正版新书--传感器与自动检测技术 第2版 张玉莲 主 机械工业出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张玉莲 主 著

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111379768

商品编码：29489405307

包装：平装-胶订

出版时间：2017-01-01

基本信息

书名：传感器与自动检测技术 第2版

定价：43.00元

作者：张玉莲 主

出版社：机械工业出版社

出版日期：2017-01-01

ISBN：9787111379768

字数：435000

页码：272

版次：2

装帧：平装-胶订

开本：16开

商品重量：0.400kg

编辑推荐

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内容提要

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本书主要介绍了传感器的基本知识，力、压力、温度、位移、物位、机器人等传感器的基本工作原理及其在工业生产和日常生活中的应用，传感器输出信号的处理技术。

目录

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前言
章传感器的基本知识1
1.1传感器的作用与地位1
1.2传感器的应用与发展1
1.3传感器的定义与组成2
1.3.1传感器的定义2
1.3.2传感器的组成2
1.4传感器的分类3
1.4.1按被测物理量分类3
1.4.2按传感器工作原理分类4
1.5传感器的命名及代号5
1.5.1传感器命名法的构成5
1.5.2传感器代号的标记方法6
1.6传感器的基本特性6
1.6.1传感器的静态特性6
1.6.2传感器的动态特性10
习题13
第2章力、压力传感器14
2.1概述14
2.2弹性敏感元件15
2.2.1弹性敏感元件的特性15
2.2.2弹性敏感元件的分类16
2.3电阻应变式传感器18
2.3.1电阻应变片的结构18
2.3.2电阻应变片的分类19
2.3.3电阻应变片的工作原理19
2.3.4电阻应变片的测量电路21
2.3.5应变片的温度误差及补偿23
2.3.6应变片的粘接剂及粘贴、固化和检查24
2.3.7电阻应变片传感器的应用25
2.3.8常见电阻应变式传感器27
2.4压电式传感器27
2.4.1压电式传感器的工作原理——压电效应28
2.4.2压电式传感器的等效电路31
2.4.3压电式传感器的测量电路32
2.4.4压电式传感器的应用34
2.4.5常见压电式传感器36
2.5电容式传感器37
2.5.1变间隙式电容传感器38
2.5.2变面积式电容传感器39
2.5.3变介电常数式电容传感器41
2.5.4电容式传感器的测量转换电路42
2.5.5电容式传感器的应用44
2.5.6常见电容式传感器46
2.6电感式传感器47
2.6.1自感式电感传感器47
2.6.2互感式电感传感器——差动变压器式传感器50
2.6.3电感式传感器的应用52
2.6.4常见电感式传感器54
2.6.5电涡流式传感器及其应用55
2.6.6常见电涡流传感器59
2.7压阻式压力传感器60
2.7.1压阻式压力传感器的工作原理60
2.7.2常见压阻式压力传感器60
习题61
第3章温度传感器63
3.1温标及温度的测量方法63
3.1.1温标63
3.1.2温度的测量方法63
3.2膨胀式温度计64
3.2.1玻璃液体温度计64
3.2.2固体膨胀式温度计65
3.2.3气体膨胀式温度计65
3.3电阻式温度传感器67
3.3.1金属热电阻传感器67
3.3.2半导体热敏电阻71
3.4热电偶温度传感器73
3.4.1热电偶温度传感器的工作原理74
3.4.2热电极的材料及常用热电偶77
3.4.3热电偶传感器的结构77
3.4.4热电偶冷端温度补偿79
3.4.5热电偶测温电路80
3.4.6热电偶温度传感器的应用81
3.5集成温度传感器82
3.5.1集成温度传感器的基本工作原理82
3.5.2电压输出型集成温度传感器83
3.5.3电流输出型集成温度传感器83
3.5.4集成温度传感器的应用83
3.5.5常见集成温度传感器85
3.6辐射式温度传感器85
3.6.1辐射测温的原理85
3.6.2红外线温度传感器86
3.6.3亮度式温度传感器86
3.6.4比色温度传感器86
习题87
第4章位移、物位传感器88
4.1电位器式位移传感器88
4.1.1电位器的基本概念88
4.1.2电位器的类型、结构与材料89
4.1.3电位器的主要技术指标90
4.1.4线位移传感器90
4.1.5角位移传感器90
4.1.6电位器式传感器的应用90
4.1.7常见电位器式位移传感器91
4.2光栅位移传感器92
4.2.1光栅的概念92
4.2.2光栅位移传感器的工作原理——莫尔条纹92
4.2.3光栅位移传感器的结构93
4.2.4光栅位移传感器的特点及应用93
4.3磁栅位移传感器94
4.3.1磁栅的概念94
4.3.2磁栅的种类94
4.3.3磁栅位移传感器的结构和工作原理95
4.3.4磁栅位移传感器的应用96
4.4接近传感器96
4.4.1电容式接近传感器97
4.4.2电感式接近传感器97
4.4.3接近传感器的应用98
4.5液位传感器98
4.5.1导电式水位传感器99
4.5.2压差式液位传感器100
4.5.3常见液位传感器101
4.5.4磁致伸缩液位（位移）传感器101
4.6电容式物位传感器103
4.6.1电容式液位传感器的工作原理103
4.6.2电容式物位传感器104
4.6.3电容式物位传感器的应用104
4.7流量传感器105
4.7.1电磁流量计105
4.7.2涡轮式流量传感器107
习题109
第5章光电式传感器110
5.1光电效应及光电器件110
5.1.1光电效应110
5.1.2光电管、光电倍增管111
5.1.3光敏电阻112
5.1.4光敏二极管、光敏晶体管114
5.1.5光电池116
5.2光电式传感器的测量电路117
5.2.1光电管路灯自动控制器117
5.2.2光敏电阻控制的报警电路118
5.2.3光敏二极管测量电路118
5.2.4光敏晶体管测量电路119
5.2.5光电池的测量电路119
5.3光纤传感器120
5.3.1光纤的结构和传光原理120
5.3.2光纤传感器的工作原理122
5.3.3光纤传感器的特点123
5.3.4光纤传感器的应用123
5.4电荷耦合摄影器件125
5.4.1电荷耦合器件的基本工作原理125
5.4.2电荷耦合器件图像传感器126
5.5红外传感器127
5.5.1红外光电探测器127
5.5.2红外热敏探测器128
5.5.3热释电红外传感器129
5.6光电式传感器的应用131
5.6.1光电式传感器的类型132
5.6.2光电式传感器的应用132
5.6.3光电开关135
习题137
第6章磁电式传感器139
6.1概述139
6.2霍尔传感器的工作原理与特性139
6.2.1霍尔效应139
6.2.2霍尔元件的结构和主要参数141
6.2.3霍尔集成传感器142
6.3磁敏传感器143
6.3.1磁敏电阻143
6.3.2磁敏二极管145
6.3.3磁敏晶体管147
6.4磁电式传感器的应用149
6.4.1霍尔传感器

作者介绍

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文摘

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序言

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《现代传感器技术与应用》 内容简介 本书深入探讨了现代传感器技术的核心原理、关键分类、性能评价以及广泛的应用前景。全书旨在为读者构建一个全面且深入的传感器知识体系，从基础理论到实际应用，循序渐进地引导读者理解这一在现代科技发展中扮演着至关重要角色的领域。 第一篇：传感器基础理论与原理 本篇将从传感器最本质的层面展开，为读者打下坚实的理论基础。 第一章：传感器概述 1.1 什么是传感器？ 详细阐述传感器的定义，强调其作为信息获取前端的关键作用，是实现系统感知、监测、控制和智能化的起点。 介绍传感器在不同学科和工程领域中的地位和价值，例如在自动化、物联网、人工智能、生物医学、环境监测等方面的不可或缺性。 探讨传感器如何将物理量、化学量等外部信号转化为可被电子系统处理的电信号，并分析其信息转换的本质。 1.2 传感器的发展历程与趋势 追溯传感器技术的发展脉络，从早期的机械式传感器到如今的微纳米传感器、智能传感器，梳理其技术演进的里程碑事件。 分析驱动传感器技术发展的关键因素，如半导体技术、MEMS（微机电系统）技术、纳米技术、集成电路技术、新材料科学等。 展望传感器的未来发展方向，包括高精度化、微型化、集成化、智能化、网络化、多功能化、低功耗化以及对环境友好性等方面的要求。 1.3 传感器的基本组成与工作原理 解析传感器的典型结构，通常包括敏感元件、转换元件、信号处理电路和输出接口等。 深入剖析不同类型传感器的核心工作原理，例如： 压电效应： 介绍晶体材料受力产生电荷的现象，及其在压力传感器、加速度传感器中的应用。 热电效应： 讲解温差产生电压的原理，应用于热电偶温度传感器。 电磁感应： 描述导体在磁场中运动产生感应电动势的原理，应用于位移传感器、速度传感器。 电阻效应： 阐述材料电阻随外界因素（如温度、应变、湿度）变化的原理，应用于电阻温度计、应变片、湿度传感器。 电容效应： 解释介质电容随电极间距离、介电常数变化的原理，应用于电容式位移传感器、压力传感器、湿度传感器。 霍尔效应： 介绍半导体材料在磁场中通电时产生横向电势差的现象，应用于磁场传感器、电流传感器。 光电效应： 讲解光照射半导体材料产生载流子或改变导电性的现象，应用于光敏电阻、光电二极管、光电晶体管。 化学敏感原理： 介绍物质的化学性质变化（如氧化还原、吸附、络合）引起电学、光学等参数变化的原理，应用于气体传感器、pH传感器。 第二章：传感器的分类方法 2.1 按被测量分类 系统梳理各类被测量及其对应的传感器，例如： 力学量传感器： 压力、力、位移、速度、加速度、振动、应变、扭矩等。 热学量传感器： 温度、热流、热辐射等。 电学量传感器： 电压、电流、电阻、电容、电感、频率、电荷等。 磁学量传感器： 磁场强度、磁通量、磁导率等。 光学量传感器： 光强、光通量、光谱、颜色、折射率等。 化学量传感器： 气体浓度（O2, CO, CO2, CH4等）、pH值、湿度、离子浓度、生物分子等。 声学量传感器： 声压、声强、声速等。 辐射传感器： α, β, γ射线，X射线等。 2.2 按工作原理分类 将前一章介绍的各种基本工作原理进行归类，形成更清晰的传感器分类体系，如压电式传感器、热敏电阻传感器、光电传感器、霍尔传感器等。 2.3 按输出信号类型分类 区分模拟传感器（输出连续变化的电信号）和数字传感器（输出离散的数字信号）。 介绍开关量传感器（输出二态信号，如开/关）。 2.4 按能量转换方式分类 有源传感器： 需要外部电源供能才能工作，如电阻式、电容式传感器。 无源传感器： 能直接将外界能量转换为电能，无需外部电源，如压电式、热电式传感器。 2.5 按敏感材料分类 介绍不同敏感材料（如半导体、陶瓷、聚合物、金属、晶体）的特性及其在传感器中的应用。 2.6 按集成化程度分类 讲解从通用型传感器到专用型传感器，再到智能传感器和微型化传感器（MEMS）的发展路径。 第三章：传感器的性能评价指标 3.1 灵敏度 (Sensitivity) 定义灵敏度，即输出量的变化量与引起该变化的输入量的变化量之比。 解释线性灵敏度和非线性灵敏度，以及不同应用场景对灵敏度的要求。 探讨影响灵敏度的因素，如敏感元件的材料、结构设计等。 3.2 测量范围 (Measurement Range) 定义传感器能够有效测量的输入量值的上限和下限。 说明测量范围与传感器精度、成本之间的权衡关系。 3.3 精度 (Accuracy) 阐述精度，即传感器实际测量值与真实值之间的接近程度。 区分固有误差、系统误差和随机误差，以及它们对精度的影响。 介绍精度等级、测量不确定度等概念。 3.4 分辨率 (Resolution) 定义分辨率，即传感器能够区分的最小输入量变化。 说明分辨率与最小可检测信号、噪声的关系。 3.5 线性度 (Linearity) 解释线性度，即传感器输出与输入之间的线性程度。 介绍偏差、最大线性偏差等指标，以及非线性补偿的必要性。 3.6 迟滞 (Hysteresis) 定义迟滞，即同一输入值，在输入量增加和减小时，输出值出现差异的现象。 分析迟滞产生的原因，如材料的塑性形变、磁滞等。 3.7 重复性 (Repeatability) 解释重复性，即在相同条件下，多次测量同一输入量时，输出值的一致性程度。 说明重复性对传感器稳定性的重要性。 3.8 响应时间 (Response Time) 定义响应时间，即传感器输出量从初始值变化到最终值一定百分比（如90%）所需的时间。 讨论不同应用对响应时间的要求，如快速动态响应。 3.9 稳定性 (Stability) 阐述稳定性，即传感器长期工作时，其性能参数（如零点、灵敏度）保持不变的能力。 分析温度漂移、时间漂移等影响稳定性的因素。 3.10 工作温度范围与湿度范围 (Operating Temperature and Humidity Range) 说明传感器在何种温度和湿度条件下能够正常工作。 介绍环境因素对传感器性能的影响。 3.11 其他性能指标 如功耗、抗干扰能力、寿命、可靠性等。 第二篇：典型传感器技术与原理详解 本篇将深入剖析几种关键的、应用广泛的传感器技术，并详细阐述其工作原理、结构特点、优缺点及典型应用。 第四章：温度传感器 4.1 热电偶 (Thermocouple) 详细介绍塞贝克效应，不同金属材料组合的测温原理。 分析常用热电偶类型（K、J、T、E、N、R、S、B）的材料、温度范围、精度和特点。 探讨安装、冷端补偿等实际应用问题。 4.2 热敏电阻 (Thermistor) 介绍NTC（负温度系数）和PTC（正温度系数）热敏电阻的工作原理。 分析其高灵敏度、快速响应的特点，以及局限性（非线性、自热效应）。 列举在温度监测、控制等领域的应用。 4.3 电阻温度探测器 (RTD - Resistance Temperature Detector) 讲解金属铂、铜、镍等材料的电阻随温度变化的规律。 分析其高精度、高稳定性和优良的线性度，以及其在精密测量中的重要性。 介绍三线制、四线制接线方式的优势。 4.4 半导体温度传感器 介绍PN结正向压降与温度的关系，以及集成电路温度传感器（如LM35、TMP36）的工作原理。 分析其体积小、功耗低、易于集成等特点。 4.5 红外温度传感器 阐述物体辐射红外线的原理，以及通过红外辐射测量表面温度的技术。 介绍非接触式测温的优势，以及在高温、移动物体、难以接触的场景下的应用。 第五章：压力传感器 5.1 压阻式压力传感器 详细介绍应变片（电阻应变片、半导体应变片）的应变效应。 讲解采用惠斯通电桥电路测量应变引起的电阻变化，从而测得压力。 分析基于硅膜片和MEMS技术的压阻式传感器。 5.2 压电式压力传感器 再次强调压电效应在测量动态压力时的应用。 分析其高频响应、自发电等特点。 5.3 电容式压力传感器 介绍膜片变形导致电容变化的原理。 分析其高灵敏度、良好的线性度和稳定性。 5.4 其它类型压力传感器 简要介绍磁致伸缩式、谐振式等压力传感器。 第六章：位移传感器 6.1 线性可变差动变压器 (LVDT) 详细讲解其电磁感应原理，通过变压器初级与次级线圈的耦合度变化来测量线性位移。 分析其高精度、高可靠性、非接触性等优点，广泛应用于精密测量和控制。 6.2 编码器 (Encoder) 介绍光电编码器（绝对式和增量式）的工作原理，通过光信号的编码和解码来获取角度或位移信息。 分析其在机器人、数控机床等领域的应用。 6.3 超声波位移传感器 阐述超声波的发射、反射和接收原理，根据声波往返时间计算距离。 分析其非接触式、测量范围广的特点。 6.4 电感式和电容式位移传感器 回顾前面介绍的电感和电容变化原理在位移测量中的具体实现。 第七章：气体传感器 7.1 半导体型气体传感器 介绍金属氧化物半导体（MOS）气体传感器的工作原理，例如CO、CH4、LPG等气体的吸附、脱附引起其电导率变化。 分析其高灵敏度、低成本的特点，但也存在选择性差、易受环境影响等问题。 7.2 电化学式气体传感器 讲解通过氧化还原反应产生电信号的原理，例如用于检测CO、H2S、O2等。 分析其高选择性、响应快、功耗低的优点。 7.3 红外气体传感器 介绍利用气体对特定波长红外线的吸收特性来检测气体浓度的原理。 分析其非接触式、高选择性和长寿命等特点，适用于CO2、CH4等气体的检测。 第八章：其他典型传感器 8.1 湿度传感器 介绍电阻式、电容式湿度传感器的工作原理，以及基于聚合物、氧化物等敏感材料的特性。 分析其在环境监测、工业控制等领域的应用。 8.2 光传感器 详细介绍光敏电阻、光电二极管、光电晶体管、CMOS/CCD图像传感器等。 分析其在光照检测、图像采集、通信等方面的应用。 8.3 惯性传感器 讲解加速度计、陀螺仪的工作原理，以及它们在姿态感知、运动跟踪中的作用。 介绍MEMS惯性传感器及其在消费电子、汽车、航空航天等领域的广泛应用。 8.4 生物传感器 介绍生物传感器基本构成（识别元件、信号转换元件），以及在血糖、DNA、抗体等生物分子检测中的应用。 第三篇：传感器信号处理与应用 本篇将聚焦于传感器输出信号的后续处理，以及传感技术在不同领域的实际应用案例。 第九章：传感器信号处理技术 9.1 信号调理 介绍滤波（低通、高通、带通、陷波）、放大（仪表放大器）、隔离（光耦、隔离放大器）等技术，以改善信号质量。 分析传感器输出信号的特点，如微弱、噪声大、非线性等，以及调理的目的。 9.2 模数转换 (ADC) 讲解ADC的基本原理、分辨率、采样率等关键参数。 介绍SAR、Sigma-delta等不同类型的ADC。 说明ADC在将模拟传感器信号转化为数字信号以供微处理器处理过程中的重要性。 9.3 数字信号处理 (DSP) 介绍常用的数字滤波算法、统计分析方法。 讲解传感器数据融合技术，将多个传感器数据结合以获得更准确、更全面的信息。 探讨校准和补偿算法，以提高传感器的测量精度和稳定性。 9.4 嵌入式系统与微控制器 介绍微控制器（MCU）在传感器数据采集、处理、控制输出中的作用。 讲解嵌入式系统的设计思路，如何将传感器与MCU高效集成。 第十章：传感器在自动检测系统中的应用 10.1 工业自动化 生产过程监测与控制： 温度、压力、流量、液位传感器在化工、电力、冶金等行业的应用。 产品质量检测： 视觉传感器、尺寸传感器、表面缺陷传感器在产品检测中的应用。 设备状态监测与故障诊断： 振动传感器、温度传感器、声音传感器在预测性维护中的应用。 机器人与自动化设备： 编码器、视觉传感器、力觉传感器在机器人中的应用。 10.2 智能家居与楼宇自动化 环境监测： 温湿度传感器、CO2传感器、VOC传感器在室内环境监测中的应用。 安防系统： 红外被动传感器、微波传感器、门磁传感器在入侵检测中的应用。 能源管理： 智能电表、水表、燃气表集成传感器技术。 10.3 交通与汽车电子 发动机控制： 氧传感器、爆震传感器、进气压力传感器等。 安全系统： ABS轮速传感器、胎压监测传感器、雨刮传感器、碰撞传感器。 导航与定位： GPS、IMU（惯性测量单元）的应用。 ADAS（高级驾驶辅助系统）： 毫米波雷达、激光雷达、摄像头等传感器协同工作。 10.4 医疗与健康监测 体征监测： 心率传感器、血氧传感器、体温传感器、呼吸传感器。 疾病诊断： 生物传感器用于血糖、尿酸、特定生物标记物的检测。 医学影像： CT、MRI等设备中的各种传感器。 10.5 环境监测与科学研究 大气监测： 污染物传感器（SO2, NOx, O3）、气象传感器。 水质监测： pH传感器、溶解氧传感器、浊度传感器、离子传感器。 地质与遥感： 各类地球物理传感器、遥感卫星上的探测器。 第十一章：智能传感器与物联网 11.1 智能传感器的概念与特性 定义智能传感器，强调其集成微处理器、存储器和通信接口，具备数据处理、自诊断、自校准、通信等功能。 分析智能传感器相对于传统传感器的优势。 11.2 传感器网络 (Sensor Network) 介绍无线传感器网络（WSN）的架构、通信协议和关键技术。 探讨传感器网络在分布式监测、协同感知等方面的应用。 11.3 物联网 (IoT) 中的传感器角色 阐述传感器作为物联网感知层的核心组成部分，是连接物理世界与数字世界的关键桥梁。 分析传感器数据在物联网平台的采集、传输、存储、分析和应用流程。 展望传感器在构建智能万物互联世界的巨大潜力。 结语 本书力求为读者提供一个清晰、全面且实用的传感器技术学习框架。通过对传感器基础理论、分类、性能指标、典型技术原理以及信号处理和实际应用的深入探讨，读者将能够深刻理解传感器技术的核心价值，并掌握其在现代科技和社会发展中的关键作用。希望本书能激发读者对传感器技术的学习兴趣，并为相关领域的研究、开发和应用提供有益的参考。

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终于收到这本书了，拿到手的那一刻就迫不及待地翻看了。虽然我是一名资深的电气工程师，平时接触最多的就是各种复杂的控制系统和嵌入式开发，但对于传感器和自动检测技术这个基础领域，我一直保持着高度的关注和学习热情。这次选择购买这本书，主要看中了它的“第2版”和“机械工业出版社”这两个标签，通常这类出版社和更新的版本都意味着内容的严谨性和前沿性。从初步翻阅的感受来看，这本书确实没有让我失望。封面设计简洁大气，印刷质量也很不错，纸张手感也很好，这对于长时间阅读的舒适度来说至关重要。我尤其关注的是它对于不同类型传感器的原理、特性以及应用场景的介绍是否足够详尽和清晰。在初步浏览的章节中，我看到对温度传感器、压力传感器、位移传感器等基础且关键的传感器的讲解，不仅有理论推导，还有实际应用案例的分析，这对于我这种需要将理论知识转化为实践经验的人来说，非常有价值。而且，从章节的组织结构来看，似乎是从基础理论循序渐进到更复杂的应用，这对于新手或者需要系统性学习的读者来说，应该是非常友好的。我特别期待后续章节中关于数据采集、信号处理以及一些新兴传感器的内容，希望它能为我在项目设计中提供更多灵感和技术支持。

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