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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