技术指标及性能要求 122

4.1.4 传感器的选用 123

4.2 弹性敏感元件 124

4.2.1 弹性敏感元件的基本特性 124

4.2.2 弹性敏感元件的材料 127

4.2.3 常用弹性敏感元件的力学特性 128

4.3 传感器技术的应用及发展趋势 139

4.3.1 传感器技术的主要应用 139

4.3.2 传感器技术的发展趋势 140

习题与思考题 142

第二篇 常用传感器原理及应用 145

第5章 应变式和压阻式传感器 145

5.1 电阻应变片 145

5.1.1 电阻应变片的结构原理 145

5.1.2 电阻应变片的种类及材料 150

5.1.3 电阻应变片的主要特性 154

5.1.4 电阻应变片的测量电路 158

5.1.5 电阻应变片的温度误差及其补偿 163

5.2 电阻应变式传感器 166

5.2.1 电阻应变片的布置和接桥方式 167

5.2.2 电阻应变式传感器的应用 167

5.3 固态压阻式传感器 174

5.3.1 压阻效应与压阻系数 174

5.3.2 固态压阻式传感器的应用 176

5.4 工程应用案例——飞机重量和重心测量系统 179

习题与思考题 182

第6章 电感式传感器 186

6.1 自感式电感传感器 186

6.1.1 工作原理、类型及特性 186

6.1.2 测量电路 191

6.1.3 自感式传感器的应用 198

6.2 互感式传感器 199

6.2.1 工作原理 199

6.2.2 测量电路 200

6.2.3 差动变压器的应用 201

6.3 电涡流式传感器 203

6.3.1 工作原理、特性及类型 203

6.3.2 测量电路 207

6.3.3 电涡流式传感器的应用 209

6.4 工程应用案例——电感式滚柱直径自动检测分选装置 210

习题与思考题 211

第7章 电容式传感器 213

7.1 工作原理、类型及特性 213

7.1.1 变极距型电容式传感器 214

7.1.2 变面积型电容式传感器 215

7.1.3 变介电常数型电容式传感器 217

7.2 测量电路 218

7.2.1 电容式传感器的等效电路 218

7.2.2 测量电路 219

7.3 电容式传感器的特点及应用 222

7.3.1 电容式传感器的特点 222

7.3.2 电容式传感器的应用 224

7.4 工程应用案例——电容式测厚仪在轧机中的应用 225

习题与思考题 228

第8章 压电式传感器 230

8.1 压电效应 230

8.1.1 压电效应 230

8.1.2 压电材料 234

8.2 测量电路 236

8.2.1 等效电路 236

8.2.2 测量电路 237

8.3 压电式传感器的应用 239

8.3.1 加速度传感器 239

8.3.2 力传感器 244

8.3.3 压力传感器 245

8.4 工程应用案例——结构件阻尼特性分析 246

习题与思考题 249

第9章 磁电式传感器 250

9.1 磁电感应式传感器 250

9.1.1 动圈式磁电传感器 250

9.1.2 磁阻式磁电传感器 252

9.1.3 磁电感应式传感器的应用 252

9.2 霍尔传感器 253

9.2.1 霍尔效应与霍尔元件 253

9.2.2 测量误差及其补偿 256

9.2.3 霍尔集成传感器 258

9.2.4 霍尔传感器的应用 260

9.3 工程应用案例——钢丝绳损伤的无损检测 263

习题与思考题 267

第10章 光电式传感器 269

10.1 光电检测基础 269

10.1.1 光谱及光的度量 269

10.1.2 光电效应 271

10.1.3 光电传感器件的基本特性 272

10.1.4 光源 273

10.2 光电器件 275

10.2.1 光电管及光电倍增管 275

10.2.2 光敏电阻 276

10.2.3 光电池 277

10.2.4 光电二极管和光电三极管 277

10.2.5 光电器件的应用 279

10.3 固态图像传感器 282

10.3.1 CCD图像传感器 282

10.3.2 CMOS图像传感器 285

10.3.3 固态图像传感器的应用 286

10.4 光纤传感器 287

10.4.1 光纤检测的基本原理 288

10.4.2 光纤传感器的组成及工作原理 292

10.4.3 光纤传感器的应用 294

10.5 工程应用案例——果实分拣系统 297

习题与思考题 301

第11章 热电式传感器 302

11.1 概述 302

11.2 热电阻 304

11.2.1 金属热电阻 305

11.2.2 半导体热敏电阻 307

11.3 热电偶 310

11.3.1 热电偶的测量原理 310

11.3.2 热电偶的类型、结构及测量电路 314

11.3.3 热电偶的冷端温度补偿 318

11.3.4 热电偶的校准和标定 320

11.4 新型热电式传感器 321

11.4.1 PN结温度传感器 321

11.4.2 压电式温度传感器 321

11.4.3 光纤温度传感器 322

11.5 工程应用案例——基于AD590的温度测量及控制 324

习题与思考题 326

第12章 辐射式传感器 329

12.1 红外辐射传感器 329

12.1.1 红外辐射的物理基础 329

12.1.2 红外探测器及测量系统 332

12.1.3 红外辐射传感器的应用 334

12.2 超声波传感器 336

12.2.1 超声波检测的物理基础 336

12.2.2 超声波传感器的原理及检测模式 339

12.2.3 超声波传感器的应用 341

12.3 微波传感器 343

12.3.1 微波的性质和特点 343

12.3.2 微波传感器的原理及分类 344

12.3.3 微波传感器的应用 346

12.4 工程应用案例——雷达测距 349

习题与思考题 351

第13章 数字式传感器 353

13.1 光栅传感器 353

13.1.1 光栅的类型和结构 353

13.1.2 光栅传感器的工作原理 354

13.1.3 光栅传感器的测量电路 357

13.1.4 光栅传感器的应用 361

13.2 感应同步器 361

13.2.1 感应同步器的基本结构 362

13.2.2 感应同步器的工作原理 364

13.2.3 感应同步器的测量电路 365

13.2.4 感应同步器的应用 367

13.3 光电编码器 368

13.3.1 光电式绝对编码器 369

13.3.2 光电式增量编码器 371

13.3.3 光电编码器的应用 372

13.4 容栅传感器 372

13.4.1 容栅传感器的结构和工作原理 372

13.4.2 容栅传感器的测量电路 374

13.4.3 容栅传感器的应用 375

13.5 磁栅传感器 376

13.5.1 磁栅传感器的结构和工作原理 376

13.5.2 磁栅传感器的测量电路 379

13.5.3 磁栅传感器的应用 381

13.6 工程应用案例——光栅在三坐标测量机中的应用 381

习题与思考题 383

第三篇新型传感器与检测技术 387

第14章 微型传感器 387

14.1 微机电系统与微型传感器 387

14.1.1 微机电系统（MEMS） 387

14.1.2 微型传感器 390

14.2 微型加速度计 391

14.2.1 压阻式微加速度计 392

14.2.2 电容式微加速度计 393

14.2.3 谐振式微加速度计 393

14.2.4 隧穿式微加速度计 394

14.3 微机械陀螺 395

14.3.1 音叉式微机械陀螺 396

14.3.2 框架式微机械陀螺 396

14.3.3 环形谐振式微机械陀螺 397

14.4 微型压力传感器 398

14.4.1 压阻式微型压力传感器 398

14.4.2 电容式微型压力传感器 399

14.4.3 谐振式微型压力传感器 400

习题与思考题 401

第15章 智能传感器 402

15.1 基本概念 402

15.1.1 智能传感器的基本功能及特点 402

15.1.2 智能传感器的结构 404

15.2 智能化功能的实现方法 406

15.2.1 非线性自校正 406

15.2.2 自诊断 409

15.2.3 自校准与自适应量程 410

15.2.4 自补偿 411

15.3 典型的智能传感器 414

15.3.1 智能压力（差）传感器 414

15.3.2 SHT11/15智能温湿度传感器 416

习题与思考题 418

第16章 生物传感器 419

16.1 概述 419

16.1.1 生物传感器的基本原理 419

16.1.2 生物传感器的分类 420

16.2 典型生物传感器 422

16.2.1 酶传感器 422

16.2.2 微生物传感器 423

16.2.3 免疫传感器 424

16.2.4 核酸（DNA）传感器 426

16.2.5 细胞传感器 429

16.2.6 组织传感器和细胞器传感器 430

16.3 生物芯片 431

16.3.1 生物芯片的基本概念 431

16.3.2 典型生物芯片 434

16.4 生物传感器的应用及其发展趋势 438

16.4.1 生物传感器的应用 438

16.4.2 生物传感器的发展趋势 440

习题与思考题 441

第17章 自动测试技术及其应用 442

17.1 自动测试系统 442

17.1.1 概述 442

17.1.2 自动测试系统的类型 442

17.1.3 自动测试系统I/O通道设计 446

17.1.4 信号调理与转换电路 449

17.2 虚拟仪器 460

17.2.1 概述 460

17.2.2 虚拟仪器软件开发平台 462

17.2.3 虚拟仪器应用实例 464

17.3 无线传感器网络 467

17.3.1 传感器网络的发展 467

17.3.2 无线传感器网络的体系结构及特点 467

17.3.3 无线传感器网络的开发与应用 470

17.4 物联网技术 475

17.4.1 物联网概述 475

17.4.2 物联网的关键技术——RFID技术 478

17.4.3 物联网的应用 480

习题与思考题 481

附录1 镍铬-镍硅（镍铝）K型热电偶分度表 483

附录2 习题与思考题参考答案 484

参考文献 485

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