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绪论1

0.1 本课程涉及的领域1

0.2 自动检测系统的组成2

0.3 检测与转换技术的发展方向3

第1章 传感器技术基础5

1.1 测量的概念和测量的方法5

1.1.1 测量的概念5

1.1.2 测量方法6

1.2 测量误差及分类7

1.2.1 测量误差的概念7

1.2.2 测量误差的分类7

1.3 传感器与自动检测系统10

1.3.1 传感器定义及组成10

1.3.2 传感器的分类11

1.3.3 传感器的特性13

1.3.4 传感器的选用15

1.3.5 传感器的保养与维修17

1.3.6 自动测控系统17

1.4 传感器的数学模型18

1.4.1 传感器的静态数学模型19

1.4.2 传感器的动态数学模型19

实训1 传感器基础知识20

本章小结21

习题121

第2章 温度传感器23

2.1 温度测量的基本概念23

2.1.1 温度的基本概念23

2.1.2 温度测量及传感器分类23

2.2 热电阻式温度传感器23

2.2.1 金属导体热电阻的工作原理24

2.2.2 热电阻的结构25

2.2.3 热电阻的测量电路26

2.2.4 热电阻传感器的应用——热电阻在烟叶初烤炕房温度控制中的应用27

2.3 半导体温度传感器28

2.3.1 热敏电阻28

2.3.2 PN结温度传感器31

2.4 热电偶式温度传感器32

2.4.1 基本原理32

2.4.2 热电偶组成、分类及其特点34

2.4.3 热电偶冷端的延长36

2.4.4 热电偶的冷端补偿法36

2.4.5 热电偶的选择、安装使用和校验39

2.4.6 热电偶的应用——金属表面温度的测量39

2.5 集成温度传感器及应用40

2.5.1 集成温度传感器的测温原理40

2.5.2 集成温度传感器的类型41

2.6 温度传感器的特性与检修46

2.6.1 温度传感器的检修46

2.6.2 温度传感器性能、参数及应用特点47

实训2 热敏电阻实训（温度控制器）48

本章小结49

习题249

第3章 气体和湿度传感器51

3.1 气体传感器51

3.1.1 半导体气敏传感器51

3.1.2 接触燃烧式气敏传感器54

3.1.3 半导体热敏传感器的主要参数55

3.1.4 气敏传感器的性能、参数与应用特点56

3.1.5 气敏传感器的应用——瓦斯报警器57

3.1.6 气敏传感器的使用注意事项57

3.1.7 气敏传感器的检修58

3.2 湿敏传感器58

3.2.1 湿度的基本概念59

3.2.2 湿敏电阻型传感器59

3.2.3 电容式湿度传感器61

3.2.4 结露传感器61

3.2.5 湿敏传感器的主要参数62

3.3.6 湿敏传感器的性能、参数与应用特点63

3.2.7 湿度传感器的应用63

3.2.8 湿度传感器的使用注意事项64

3.2.9 湿度传感器的检修65

实训3 气敏传感器应用实训65

本章小结67

习题368

第4章 力敏传感器及其应用70

4.1 弹性敏感元件70

4.1.1 弹性敏感元件的结构形式70

4.2 电阻应变片传感器73

4.2.1 电阻应变片73

4.2.2 应变片的结构形式、类型与粘贴方法74

4.2.3 测量转换电路75

4.2.4 应变电阻传感器的应用76

4.3 电容传感器80

4.3.1 电容式传感器的工作原理80

4.3.2 电容式传感器的测量电路85

4.3.3 电容式传感器的应用87

4.4 电感式传感器89

4.4.1 自感式传感器89

4.4.2 自感式传感器测量转换电路92

4.4.3 互感式传感器93

4.4.4 电感式传感器的应用96

4.5 压电式传感器97

4.5.1 压电式传感器的工作原理98

4.5.2 压电式传感器的测量转换电路99

4.5.3 压电式传感器的应用100

4.6 压力测量102

4.6.1 差动电容式差压变送器102

4.6.2 利用电容差压变送器测量液体的液位103

4.7 流量的概念和测量104

4.7.1 流量的基本概念104

4.7.2 节流式流量计及电容差压变送器在流量测量中的应用104

4.8 力敏传感器的检修、性能参数和特点105

4.8.1 力敏传感器的检修105

4.8.2 力敏传感器的性能参数和特点106

实训4 半导体应变片实训107

本章小结109

习题4110

第5章 位置传感器112

5.1 模拟式位置及位移传感器112

5.1.1 电位器式传感器及其应用112

5.1.2 可变气隙式电感位移测微仪113

5.1.3 电容式位移传感器测距电路114

5.2 数字式位置及位移传感器114

5.2.1 光栅传感器及其应用114

5.2.2 磁栅式位移传感器及其应用119

5.2.3 感应同步器及其应用121

5.2.4 光电编码器及其应用122

5.3 接近传感器及其应用127

5.3.1 接近传感器的基本知识127

5.3.2 接近传感器的应用实例128

5.4 位置及位移传感器的检修129

5.4.1 位置及位移传感器的检修129

5.4.2 位置和位移传感器性能、参数及应用特点130

实训5 干簧管入侵报警器实训132

本章小结133

习题5134

第6章 磁电传感器136

6.1 磁敏传感器136

6.1.1 磁敏元件与传感器136

6.1.2 磁敏二极管137

6.1.3 磁敏三极管139

6.2 霍尔传感器141

6.2.1 霍尔元件结构142

6.2.2 霍尔传感器工作原理142

6.2.3 霍尔元件特性参数143

6.2.4 集成霍尔元件144

6.2.5 霍尔传感器的应用145

6.3 电涡流传感器145

6.3.1 电涡流传感器的工作原理146

6.3.2 电涡流传感器的结构146

6.3.3 电涡流传感器的测量电路147

6.3.4 电涡流传感器的应用148

6.4 磁敏传感器的特性与检修149

6.4.1 磁敏传感器的检修149

6.4.2 磁敏传感器性能、参数及应用特点149

实训6 霍尔传感器应用实训150

本章小结151

习题6152

第7章 光电效应和光电传感器153

7.1 光电效应和光电器件153

7.1.1 光电效应153

7.1.2 光电器件154

7.1.3 光电耦合器件160

7.1.4 半导体色敏传感器161

7.2 光电传感器的应用162

7.2.1 光电传感器的基本组成162

7.2.2 光电传感器的基本类型163

7.2.3 光电传感器应用举例164

7.2.4 光电传感器的检修164

7.2.5 光电传感器的性能、参数及应用特点165

7.3 红外传感器166

7.3.1 红外传感器的类型166

7.3.2 红外传感器的应用167

7.3.3 热释电型红外传感器使用注意事项169

7.4 光纤传感器169

7.4.1 光纤的结构和传光原理169

7.4.2 光纤传感器170

7.4.3 光纤传感器的应用171

实训7 热释电传感器应用实训172

本章小结174

习题7175

第8章 新型传感器177

8.1 微波传感器177

8.1.1 微波传感器的基础知识177

8.1.2 微波传感器的优点及存在问题179

8.1.3 微波传感器的应用179

8.2 超声波传感器181

8.2.1 超声波检测原理181

8.2.2 超声波传感器182

8.2.3 超声波探头电路183

8.2.4 超声波传感器的主要参数184

8.2.5 超声波传感器的应用185

8.2.6 超声波传感器的检修187

8.3 生物传感器187

8.3.1 生物传感器的基础知识188

8.3.2 生物传感器的工作原理及结构189

8.3.3 生物传感器的发展趋势192

8.4 机器人传感器192

8.4.1 机器人与传感器192

8.4.2 机器人传感器的分类及特点193

8.4.3 触觉传感器195

8.4.4 视觉传感器198

8.4.5 听、嗅和味觉传感器199

8.4.6 接近觉传感器201

8.5 智能传感器201

8.5.1 智能传感器概述201

8.5.2 智能传感器的实现途径203

8.5.2 智能传感器的应用204

8.5.3 智能传感器的发展趋势207

实训8 超声波雾化器实训208

本章小结210

习题8211

第9章 无线传感器网络技术及应用213

9.1 无线传感器网络概述213

9.1.1 无线传感器网络的概念213

9.1.2 无线传感器网络的特征214

9.2 无线传感器网络的体系结构215

9.2.1 无线传感器网络的系统架构215

9.2.2 传感器节点的结构216

9.2.3 节点试验平台216

9.3 无线传感器网络的通信协议219

9.3.1 IEEE802.15.4标准219

9.3.2 ZigBee协议221

9.4 无线传感器网络的开发223

9.4.1 无线传感器网络硬件系统223

9.4.2 无线传感器网络软件环境227

9.4.3 无线传感器网络仿真平台228

9.5 无线传感器网络的应用229

9.5.1 军事领域229

9.5.2 环境的监测和保护229

9.5.3 医疗护理230

9.5.4 智能家居系统231

9.5.5 工业领域231

9.5.6 农业领域233

9.5.7 建筑领域233

9.5.8 空间、海洋探索233

本章小结233

习题9234

第10章 传感器的接口处理236

10.1 传感器接口电路基础知识236

10.1.1 传感器输出信号的特点236

10.1.2 传感器输出信号的处理方法236

10.1.3 检测电路形式237

10.1.4 传感器与微型计算机结合的重要性238

10.1.5 检测信号在输入微型计算机前的处理238

10.2 传感器信号检测电路实例239

10.2.1 阻抗匹配器239

10.2.2 电桥电路240

10.2.3 放大电路242

10.2.4 电荷放大器243

10.3 传感器信号转换电路实例244

10.3.1 电压－电流转换电路244

10.3.2 电流－电压转换电路246

10.3.3 电压－频率转换电路246

10.3.4 模－数转换电路249

实训9 传感器接口电路实训251

本章小结251

习题10253

第11章 自动检测与转换技术中的抗干扰技术254

11.1 测试系统信号的传输与噪声254

11.1.1 信号的传输254

11.1.2 噪声源255

11.1.3 信噪比256

11.2 噪声的耦合途径256

11.2.1 电场耦合257

11.2.2 电磁耦合257

11.2.3 电阻耦合258

11.2.4 共阻抗耦合258

11.2.5 差模干扰258

11.2.6 共模干扰259

11.2.7 共模抑制比CMRR259

11.3 测试系统的抗干扰技术259

11.3.1 屏蔽技术260

11.3.2 接地技术261

11.3.3 浮空技术262

11.3.4 滤波器和脉冲电路中的噪声抑制263

本章小结263

习题11263

第12章 检测技术的综合应用266

12.1 现代检测系统的基本结构267

12.1.1 智能仪器（Smart Instruments）267

12.1.2 个人仪器（Personal Instruments，简称PI）267

12.1.3 自动测试系统（AutoumaticTesting System，缩写为ATS）267

12.2 带计算机的检测系统简介268

12.2.1 带计算机的检测系统的特点及功能268

12.2.2 带计算机的检测系统的工作流程269

12.2.3 可编程序控制器中的传感器接口板270

12.3 带计算机的检测技术应用实例271

12.3.1 陶瓷隧道窑温度、压力监测控制系统271

12.3.2 智能化流量积算仪273

12.3.3 传感器在模糊控制洗衣机中的应用274

12.4 传感器在数控机床中的应用275

12.4.1 位置检测装置在进给控制中的应用276

12.4.2 接近开关在刀架选刀控制中的应用278

12.4.3 在自适应控制中的应用278

12.4.4 自动保护280

12.5 传感器在智能楼宇中的应用281

12.5.1 空调系统的监控282

12.5.2 给排水系统282

12.5.3 供配电与照明系统监控283

12.5.4 火灾监视、控制系统283

12.5.5 门禁、防盗系统284

12.5.6 停车监控系统284

12.5.7 电梯运行管理285

12.6 传感器在现代汽车中的应用288

本章小结290

习题12290

参考文献292