传感器与自动检测技术

本书针对应用型本科教育和新工科的特点，以信息的传感、转换、处理为核心，按检测技术基础（靠前~2章）、传感器原理及应用（第3~8章）、自动检测系统（第9~11章）三大模块组织内容。传感器原理及应用模块以被测量为主线，分别介绍温度、力、声、磁、光、气体和湿度等各类传感器的原理、结构、性能及其应用电路，并针对不同类型的传感器给出多个应用实例。自动检测系统模块包含虚拟仪器、无线传感器网络与物联网和自动检测系统共三章内容，第9章介绍虚拟仪器概念、开发环境和数据采集；靠前0章介绍无线传感器网络与物联网的概念、技术架构、无线通信及其应用；靠前1章介绍自动检测系统的组成、设计方法和设计案例。

前言
第1章传感器与检测技术基础1
1.1检测技术概论1
1.1.1检测技术1
1.1.2传感器与检测技术的作用与地位1
1.2传感器的定义及其分类2
1.2.1传感器的定义与组成2
1.2.2传感器的分类2
1.3传感器的基本特性3
1.3.1传感器的静态特性3
1.3.2传感器的动态特性6
1.4传感器技术的发展9
思考题与习题10
第2章测量误差与数据处理11
2.1测量误差的基本概念11
2.1.1量值11
2.1.2误差的表达方法11
2.2误差的分类及其来源13
2.2.1系统误差13
2.2.2随机误差13
2.2.3粗大误差13
2.3测量误差的处理14
2.3.1随机误差的处理14
2.3.2系统误差的处理16
2.3.3粗大误差的处理17
思考题与习题18
第3章温度传感器19
3.1热电偶19
3.1.1热电偶传感器测温原理19
3.1.2热电偶的基本定律22
3.1.3热电偶的结构与种类23
3.1.4热电偶的冷端温度补偿25
3.1.5热电偶的实用测温电路26
3.2热电阻27
3.2.1铂热电阻27
3.2.2铜热电阻28
3.2.3热电阻的测量电路28
3.3热敏电阻29
3.3.1热敏电阻的结构与特点29
3.3.2热敏电阻的类型及其温度特性30
3.4辐射式温度传感器30
3.4.1辐射测温的物理基础30
3.4.2辐射式测温方法31
3.5集成温度传感器32
3.5.1集成温度传感器的工作原理及分类32
3.5.2电压型集成温度传感器μPC616A/C32
3.5.3电流型集成温度传感器AD59033
3.5.4数字型温度传感器DS18B2034
3.6温度传感器的应用34
3.6.1NTC热敏电阻温度控制34
3.6.2PTC热敏电阻自动延时电路34
3.6.3管道流量测量35
3.6.4集成温度传感器温差测量35
思考题与习题35
第4章力学量传感器37
4.1应变式压力传感器37
4.1.1电阻应变效应37
4.1.2电阻应变片的种类和结构38
4.1.3电阻应变式传感器的测量电路39
4.1.4电阻应变片温度误差及其补偿42
4.2压电式传感器44
4.2.1压电效应44
4.2.2压电材料46Ⅵ
4.2.3测量电路47
4.3电容式传感器51
4.3.1电容式传感器的工作原理51
4.3.2电容式传感器的测量电路55
4.3.3电容式压力传感器57
4.4电感式压力传感器57
4.4.1自感式压力传感器58
4.4.2互感式压力传感器62
4.5力学量传感器的应用64
4.5.1电阻式传感器测量力、重量和加速度64
4.5.2压电式传感器测量力和加速度68
4.5.3电容式传感器测量位移、加速度、厚度和液位68
4.5.4电感式传感器测量压力和加速度70
思考题与习题72
第5章声波传感器74
5.1声波概述74
5.1.1声波74
5.1.2声波的物理特性74
5.2微波传感器76
5.2.1微波传感器的工作原理77
5.2.2微波传感器的组成77
5.2.3微波传感器的特点78
5.3超声波传感器78
5.3.1超声波及其特性78
5.3.2超声波传感器的分类78
5.4次声波传感器80
5.4.1次声波及其特性80
5.4.2次声波传感器的分类80
5.5声波传感器的应用81
5.5.1微波液位和湿度检测81
5.5.2超声波物位、流量测量和无损探伤82
5.5.3次声波管道泄漏定位和灾害预测85
思考题与习题86
第6章磁敏传感器87
6.1磁电感应式传感器87
6.1.1磁电感应式传感器的工作原理87
6.1.2磁电感应式传感器的测量电路89
6.2电涡流传感器89
6.2.1电涡流传感器的工作原理89
6.2.2电涡流传感器的测量电路91
6.3霍尔式传感器92
6.3.1霍尔效应92
6.3.2霍尔元件93
6.3.3霍尔元件的误差及其补偿94
6.3.4霍尔式传感器的基本测量电路96
6.4半导体磁阻传感器96
6.4.1磁阻效应96
6.4.2磁敏电阻元件97
6.4.3磁敏电阻的温度补偿97
6.5结型磁敏器件98
6.5.1磁敏二极管98
6.5.2磁敏晶体管99
6.6磁敏传感器的应用101
6.6.1磁电感应式振动速度传感器和电磁流量计101
6.6.2电涡流传感器振幅、转速测量和无损探伤101
6.6.3霍尔式传感器位移、转速和功率测量102
6.6.4交流电流监视器104
6.6.5磁电式无触点开关104
思考题与习题105
第7章光电式传感器106
7.1光电式传感器的类型和基本形式106
7.1.1光电式传感器的类型106
7.1.2光电式传感器的基本形式107
7.2光电效应与光电器件107
7.2.1外光电效应及其典型器件108
7.2.2内光电效应及其典型器件111
7.2.3光生伏特效应及其典型器件114
7.3光纤传感器120
7.3.1光纤的传光原理及主要特性121
7.3.2光纤传感器的组成和分类122
7.4计量光栅传感器123
7.4.1光栅的结构和分类123
7.4.2光栅传感器的工作原理124
7.4.3辨向与细分技术127
7.5光电编码器128
7.5.1工作原理128
7.5.2光电码盘129
7.6红外传感器131Ⅶ
7.6.1红外辐射基本性质131
7.6.2热探测器132
7.6.3光子探测器133
7.7CCD图像传感器133
7.7.1CCD的基本结构和工作原理134
7.7.2CCD的特性参数136
7.7.3CCD图像传感器的分类137
7.8光电式传感器的应用139
7.8.1精密核辐射探测器139
7.8.2光电式火灾探测报警器140
7.8.3路灯自动控制器和楼道双光控延时开关141
7.8.4光电式数字转速计141
7.8.5光纤温度、图像和流量传感器142
思考题与习题144
第8章气敏与湿敏传感器146
8.1气敏传感器146
8.1.1气敏传感器概述146
8.1.2半导体电阻式气敏传感器147
8.1.3接触燃烧式气敏传感器149
8.1.4红外吸收式气敏传感器151
8.1.5热导式气敏传感器153
8.1.6热磁式气体分析传感器154
8.2湿敏传感器155
8.2.1湿敏传感器概述155
8.2.2电阻式湿敏传感器156
8.2.3电容式湿敏传感器160
8.2.4集成电容式湿敏传感器IH3605161
8.3气敏与湿敏传感器的应用163
8.3.1简易家用气体报警电路163
8.3.2便携式矿井瓦斯超限报警器163
8.3.3有害气体鉴别、报警与控制电路163
8.3.4酒精检测报警器164
8.3.5汽车后风窗玻璃自动去湿装置165
8.3.6房间湿度控制器165
8.3.7镜面水汽清除器166
8.3.8土壤缺水告知器166
8.3.9电容式谷物水分测量仪167
8.3.10重油含水量测量168
思考题与习题170
第9章虚拟仪器171
9.1虚拟仪器概述171
9.1.1虚拟仪器的组成171
9.1.2虚拟仪器与传统仪器的比较171
9.1.3虚拟仪器的优点173
9.2LabVIEW虚拟仪器开发环境173
9.2.1LabVIEW程序的基本构成173
9.2.2LabVIEW程序的特点174
9.3虚拟仪器在工程中的应用176
9.4虚拟仪器数据采集177
9.4.1数据采集(DAQ)系统组成177
9.4.2数据采集(DAQ)设备177
9.4.3DAQ系统中的计算机178
9.4.4DAQ系统中的软件组件178
9.4.5使用LabVIEW连接测量硬件178
9.5超越PC的虚拟仪器系统183
思考题与习题183
第10章无线传感器网络与物联网185
10.1无线传感器网络185
10.1.1无线传感器网络概念185
10.1.2无线传感器网络工作原理185
10.1.3无线传感器节点构成186
10.2物联网187
10.2.1物联网的定义187
10.2.2物联网的技术架构187
10.2.3物联网的特点188
10.3物联网的无线通信技术189
10.3.1近距离无线通信189
10.3.2远距离移动无线通信190
10.4物联网的应用191
10.4.1智能交通物联网191
10.4.2智能家居物联网193
10.4.3智能农业物联网195
10.4.4智能医疗物联网195
思考题与习题197
第11章自动检测系统198
11.1自动检测系统的结构组成198
11.1.1自动检测系统的基本结构198
11.1.2自动检测系统的组成199
11.1.3自动检测系统的软件202
11.2自动检测系统的基本设计方法204
11.2.1系统需求分析204Ⅷ
11.2.2系统总体设计204
11.2.3采样频率的确定205
11.2.4标度变换205
11.2.5硬件设计206
11.2.6软件设计208
11.2.7系统集成与维护209
11.3自动检测系统的设计案例209
11.3.1智能人体电子秤209
11.3.2基于虚拟仪器直流电动机性能的综合测试系统211
11.3.3基于ZigBee建筑塔吊安全监测预警系统216
11.3.4基于WSN和COMWAY协议温室大棚参数远程监控系统221
11.3.5基于GPRS和OneNet水质远程监测预警系统227
思考题与习题241
参考文献242