傳感器與檢測技術應用：高等（簡體書）

《普通高等教育“十二五”規劃教材：傳感器與檢測技術應用》遵循理論夠用、突出應用的教學思路，注意理論性和實用性的有機結合，應用實例貫穿於各章節理論中。全書共10章，分兩大部分，第一部分為第1~9章，側重傳感器及檢測技術的理論應用，第二部分是傳感器的實踐指導。第1、2章介紹了傳感器和檢測技術的基本理論和一般特性；第3～5章介紹了常用傳感器的結構原理及應用，如電阻式、電感式、電容式、磁電式、壓電式、光電式、熱電式和新型傳感器；第6章介紹了傳感信號的分析與處理；第7章介紹了工程中常見的參數檢測方法；第8章介紹了現代檢測技術的應用；第9章是傳感檢測技術的綜合應用實例。第二部分即第10章主要介紹了典型傳感器的實踐指導。此外，附錄中還編寫了一套模擬試題以供讀者自測。
《普通高等教育“十二五”規劃教材：傳感器與檢測技術應用》適合作為電氣工程、自動化、機械設計製造、機電一體化、數控技術等專業的教材，也可供相關工程技術人員參考。

《普通高等教育"十二五"規劃教材:傳感器與檢測技術應用》適合作為電氣工程、自動化、機械設計制造、機電一體化、數控技術等專業的教材，也可供相關工程技術人員參考。

1緒論
1.1傳感器與檢測技術的應用
1.2傳感器與檢測技術的現狀及發展
1.2.1傳感器與檢測技術的現狀
1.2.2傳感器與檢測技術的發展方向
1.3課程內容和任務

2傳感器與檢測技術的基本理論
2.1傳感器的組成及分類
2.1.1傳感器的組成
2.1.2傳感器的分類
2.2傳感器的特性
2.2.1傳感器的靜態特性
2.2.2傳感器的動態特性
2.3檢測技術的基本概念
2.3.1測量系統的組成
2.3.2測量方法的分類
2.3.3測量的技術性能指標
2.4測量誤差的分析
2.4.1測量誤差的表示方法
2.4.2測量誤差的性質
本章小結
習題

3無源傳感器
3.1彈性敏感元件
3.1.1相關概念
3.1.2彈性元件類型
3.1.3彈性元件特性
3.2電阻式傳感器
3.2.1電阻應變片的結構原理
3.2.2應變式電阻傳感器的測量電路
3.2.3應變片的溫度誤差及補償
3.2.4應變式電阻傳感器的應用
3.3電容式傳感器
3.3.1電容武傳感器的分類
3.3.2電容式傳感器的工作原理
3.3.3電容武傳感器的靈敏度
3.3.4電容式傳感器的測量電路
3.3.5電容式傳感器的應用
3.4電感式傳感器
3.4.1可變磁阻式傳感器
3.4.2變壓器式傳感器
3.4.3渦流式傳感器
本章小結
習題

4有源傳感器
4.1壓電式傳感器
4.1.1壓電效應及壓電材料
4.1.2壓電式傳感器的工作原理
4.1.3壓電式傳感器的應用實例
4.2霍爾傳感器
4.2.1霍爾效應和霍爾元件
4.2.2霍爾傳感器的工作原理
4.2.3霍爾集成傳感器
4.2.4霍爾傳感器的應用實例
4.3光電池
4.3.1光電效應及光電器件
4.3.2光電池的結構原理及特性
4.3.3光電池的測量電路
4.3.4光電池的應用實例
4.4熱電偶
4.4.1熱電偶的測溫原理
4.4.2熱電偶的基本定律
4.4.3常用熱電偶的種類
4.4.4熱電偶的冷端補償方式
4.4.5熱電偶的實用測溫電路
4.4.6熱電偶的應用實例
本章小結
習題

5新型傳感器
5.1光纖傳感器
5.1.1光纖結構及傳輸原理
5.1.2光纖傳感器的結構及分類
5.1.3光纖傳感器的應用
5.2超聲波傳感器
5.2.1超聲波及其物理性質
5.2.2超聲波傳感器的結構原理
5.2.3超聲波傳感器的應用
5.3紅外傳感器
5.3.1紅外輻射的物理基礎
5.3.2紅外探測器
5.3.3紅外傳感器的應用
5.4環境傳感器
5.4.1氣敏傳感器
5.4.2濕敏傳感器
5.5其他新型傳感器
5.5.1智能傳感器
5.5.2MEMs傳感器
5.5.3仿生傳感器
本章小結
習題

6傳感信號的分析與處理
6.1信號的預處理
6.1.1傳感信號的放大電路
6.1.2調製與解調
6.1.3濾波器
6.2信號的數字化處理
6.2.1信號數字化處理的基本步驟
6.2.2採樣、混疊和採樣定理
6.2.3量化和量化誤差
6.3微弱信號的相關檢測法
6.3.1自相關檢測法
6.3.2互相關檢測法
本章小結
習題

7常見工程量檢測
7.1溫度檢測
7.1.1常見的測溫方法
7.1.2溫度測量實例
7.2位移檢測
7.2.1常用的位移傳感器
7.2.2位移測量實例
7.3轉速檢測
7.3.1轉速的測量方法
7.3.2轉速測量實例
7.4物位檢測
7.4.1常用的物位傳感器
7.4.2物位測量實例
本章小結
習題

8現代檢測系統
8.1現代檢測系統的組成與設計
8.1.1現代檢測系統的組成
8.1.2現代檢測系統的設計
8.2多傳感器信息融合技術
8.2.1傳感器信息融合的分類和結構
8.2.2傳感器信息融合的般方法
8.2.3傳感器信息融合的應用
8.3虛擬儀器
8.3.1虛擬儀器的基本概念
8.3.2虛擬儀器的構成和特點
8.3.3虛擬儀器的開發應用
本章小結
習題

9傳感檢測技術應用實例
9.1傳感檢測在智能樓宇中的應用
9.2傳感檢測在汽車中的應用
9.2.1應用在汽車上的各種傳感器
9.2.2在汽車中的檢測技術
9.2.3多傳感器數據融合技術故障診斷方法
9.3傳感檢測在自動化生產線中的應用
9.3.1傳感檢測在食品加工中的應用
9.3.2傳感檢測在機械加工中的應用
9.4傳感檢測在機器人中的應用
9.4.1機器人的組成及分類
9.4.2移動機器人
9.4.3其他機器人

10傳感器實踐指導
10.1實驗平臺介紹
10.2實驗項目
10.2.1實驗1金屬箔式應變片電橋性能實驗
lO.2.2實驗2位移特性實驗
10.2.3實驗3轉速測量實驗
10.2.4實驗4溫度測量實驗
10.2.5實驗5虛擬溫度計的設計
10.3系統設計
10.3.1智能小車系統設計
10.3.2烤箱溫度控制系統設計
附錄
附錄A模擬試題
附錄B模擬試題及習題參考答案
附錄CPT100分度表
附錄D熱電偶K分度表
參考文獻

5.5.1.2 智能傳感器的應用
近年來隨著半導體技術的迅猛發展，國外一些著名的公司和高等院校正大力開展集成智能傳感器的研制，國內也開始研制集成智能傳感器，現已獲得很大進展。
國內西安中星測控生產的P7600系列傳感器，采用國際上一流傳感器芯體、變送器專用集成電路和配件，運用軍工產品的生產線和工藝，精度高，穩定性好，成本低，采用高性能微控制器（MCU），同時具備數字和模擬兩種輸出方式，同時針對用戶的特定需求，可在原產品基礎上進行二次開發，周期極短。已廣泛應用于航空航天、石油化工、機械、地質等行業中測量各種氣體和流體的壓力、壓差、流量和流體的高度和重量。
再如由愛立信微波技術公司研制的愛立信眼球，采用了智能傳感器技術和一個用戶界面友好的指揮和控制系統，可以快速獲取準確和綜合的信息。它是一種出色的雷達系統，可以在陸地和水面上分辨和跟蹤海上及空中目標，通過儀器觀測到的距離遠遠超過了地平線之外。
5.5.2 MEMS傳感器
MEMS是微機電系統（Micro—Electro—Mechanical Systems）的英文縮寫，是在半導體集成電路微細加工技術和超精密機械加工技術的基礎上發展起來的，圖5—23所示為MEMS芯片。采用MEMS技術制作的微傳感器、微執行器、微型構件、微機械光學器件、真空微電子器件、電力電子器件等在航空、航天、汽車、生物醫學、環境監控、軍事等領域中都有著十分廣闊的應用前景。
5.5.2.1 MEMS技術
微機電系統相對于傳統的機械，它們的尺寸更小，最大的不超過一個厘米，甚至僅僅為幾個微米。采用以硅為主的材料，電氣性能優良，采用與集成電路（IC）類似的生成技術，進行大批量、低成本生產，使性價比相對于傳統機械制造技術大幅度提高。
常用的制作MEMS器件的技術主要有3種。
（1）以日本為代表的利用傳統機械加工手段，即利用大機器制造小機器，再利用小機器制造微機器的方法。可以用于加工一些在特殊場合應用的微機械裝置，如微型機器人、微型手術臺等。
（2）以德國為代表的LIGA技術，利用X射線光刻技術，通過電鑄成型和塑鑄形成深層微結構的方法。人們已利用該技術開發和制造出了微齒輪、微馬達、微加速度計、微射流計等，還可以制造出由各種金屬、塑料和陶瓷零件組成的三維微機電系統。LIGA技術為MEMS技術提供了一種新的加工手段。
（3）以美國為代表的利用集成電路工藝技術對硅材料進行加工，形成硅基MEMS器件。這種方法與傳統IC工藝兼容，可以實現微機械和微電子的系統集成，而且適合于批量生產，已經成為目前MEMS的主流技術。