本書首先介紹傳感器的基礎(chǔ)知識(shí),然后分類介紹各種傳感器的工作原理、測(cè)量電路和應(yīng)用實(shí)例,包括應(yīng)變電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、磁電式傳感器、壓電式傳感器、熱電式傳感器、光電式傳感器、波式傳感器、濕敏傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器等。 本書以應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn),踐行理實(shí)一體化的教學(xué)理念,突出能力培養(yǎng),體系完整,結(jié)構(gòu)合理,層次清楚,難度適中,循序漸進(jìn),便于教學(xué)。 本書可以作為應(yīng)用型高校的自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化、電氣工程與智能控制、過(guò)程裝備與控制工程、物聯(lián)網(wǎng)工程、智能電網(wǎng)信息工程、軌道交通信號(hào)與控制、電子信息工程、信息工程、通信工程、測(cè)控技術(shù)與儀器等專業(yè)的教材,也可以作為有志于從事測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、使用、維護(hù)的工程技術(shù)人員的參考書。
本書以應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn),踐行理實(shí)一體化的教學(xué)理念,突出能力培養(yǎng),體系完整,結(jié)構(gòu)合理,層次清楚,難度適中,循序漸進(jìn),便于教學(xué)。
感知技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱,而傳感器是檢測(cè)系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié),是信息的源頭。傳感器位于研究對(duì)象與測(cè)控系統(tǒng)之間,是感知、獲取與檢測(cè)信息的媒介。
本書是工科電子信息類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課,在電子信息、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、精密儀器、測(cè)量與控制等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。以物聯(lián)網(wǎng)為典型代表的第三次信息化浪潮推動(dòng)著傳感器原理與應(yīng)用課程建設(shè)迅速向前發(fā)展。
本書定位為應(yīng)用型高校的自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化、電氣工程與智能控制、過(guò)程裝備與控制工程、物聯(lián)網(wǎng)工程、智能電網(wǎng)信息工程、軌道交通信號(hào)與控制、電子信息工程、信息工程、通信工程、測(cè)控技術(shù)與儀器等本科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。通過(guò)本書的學(xué)習(xí),學(xué)生具備了對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中各種電量、非電量的檢測(cè)、顯示、控制的能力,同時(shí),本書培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)測(cè)量?jī)x器類產(chǎn)品的使用、維護(hù)、設(shè)計(jì)、制造的能力。
按照應(yīng)用型高校本科專業(yè)人才培養(yǎng)方案和課程教學(xué)大綱的要求,對(duì)本書的內(nèi)容和體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,使本書內(nèi)容既能展示本課程的核心知識(shí),又能反映本領(lǐng)域的技術(shù),還能使學(xué)生廣泛了解各種傳感器的應(yīng)用場(chǎng)合和應(yīng)用技術(shù),同時(shí)還能使學(xué)生比較容易掌握學(xué)習(xí)規(guī)律和方法,不至于因?yàn)閭鞲衅鞣N類眾多而迷失方向。
為此,根據(jù)傳感器的工作原理,對(duì)傳感器進(jìn)行粗略的分類,然后分章節(jié)對(duì)各種傳感器進(jìn)行詳細(xì)的介紹。本書包括應(yīng)變電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、磁電式傳感器、壓電式傳感器、熱電式傳感器、光電式傳感器、波式傳感器、濕敏傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器等內(nèi)容。對(duì)于每一種傳感器,都首先說(shuō)明它的基本工作原理,然后給出相應(yīng)的測(cè)量電路,后介紹典型的應(yīng)用實(shí)例。
這種結(jié)構(gòu)安排有助于讀者深刻理解各種傳感器的基本工作原理和理論基礎(chǔ),學(xué)會(huì)各種傳感器的應(yīng)用技術(shù),了解各種傳感器的應(yīng)用場(chǎng)合。通過(guò)本書的系統(tǒng)學(xué)習(xí),讀者在面對(duì)實(shí)際的測(cè)控問(wèn)題時(shí),就可以選擇適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳎O(shè)計(jì)相應(yīng)的測(cè)量電路,構(gòu)建出針對(duì)實(shí)際應(yīng)用的測(cè)量系統(tǒng),同時(shí),為智能儀器原理與設(shè)計(jì)等課程奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
本書特色
(1) 內(nèi)容新穎。本書涉及的概念較多,新技術(shù)、新思路很多,有不少概念、理論、知識(shí)、技術(shù)可能是讀者次接觸的。
(2) 涉及學(xué)科領(lǐng)域廣泛,學(xué)科交叉的內(nèi)容較多。本書涉及傳感器、電工、電子、檢測(cè)、控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)處理、精密儀器等眾多技術(shù),現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)通常集光、機(jī)、電于一體,軟硬件相結(jié)合。
(3) 對(duì)基礎(chǔ)要求比較高。本書強(qiáng)調(diào)傳感器的基本理論和應(yīng)用方法。為了能夠順利學(xué)習(xí)本書,讀者應(yīng)該學(xué)好普通物理、電路基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、單片機(jī)原理與應(yīng)用、現(xiàn)代通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)工程概論等先修內(nèi)容。
(4) 應(yīng)用性強(qiáng)。本書實(shí)踐性很強(qiáng),在學(xué)習(xí)理論的同時(shí),要求學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握各類典型傳感器的基本原理和應(yīng)用場(chǎng)合,掌握常用測(cè)量?jī)x器的工作原理和工作性能,能夠合理選用測(cè)量?jī)x器和測(cè)量電路,根據(jù)測(cè)量要求設(shè)計(jì)各類測(cè)量系統(tǒng),對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行誤差分析和數(shù)據(jù)處理等,達(dá)到理論與實(shí)踐的統(tǒng)一,突出能力的培養(yǎng)。
配套資源
為便于教與學(xué),本書配有教學(xué)課件、教學(xué)大綱、教案、教學(xué)進(jìn)度表、習(xí)題題庫(kù)、考試試卷及答案。讀者可以掃描本書封底的書圈二維碼下載。
適讀人群
本書是作者在多年教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上,參考許多文獻(xiàn)資料,經(jīng)過(guò)多次編寫、反復(fù)修改而成的,在正式出版之前,已作為試用教材在本科物聯(lián)網(wǎng)工程、電子信息工程、通信工程、自動(dòng)化等專業(yè)使用過(guò)多次。使用本書的教師和學(xué)生一致反映,本書以應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn),踐行理實(shí)一體化的教學(xué)理念,突出能力培養(yǎng),體系完整,結(jié)構(gòu)合理,層次清楚,難度適中,循序漸進(jìn),便于教學(xué),教學(xué)效果良好。
本書可以作為應(yīng)用型高校的自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化、電氣工程與智能控制、過(guò)程裝備與控制工程、物聯(lián)網(wǎng)工程、智能電網(wǎng)信息工程、軌道交通信號(hào)與控制、電子信息工程、信息工程、通信工程、測(cè)控技術(shù)與儀器等專業(yè)的教材,也可以作為有志于從事測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、使用、維護(hù)的工程技術(shù)人員的參考書。
致謝
本書的出版得到了安徽省高等學(xué)校省級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目《傳感器原理與應(yīng)用》一流教材(項(xiàng)目編號(hào): 2020yljc063)的資助,以及安徽文達(dá)信息工程學(xué)院校級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目《傳感器原理與應(yīng)用技術(shù)》規(guī)劃教材(項(xiàng)目編號(hào): 2019ghjc01)的資助。在編寫本書的過(guò)程中,作者參考了許多的文獻(xiàn)資料,在此向這些文獻(xiàn)的作者致以誠(chéng)摯的謝意。特別感謝清華大學(xué)出版社
的大力支持,使得本書能夠順利出版。
由于作者水平有限,書中錯(cuò)漏之處在所難免,敬請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。
孫寶法
2021年8月
孫寶法,男,博士,教授,安徽省高等學(xué)校教學(xué)名師,主持總參自然科學(xué)基金項(xiàng)目1項(xiàng)、省級(jí)自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目1項(xiàng)、省級(jí)教研項(xiàng)目5項(xiàng),發(fā)表學(xué)術(shù)論文、教研論文60余篇,獲得省級(jí)教學(xué)成果二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、三等獎(jiǎng)2項(xiàng)。
第1章傳感器概述
1.1傳感器的概念
1.1.1傳感器的定義
1.1.2傳感器的組成
1.1.3傳感器的分類
1.2傳感器的基本特性
1.2.1線性度
1.2.2靈敏度
1.2.3分辨率
1.2.4精度
1.2.5遲滯
1.2.6重復(fù)性
1.2.7漂移
1.3測(cè)量電路中的電橋
1.3.1直流電橋分析
1.3.2交流電橋分析
1.4傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)
1.4.1傳感器的標(biāo)定
1.4.2傳感器的校準(zhǔn)
1.5傳感器的應(yīng)用
1.5.1傳感器的用途
1.5.2傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域
1.6傳感器的發(fā)展
1.6.1傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
1.6.2傳感器的發(fā)展趨勢(shì)
習(xí)題1
第2章應(yīng)變電阻式傳感器
2.1應(yīng)變電阻式傳感器的工作原理
2.1.1應(yīng)變與應(yīng)力
2.1.2電阻應(yīng)變效應(yīng)
2.1.3應(yīng)變片的種類
2.1.4電阻應(yīng)變片的溫度誤差
2.1.5應(yīng)變的測(cè)量
2.2應(yīng)變電阻式傳感器的測(cè)量電路
2.2.1直流電橋
2.2.2交流電橋
2.3應(yīng)變電阻式傳感器應(yīng)用舉例
2.3.1應(yīng)變電阻式力傳感器
2.3.2應(yīng)變電阻式壓力傳感器
2.3.3應(yīng)變電阻式力矩傳感器
2.3.4應(yīng)變電阻式液體壓強(qiáng)傳感器
2.3.5應(yīng)變電阻式差壓傳感器
2.3.6應(yīng)變電阻式加速度傳感器
習(xí)題2
傳感器原理與應(yīng)用
目錄
第3章電容式傳感器
3.1電容式傳感器的工作原理
3.1.1電容式傳感器簡(jiǎn)介
3.1.2變面積型電容式傳感器
3.1.3變極距型電容式傳感器
3.1.4變介質(zhì)型電容式傳感器
3.2電容式傳感器的測(cè)量電路
3.2.1運(yùn)算放大器
3.2.2調(diào)頻電路
3.2.3變壓器式交流電橋
3.2.4二極管雙T型交流電橋
3.3電容式傳感器應(yīng)用舉例
3.3.1電容式位移傳感器
3.3.2電容式加速度傳感器
3.3.3電容式差壓傳感器
3.3.4電容式材料厚度傳感器
習(xí)題3
第4章電感式傳感器
4.1變磁阻電感式傳感器
4.1.1變磁阻電感式傳感器的工作原理
4.1.2變磁阻電感式傳感器的測(cè)量電路
4.1.3變磁阻電感式傳感器應(yīng)用舉例
4.2螺線管式差動(dòng)變壓器
4.2.1螺線管式差動(dòng)變壓器的工作原理
4.2.2螺線管式差動(dòng)變壓器的測(cè)量電路
4.2.3螺線管式差動(dòng)變壓器應(yīng)用舉例
4.3電渦流電感式傳感器
4.3.1電渦流電感式傳感器的工作原理
4.3.2電渦流電感式傳感器的測(cè)量電路
4.3.3電渦流電感式傳感器應(yīng)用舉例
習(xí)題4
第5章磁電式傳感器
5.1電磁感應(yīng)式傳感器
5.1.1電磁感應(yīng)式傳感器的工作原理
5.1.2電磁感應(yīng)式傳感器的測(cè)量電路
5.1.3電磁感應(yīng)式傳感器應(yīng)用舉例
5.2霍爾式傳感器
5.2.1霍爾式傳感器的工作原理
5.2.2霍爾式傳感器的測(cè)量電路
5.2.3霍爾式傳感器應(yīng)用舉例
習(xí)題5
第6章壓電式傳感器
6.1壓電式傳感器的工作原理
6.1.1壓電效應(yīng)
6.1.2壓電材料
6.1.3壓電材料的選擇
6.2壓電式傳感器的測(cè)量電路
6.2.1壓電元件的連接
6.2.2壓電式傳感器的等效電路
6.2.3測(cè)量電路
6.3壓電式傳感器應(yīng)用舉例
6.3.1壓電式力傳感器
6.3.2壓電式加速度傳感器
6.3.3壓電式流量計(jì)
6.3.4蜂鳴片
習(xí)題6
第7章熱電式傳感器
7.1熱電偶溫度傳感器
7.1.1熱電偶的工作原理
7.1.2熱電偶的基本定律
7.1.3熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償
7.1.4熱電偶溫度傳感器的種類
7.1.5熱電偶溫度傳感器的測(cè)量電路
7.1.6熱電偶溫度傳感器應(yīng)用舉例
7.2熱電阻溫度傳感器
7.2.1熱電阻的工作原理
7.2.2熱電阻的種類
7.2.3熱電阻溫度傳感器的測(cè)量電路
7.2.4熱電阻溫度傳感器應(yīng)用舉例
7.3熱敏電阻溫度傳感器
7.3.1熱敏電阻的工作原理
7.3.2熱敏電阻的特性
7.3.3熱敏電阻溫度傳感器應(yīng)用舉例
習(xí)題7
第8章光電式傳感器
8.1光電效應(yīng)與光電器件
8.1.1外光電效應(yīng)型光電器件
8.1.2內(nèi)光電效應(yīng)型光電器件
8.2光電式編碼器
8.2.1碼盤式編碼器
8.2.2脈沖盤式編碼器
8.3CCD圖像傳感器
8.3.1CCD的工作原理
8.3.2CCD圖像傳感器的分類
8.3.3CCD圖像傳感器的特性參數(shù)
8.3.4CCD圖像傳感器應(yīng)用舉例
8.4光纖傳感器
8.4.1光纖傳感器的工作原理
8.4.2光纖傳感器的分類
8.4.3光纖傳感器應(yīng)用舉例
習(xí)題8
第9章波式傳感器
9.1波的基礎(chǔ)知識(shí)
9.1.1波的基本概念
9.1.2常用波簡(jiǎn)介
9.2超聲波傳感器
9.2.1超聲波傳感器的工作原理
9.2.2超聲波傳感器應(yīng)用舉例
9.3微波傳感器
9.3.1微波傳感器的工作原理
9.3.2微波傳感器應(yīng)用舉例
9.4紅外傳感器
9.4.1紅外傳感器的工作原理
9.4.2紅外傳感器應(yīng)用舉例
習(xí)題9
第10章其他傳感器
10.1濕敏傳感器
10.1.1濕敏傳感器概述
10.1.2電阻式濕敏傳感器
10.1.3電容式濕敏傳感器
10.1.4濕敏傳感器的測(cè)量電路
10.1.5濕敏傳感器應(yīng)用舉例
10.2氣敏傳感器
10.2.1氣敏傳感器概述
10.2.2半導(dǎo)體氣敏傳感器
10.2.3氣敏傳感器應(yīng)用舉例
10.3生物傳感器
10.3.1生物傳感器概述
10.3.2生物傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域
10.3.3生物傳感器的發(fā)展趨勢(shì)
習(xí)題10
參考文獻(xiàn)