传感器与检测技术实践训练教程/张青春

本书针对应用型本科教育和新工科的特点，结合测控技术与仪器专业工程教育认证标准，适应社会对专业人才的需求，以提升学生实践应用能力为目标，精心组织教材内容。本书共分4篇12章，第1篇（第1～6章）为传感器技术、光电检测技术和无损检测技术等相关课程的基础性实验；第2篇（第7～8章）为工业传感器与自动化仪器仪表生产实习实践教学内容；第3篇（第9～10章）为创意性与综合性设计实践教学内容；第4篇（第11～12章）为测控系统与仪器设计案例。本书编写体系新颖，内容组织合理，内容安排符合学习规律，将基础性实验、生产实习、课程综合设计训练等主要实践性教学环节融于一体，强化工程意识，培养问题分析、设计开发、科学研究和解决复杂工程问题的能力。本书可作为测控技术与仪器、自动化、电子信息工程、电气工程及其自动化、物联网工程等应用型本科专业的实践训练教材，也可作为相关专业技术人员的参考资料。

前言第1篇基础性实验第1章力、压力传感器实验211应变片桥路特性实验2111实验目的2112基本原理2113需用器件与单元5114实验步骤6115思考题812应变片数字电子秤实验8121实验目的8122基本原理8123需用器件与单元9124实验步骤913应变片温度特性及补偿实验10131实验目的10132基本原理10133需用器件与单元10134实验步骤1014应变片振动测量实验11141实验目的11142基本原理12143需用器件与单元12144实验步骤1215压阻式传感器压力测量实验13151实验目的13152基本原理14153需用器件与单元14154实验步骤1416CSYXS01传感器系统实验箱说明15161实验箱简介15162实验箱组成16163实验箱参数17第2章位移、振动传感器实验1821电容式传感器位移测量实验18211实验目的18212基本原理18213需用器件与单元20214实验步骤2022差动变压器的性能实验与振动测量22221实验目的22222基本原理22223需用器件与单元24224实验步骤24225思考题2723电涡流传感器特性实验27231实验目的27232基本原理27233需用器件与单元30234实验步骤3024电涡流和压电式传感器测量振动实验31241实验目的31242基本原理32243需用器件与单元34244实验步骤34第3章温度传感器实验3731温度源的温度控制调节实验37311实验目的37312基本原理37313需用器件与单元37314实验步骤3732K型热电偶测温特性实验40321实验目的40322基本原理40323需用器件与单元41324实验步骤4133Pt100铂电阻测温特性实验45331实验目的45332基本原理45333需用器件与单元45334实验步骤46335思考题4834集成温度传感器(AD590)温度特性实验49目录341实验目的49342基本原理49343需用器件与单元49344实验步骤4935NTC热敏电阻温度特性实验50351实验目的50352基本原理50353需用器件与单元51354实验步骤5136PN结温度传感器温度特性实验52361实验目的52362基本原理53363需用器件与单元53364实验步骤53第4章磁敏、气敏和湿敏传感器实验5541线性霍尔式传感器位移特性实验55411实验目的55412基本原理55413需用器件与单元56414实验步骤5642霍尔和磁电式传感器测量转速实验57421实验目的57422基本原理57423需用器件与单元58424实验步骤58425思考题5943气敏和湿敏传感器实验60431实验目的60432基本原理60433需用器件与单元61434实验步骤61第5章光电传感器实验6351光敏电阻特性参数测量实验63511实验目的63512需用器件与单元63513实验步骤6352光电二极管特性及光照灵敏度测量实验65521实验目的65522需用器件与单元65523实验步骤6553热敏器件与热释电探测器实验69531实验目的69532需用器件与单元69533实验步骤6954PSD位置传感器特性参数测量实验71541实验目的71542需用器件与单元71543实验步骤7155四象限光电传感器特性参数测量实验73551实验目的73552需用器件与单元73553实验步骤7356光电传感器电机转速测量与控制实验74561实验目的74562基本原理75563需用器件与单元75564实验步骤7557光纤传感器位移特性实验77571实验目的77572基本原理77573需用器件与单元78574实验步骤78第6章无损检测技术实验8061电磁波测厚实验80611实验目的80612基本原理80613实验设备80614实验步骤8062钢筋直径和保护层厚度检测实验81621实验目的81622基本原理81623实验设备82624实验步骤8263钢筋扫描探测实验83631实验目的83632基本原理83633实验设备83634实验步骤8364混凝土裂缝检测实验84641实验目的84642基本原理85643实验设备86644实验步骤86第2篇工业传感器与自动化仪器仪表生产实习第7章工业传感器8871金属热电阻系列88711WZ系列装配式热电阻88712WZ系列铠装热电阻89713WZCM、WZPM系列端面热电阻9072热电偶系列90721WR系列装配式热电偶90722WR系列铠装热电偶91723防爆热电偶9173物位计92731ULMSY21A1系列超高频微波物位计92732SYLW3X系列导波雷达物位计93733LevelEase智能开关式射频导纳物位计93734SYCDQLS23001型干熄焦炉红焦高温料位计95735LHDG700系列电感式液位变送器95736SYCW系列超声波物(液)位仪9674流量计97741SYFLU2000超声波流量计97742LD系列电磁流量计99743LUGB系列涡街流量计100744YRTGY涡轮流量计101745SYLWQ系列气体涡轮流量计102746SYB靶式智能流量计10275压力（差压）变送器103751LH系列压力(差压)变送器104752LH3851/1851GP型压力含负压变送器105753LH3851/1851DR型微差压变送器105第8章自动化仪器仪表10781气体检测仪表107811SYQT2000NDIR红外气体检测仪107812SYQT2000VOC探测仪108813泵吸便携式可燃气体检测报警仪109814CCZ1000全自动粉尘检测仪11082校验（标定）仪表111821HG2000压力仪表自动校验系统111822HG2000RZJ热工全自动检定系统112823CPC2000ⅢA压力校验仪114824HGS301热电偶校验仪114825HG系列压力发生装置11583显示调节仪表115831XMTA9000系列智能数字显示调节仪115832XMGA9000智能光柱显示调节仪116833XMPA9000智能PID调节仪116834XMYA智能电接点液位显示控制仪11784无线仪表118841SYSPRMW智能无线网关118842SYSPRMIO智能无线转换设备118843SYSPRMP智能无线压力变送器119844SYSPRMT智能无线温度变送器119845SYSPRMTP智能无线温压仪120846SYSPRMP系列智能无线压力变送器120847SYSPRMM系列智能无线执行机构121第3篇创意性与综合性设计第9章创意性设计12491人体智能电子秤124911设计要求124912系统功能及主要技术指标124913参考文献12592金属厚度测量仪125921设计要求125922系统功能及主要技术指标125923参考文献12693电子罗盘126931设计要求126932系统功能及主要技术指标126933参考文献12694PM25测量仪127941设计要求127942系统功能及主要技术指标127943参考文献12795无线防盗报警器127951设计要求127952系统功能及主要技术指标128953参考文献12896智能语音导盲杖128961设计要求128962系统功能及主要技术指标129963参考文献12997心率测量仪129971设计要求129972系统功能及主要技术指标129973参考文献13098肺活量检测仪130981设计要求130982系统功能及主要技术指标130983参考文献13099水质检测仪131991设计要求131992系统功能及主要技术指标131993参考文献131910太阳墙采暖控制器1319101设计要求1319102系统功能及主要技术指标1329103参考文献132911电动车速度测量仪1329111设计要求1329112系统功能及主要技术指标1329113参考文献133912风速风向测试仪1339121设计要求1339122系统功能及主要技术指标1339123参考文献133第10章综合性设计134101火灾探测报警与联动系统1341011设计要求1341012系统功能及主要技术指标1341013参考文献135102小型气象站系统1351021设计要求1351022系统功能及主要技术指标1351023参考文献136103智能家居系统1361031设计要求1361032系统功能及主要技术指标1361033参考文献137104智能路灯控制系统1371041设计要求1371042系统功能及主要技术指标1371043参考文献138105智能停车场管理系统1381051设计要求1381052系统功能及主要技术指标1381053参考文献139106车辆追踪定位系统1391061设计要求1391062系统功能及主要技术指标1391063参考文献140107智能农业大棚控制系统1401071设计要求1401072系统功能及主要技术指标1401073参考文献141108住宅小区安防系统1411081设计要求1411082系统功能及主要技术指标1411083参考文献142109酒店传菜机器人系统1421091设计要求1421092系统功能及主要技术指标1421093参考文献1431010住宅小区巡逻机器人系统14310101设计要求14310102系统功能及主要技术指标14310103参考文献144第4篇测控系统与仪器设计案例第11章智能仪器与机器人设计146111汽车智能防撞防盗报警系统1461111设计要求1461112系统方案设计1461113硬件电路设计1471114系统软件设计149112太阳能光伏转换智能控制器1491121设计要求1491122系统方案设计1491123系统硬件设计1501124系统软件设计151113基于虚拟仪器和USB接口的数据采集器1511131设计要求1511132系统方案设计1511133系统硬件设计1521134系统软件设计154114基于虚拟仪器的电动机性能综合测试平台1561141设计要求1561142系统方案设计1561143系统硬件设计1571144系统软件设计158115引导机械手抓取棒料的定位测量1591151设计要求1591152建立机械手结构与棒料数学关系模型1601153图像处理1601154测量结果分析162116环境监测遥控机器人1621161设计要求1621162系统方案设计1621163系统硬件设计1631164系统软件设计1651165实物制作及实验166第12章无线传感器网络与物联网系统设计167121基于WSN的火灾探测报警系统1671211设计要求1671212系统硬件设计1671213系统软件设计1691214系统测试1691215结论170122基于WSN和GPRS技术的扬尘及噪声远程监测系统1701221设计要求1701222系统方案设计1701223数据采集模块1721224远程监控平台设计1731225系统测试1731226结论174123基于物联网技术的太阳能路灯远程智能控制系统1741231设计要求1741232系统方案设计1741233无线传感器节点硬件设计1751234系统软件设计1761235系统调试178124桥梁健康状态远程在线监测系统1791241设计要求1791242系统方案设计1801243系统关键技术1811244系统硬件设计1811245物联网云平台配置与数据上传1821246NBIoT通信1831247GPRS与NBIoT通信测试对比1851248Android APP开发1861249远程计算机监测软件开发18912410神经网络数据分析算法设计19012411结论193参考文献194前言第1篇基础性实验第1章力、压力传感器实验211应变片桥路特性实验2111实验目的2112基本原理2113需用器件与单元5114实验步骤6115思考题812应变片数字电子秤实验8121实验目的8122基本原理8123需用器件与单元9124实验步骤913应变片温度特性及补偿实验10131实验目的10132基本原理10133需用器件与单元10134实验步骤1014应变片振动测量实验11141实验目的11142基本原理12143需用器件与单元12144实验步骤1215压阻式传感器压力测量实验13151实验目的13152基本原理14153需用器件与单元14154实验步骤1416CSYXS01传感器系统实验箱说明15161实验箱简介15162实验箱组成16163实验箱参数17第2章位移、振动传感器实验1821电容式传感器位移测量实验18211实验目的18212基本原理18213需用器件与单元20214实验步骤2022差动变压器的性能实验与振动测量22221实验目的22222基本原理22223需用器件与单元24224实验步骤24225思考题2723电涡流传感器特性实验27231实验目的27232基本原理27233需用器件与单元30234实验步骤3024电涡流和压电式传感器测量振动实验31241实验目的31242基本原理32243需用器件与单元34244实验步骤34第3章温度传感器实验3731温度源的温度控制调节实验37311实验目的37312基本原理37313需用器件与单元37314实验步骤3732K型热电偶测温特性实验40321实验目的40322基本原理40323需用器件与单元41324实验步骤4133Pt100铂电阻测温特性实验45331实验目的45332基本原理45333需用器件与单元45334实验步骤46335思考题4834集成温度传感器(AD590)温度特性实验49目录341实验目的49342基本原理49343需用器件与单元49344实验步骤4935NTC热敏电阻温度特性实验50351实验目的50352基本原理50353需用器件与单元51354实验步骤5136PN结温度传感器温度特性实验52361实验目的52362基本原理53363需用器件与单元53364实验步骤53第4章磁敏、气敏和湿敏传感器实验5541线性霍尔式传感器位移特性实验55411实验目的55412基本原理55413需用器件与单元56414实验步骤5642霍尔和磁电式传感器测量转速实验57421实验目的57422基本原理57423需用器件与单元58424实验步骤58425思考题5943气敏和湿敏传感器实验60431实验目的60432基本原理60433需用器件与单元61434实验步骤61第5章光电传感器实验6351光敏电阻特性参数测量实验63511实验目的63512需用器件与单元63513实验步骤6352光电二极管特性及光照灵敏度测量实验65521实验目的65522需用器件与单元65523实验步骤6553热敏器件与热释电探测器实验69531实验目的69532需用器件与单元69533实验步骤6954PSD位置传感器特性参数测量实验71541实验目的71542需用器件与单元71543实验步骤7155四象限光电传感器特性参数测量实验73551实验目的73552需用器件与单元73553实验步骤7356光电传感器电机转速测量与控制实验74561实验目的74562基本原理75563需用器件与单元75564实验步骤7557光纤传感器位移特性实验77571实验目的77572基本原理77573需用器件与单元78574实验步骤78第6章无损检测技术实验8061电磁波测厚实验80611实验目的80612基本原理80613实验设备80614实验步骤8062钢筋直径和保护层厚度检测实验81621实验目的81622基本原理81623实验设备82624实验步骤8263钢筋扫描探测实验83631实验目的83632基本原理83633实验设备83634实验步骤8364混凝土裂缝检测实验84641实验目的84642基本原理85643实验设备86644实验步骤86第2篇工业传感器与自动化仪器仪表生产实习第7章工业传感器8871金属热电阻系列88711WZ系列装配式热电阻88712WZ系列铠装热电阻89713WZCM、WZPM系列端面热电阻9072热电偶系列90721WR系列装配式热电偶90722WR系列铠装热电偶91723防爆热电偶9173物位计92731ULMSY21A1系列超高频微波物位计92732SYLW3X系列导波雷达物位计93733LevelEase智能开关式射频导纳物位计93734SYCDQLS23001型干熄焦炉红焦高温料位计95735LHDG700系列电感式液位变送器95736SYCW系列超声波物(液)位仪9674流量计97741SYFLU2000超声波流量计97742LD系列电磁流量计99743LUGB系列涡街流量计100744YRTGY涡轮流量计101745SYLWQ系列气体涡轮流量计102746SYB靶式智能流量计10275压力（差压）变送器103751LH系列压力(差压)变送器104752LH3851/1851GP型压力含负压变送器105753LH3851/1851DR型微差压变送器105第8章自动化仪器仪表10781气体检测仪表107811SYQT2000NDIR红外气体检测仪107812SYQT2000VOC探测仪108813泵吸便携式可燃气体检测报警仪109814CCZ1000全自动粉尘检测仪11082校验（标定）仪表111821HG2000压力仪表自动校验系统111822HG2000RZJ热工全自动检定系统112823CPC2000ⅢA压力校验仪114824HGS301热电偶校验仪114825HG系列压力发生装置11583显示调节仪表115831XMTA9000系列智能数字显示调节仪115832XMGA9000智能光柱显示调节仪116833XMPA9000智能PID调节仪116834XMYA智能电接点液位显示控制仪11784无线仪表118841SYSPRMW智能无线网关118842SYSPRMIO智能无线转换设备118843SYSPRMP智能无线压力变送器119844SYSPRMT智能无线温度变送器119845SYSPRMTP智能无线温压仪120846SYSPRMP系列智能无线压力变送器120847SYSPRMM系列智能无线执行机构121第3篇创意性与综合性设计第9章创意性设计12491人体智能电子秤124911设计要求124912系统功能及主要技术指标124913参考文献12592金属厚度测量仪125921设计要求125922系统功能及主要技术指标125923参考文献12693电子罗盘126931设计要求126932系统功能及主要技术指标126933参考文献12694PM25测量仪127941设计要求127942系统功能及主要技术指标127943参考文献12795无线防盗报警器127951设计要求127952系统功能及主要技术指标128953参考文献12896智能语音导盲杖128961设计要求128962系统功能及主要技术指标129963参考文献12997心率测量仪129971设计要求129972系统功能及主要技术指标129973参考文献13098肺活量检测仪130981设计要求130982系统功能及主要技术指标130983参考文献13099水质检测仪131991设计要求131992系统功能及主要技术指标131993参考文献131910太阳墙采暖控制器1319101设计要求1319102系统功能及主要技术指标1329103参考文献132911电动车速度测量仪1329111设计要求1329112系统功能及主要技术指标1329113参考文献133912风速风向测试仪1339121设计要求1339122系统功能及主要技术指标1339123参考文献133第10章综合性设计134101火灾探测报警与联动系统1341011设计要求1341012系统功能及主要技术指标1341013参考文献135102小型气象站系统1351021设计要求1351022系统功能及主要技术指标1351023参考文献136103智能家居系统1361031设计要求1361032系统功能及主要技术指标1361033参考文献137104智能路灯控制系统1371041设计要求1371042系统功能及主要技术指标1371043参考文献138105智能停车场管理系统1381051设计要求1381052系统功能及主要技术指标1381053参考文献139106车辆追踪定位系统1391061设计要求1391062系统功能及主要技术指标1391063参考文献140107智能农业大棚控制系统1401071设计要求1401072系统功能及主要技术指标1401073参考文献141108住宅小区安防系统1411081设计要求1411082系统功能及主要技术指标1411083参考文献142109酒店传菜机器人系统1421091设计要求1421092系统功能及主要技术指标1421093参考文献1431010住宅小区巡逻机器人系统14310101设计要求14310102系统功能及主要技术指标14310103参考文献144第4篇测控系统与仪器设计案例第11章智能仪器与机器人设计146111汽车智能防撞防盗报警系统1461111设计要求1461112系统方案设计1461113硬件电路设计1471114系统软件设计149112太阳能光伏转换智能控制器1491121设计要求1491122系统方案设计1491123系统硬件设计1501124系统软件设计151113基于虚拟仪器和USB接口的数据采集器1511131设计要求1511132系统方案设计1511133系统硬件设计1521134系统软件设计154114基于虚拟仪器的电动机性能综合测试平台1561141设计要求1561142系统方案设计1561143系统硬件设计1571144系统软件设计158115引导机械手抓取棒料的定位测量1591151设计要求1591152建立机械手结构与棒料数学关系模型1601153图像处理1601154测量结果分析162116环境监测遥控机器人1621161设计要求1621162系统方案设计1621163系统硬件设计1631164系统软件设计1651165实物制作及实验166第12章无线传感器网络与物联网系统设计167121基于WSN的火灾探测报警系统1671211设计要求1671212系统硬件设计1671213系统软件设计1691214系统测试1691215结论170122基于WSN和GPRS技术的扬尘及噪声远程监测系统1701221设计要求1701222系统方案设计1701223数据采集模块1721224远程监控平台设计1731225系统测试1731226结论174123基于物联网技术的太阳能路灯远程智能控制系统1741231设计要求1741232系统方案设计1741233无线传感器节点硬件设计1751234系统软件设计1761235系统调试178124桥梁健康状态远程在线监测系统1791241设计要求1791242系统方案设计1801243系统关键技术1811244系统硬件设计1811245物联网云平台配置与数据上传1821246NBIoT通信1831247GPRS与NBIoT通信测试对比1851248Android APP开发1861249远程计算机监测软件开发18912410神经网络数据分析算法设计19012411结论193参考文献194