传感器与自动检测技术 第2版 9787111379768 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张玉莲 主 著

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• 第2版
• 9787111379768

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111379768

商品编码：29624845953

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

：43.00元

售价：31.4元,便宜11.6元,折扣73

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

内容提要

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

前言
第1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

文摘

序言

《智能感知与自动化控制原理》 内容简介 《智能感知与自动化控制原理》一书，旨在深入剖析现代自动化系统中不可或缺的两大核心技术——传感器技术与自动检测技术，并在此基础上，进一步探讨其在智能化应用中的前沿进展与发展趋势。本书内容涵盖从基础理论到实际应用的广泛领域，力求为读者提供一个系统、全面、深入的学习框架。 第一篇：传感器技术基础与应用 本篇内容将聚焦于传感器这一“信息之眼”，深入阐述其基本原理、分类、特性以及在各个领域的广泛应用。 第一章：传感器概述 本章将首先介绍传感器的基本概念，明确其在信息采集、量测和控制过程中的核心作用。我们将探讨传感器的发展历程，从早期的机械式传感器到如今高度集成的MEMS（微机电系统）传感器，展现技术的飞跃。接着，本章将对传感器的分类进行系统性梳理，从不同维度（如被测量、工作原理、输出信号类型等）进行详细介绍，使读者能够对各类传感器的特点及其适用场景有清晰的认识。同时，本章还将重点讲解传感器的关键性能指标，如灵敏度、线性度、迟滞、重复性、分辨率、响应时间、稳定性等，并分析这些指标对传感器性能和应用可靠性的影响。最后，本章将简要介绍传感器的信号调理与接口技术，为后续章节的学习打下基础。 第二章：电阻式传感器 电阻式传感器是一类应用最为广泛的传感器，本章将对此进行深入剖析。我们将详细介绍电位计式传感器的工作原理，包括其在位移测量中的应用，如线形电位计和角形电位计。随后，重点讲解电阻应变片的工作原理，包括其敏感栅结构、敏感材料以及应变效应的物理基础。在此基础上，我们将深入探讨电阻应变片在测量力、压力、扭矩、加速度等多种物理量时的应用电路设计与方法，并分析不同连接方式（如单臂、半桥、全桥）对测量精度的影响。此外，本章还将介绍热敏电阻（NTC、PTC）和气敏电阻的工作原理及其在温度、湿度、气体浓度等环境参数测量中的应用。 第三章：电容式传感器 电容式传感器利用电容值的变化来检测物理量的变化，本章将深入探讨其原理与应用。我们将详细介绍电容式传感器的基本结构，包括极板的几何形状、介质材料以及电容变化与被测量之间的关系。重点讲解电容式传感器在位移、压力、液位、角度等测量中的应用，并分析其在非接触测量、微小位移测量等方面的优势。本章还将介绍常用的电容式传感器的电荷放大器、容-数转换电路等信号调理与读取电路。 第四章：电感式传感器 本章将聚焦于利用电感量变化进行测量的电感式传感器。我们将详细介绍电感式传感器的工作原理，包括其基本结构，如线圈、铁芯以及与被测量相互作用的运动部件。重点讲解电感式传感器在位移、液位、速度、接近开关等方面的应用，并分析其在恶劣环境下工作的鲁棒性。本章还将介绍交流和直流励磁的电感式传感器，以及如何通过电感的变化来检测被测量。 第五章：压电式传感器 压电式传感器是利用压电效应实现能量转换的传感器，本章将对其进行深入研究。我们将详细介绍压电效应的物理原理，以及压电材料（如石英、锆钛酸铅）的特性。重点讲解压电式传感器在加速度、力、压力、振动等测量中的应用，并分析其高频响应和自发电特性。本章还将介绍压电式传感器的电荷放大器电路，以及如何处理其输出的微弱电荷信号。 第六章：半导体传感器 半导体传感器因其集成度高、功耗低、易于实现智能化而备受关注。本章将深入探讨各类半导体传感器。我们将详细介绍半导体应变传感器的工作原理，包括其在应力下的电阻率变化。重点讲解集成式温度传感器（如PN结温度传感器、IC温度传感器）的工作原理及其在精确温度测量中的应用。此外，本章还将介绍光敏半导体传感器（如光电二极管、光电晶体管、CCD、CMOS图像传感器）的工作原理，以及它们在光照强度、图像采集等方面的应用。磁敏半导体传感器（如霍尔传感器、磁阻传感器）的原理及应用也将被纳入讨论。 第七章：光学传感器 光学传感器利用光信号进行信息的获取与传输，本章将对其进行详细介绍。我们将深入探讨光电转换器件，包括光电二极管、光电晶体管、光敏电阻等的工作原理，以及它们在光强度测量、光电检测中的应用。重点介绍光纤传感器的原理，包括其在位移、温度、应力、化学物质等测量中的应用，以及其长距离传输和抗电磁干扰的优势。此外，本章还将介绍红外传感器、紫外传感器等，并探讨它们在非接触测温、气体检测等领域的应用。 第八章：其他常用传感器 本章将对一些在特定领域具有重要应用价值的传感器进行介绍。我们将探讨声波传感器，包括超声波传感器在距离测量、液位检测、物位检测等方面的应用。化学传感器将作为重点，介绍其在气体检测（如CO、O2、VOCs）、pH值测量、离子浓度测量等方面的原理与应用。生物传感器也将被提及，简要介绍其在医疗诊断、环境监测等领域的潜力。 第二篇：自动检测技术与系统 本篇内容将从传感器获取的信息出发，深入探讨如何对这些信息进行处理、分析，并最终实现自动化检测与控制。 第九章：信号调理与处理 传感器输出的原始信号往往需要经过一系列的调理和处理才能被后续系统所识别和使用。本章将详细介绍信号调理电路，包括放大电路（如仪表放大器、运算放大器）、滤波电路（如低通、高通、带通滤波器）的设计与应用，以去除噪声，增强信号。我们将探讨模拟-数字转换（ADC）和数字-模拟转换（DAC）的基本原理与技术，以及不同ADC架构（如逐次逼近、Σ-Δ、流水线）的特点和选择。此外，本章还将介绍数字信号处理（DSP）的基本概念和常用算法，如傅里叶变换、小波变换等，以及它们在信号分析和特征提取中的应用。 第十章：自动检测系统的组成与设计 本章将系统性地介绍自动检测系统的组成部分及其设计流程。我们将详细阐述自动检测系统的基本构成，通常包括传感器、信号调理单元、数据采集单元、信息处理单元、执行机构以及上位机监控系统等。我们将深入探讨检测系统的设计原则，如准确性、可靠性、实时性、经济性等，并分析不同应用场景下系统设计的侧重点。本章还将介绍常见的自动检测系统架构，如集中式、分布式和混合式架构，以及它们各自的优缺点。 第十一章：数据采集系统（DAS） 数据采集系统是连接物理世界与数字世界的桥梁。本章将深入讲解数据采集系统的原理与技术。我们将详细介绍DAS的组成，包括信号调理、多路复用、采样、量化等关键模块。重点阐述不同类型的数据采集卡（DAQ）的性能指标和选型依据。本章还将介绍实时操作系统（RTOS）在DAS中的应用，以及如何利用其实现高效的数据采集和处理。 第十二章：嵌入式系统在自动检测中的应用 嵌入式系统凭借其高集成度、低功耗和强大的处理能力，在现代自动检测系统中扮演着越来越重要的角色。本章将深入探讨嵌入式系统的原理及其在自动检测领域的应用。我们将介绍嵌入式系统的基本构成，包括微处理器/微控制器、存储器、输入/输出接口等。重点讲解如何选择合适的嵌入式平台（如ARM、FPGA、DSP），以及如何进行嵌入式软件开发。本章还将通过具体的案例，展示嵌入式系统在智能仪器仪表、工业自动化、物联网设备等方面的成功应用。 第十三章：通信协议与网络化检测 随着物联网和工业4.0的发展，网络化检测已成为必然趋势。本章将深入探讨自动检测系统中的通信协议与网络化技术。我们将介绍工业通信协议，如Modbus、CAN、Ethernet/IP等，以及它们在不同工业场景下的应用。重点讲解无线通信技术，如Wi-Fi、Bluetooth、Zigbee、LoRa等在传感器网络和远程监控中的应用。本章还将介绍OPC UA等行业标准，以及如何构建安全、可靠的网络化检测系统。 第十四章：模糊逻辑与神经网络在自动检测中的应用 人工智能技术的快速发展为自动检测带来了新的机遇。本章将重点介绍模糊逻辑和神经网络在自动检测领域的应用。我们将深入浅出地讲解模糊逻辑控制的基本原理，包括模糊化、模糊推理和解模糊等过程，并分析其在处理不确定性和非线性系统时的优势。接着，我们将介绍神经网络的基本结构（如感知器、多层前馈网络、循环神经网络）和学习算法，并探讨其在模式识别、故障诊断、预测控制等方面的应用。 第十五章：故障诊断与可靠性分析 提高自动检测系统的可靠性并及时发现和处理故障是保证系统正常运行的关键。本章将深入探讨故障诊断与可靠性分析技术。我们将介绍常见的故障检测方法，如基于阈值的检测、基于模型的检测、基于信号特征分析的检测等。重点讲解故障诊断的流程和常用的诊断技术，包括专家系统、机器学习等。本章还将介绍可靠性工程的基本概念，如失效率、平均无故障时间（MTTF/MTBF）等，并探讨如何通过设计和维护来提高系统的可靠性。 第三篇：前沿技术与发展趋势 本篇内容将展望自动检测技术的发展方向，介绍一些前沿技术及其潜在的应用。 第十六章：物联网（IoT）在自动检测中的机遇 本章将重点探讨物联网技术对自动检测领域的深刻影响。我们将分析物联网的架构和关键技术，如传感器节点、网关、云平台等。重点讲解如何利用物联网技术构建海量的分布式传感器网络，实现对环境、设备状态的实时监控。本章还将讨论物联网在智能家居、智慧城市、智能农业等领域的应用案例，以及数据分析和挖掘在物联网环境下的重要性。 第十七章：机器学习与深度学习在自动检测中的突破 本章将聚焦于机器学习和深度学习在自动检测领域带来的革命性突破。我们将深入介绍监督学习、无监督学习、强化学习等机器学习范式，并结合具体应用场景，如图像识别、目标检测、异常检测、预测分析等，阐述深度学习模型的威力。我们将探讨卷积神经网络（CNN）、循环神经网络（RNN）、长短期记忆网络（LSTM）等模型在自动检测中的应用，并展望其在更复杂的场景下（如自动驾驶、智能制造）的巨大潜力。 第十八章：边缘计算在自动检测中的优势 本章将探讨边缘计算在自动检测领域的独特优势。我们将分析边缘计算与云计算、雾计算的区别与联系，并重点阐述将计算能力部署在更靠近数据源的设备端的益处，如降低延迟、减少带宽消耗、增强数据隐私和安全性。本章还将讨论边缘计算在实时性要求高的应用场景（如工业自动化、自动驾驶）中的重要性，以及如何设计和优化边缘计算架构。 第十九章：数字孪生与智能运维 数字孪生作为一种新兴技术，正逐渐渗透到自动检测和运维领域。本章将介绍数字孪生的概念、构建方法及其在自动检测中的应用。我们将探讨如何利用数字孪生技术创建物理实体的虚拟副本，实现对设备的实时监控、性能预测和故障诊断。重点介绍数字孪生在智能运维、优化生产流程、提升设备寿命等方面的价值。 第二十章：未来展望与挑战 本章将对自动检测技术的未来发展进行展望，并探讨当前面临的挑战。我们将讨论如何进一步提高传感器的精度、灵敏度和智能化水平，如何发展更强大、更通用的数据分析和人工智能算法，以及如何构建更安全、更可靠、更开放的自动检测生态系统。同时，本章还将关注技术伦理、数据隐私、标准统一等方面的挑战，并提出相应的应对策略。 《智能感知与自动化控制原理》一书，通过系统性的梳理和深入的阐述，力求为读者在传感器技术、自动检测技术以及相关前沿领域建立扎实的理论基础和开阔的视野，为投身于自动化、智能化事业的工程师、研究人员和学生提供一份宝贵的参考。

评分☆☆☆☆☆

我感觉作者在内容的组织上花了不少心思，逻辑链条非常严谨。它不是那种零散的知识点堆砌，而是层层递进，从基础概念的建立，到深入的理论分析，再到实际应用案例的剖析，每一步都衔接得天衣缝合。特别是对一些经典理论的阐述，作者没有停留在表面，而是深入挖掘了背后的物理原理和数学模型，这一点对于想真正弄懂“为什么”的读者来说非常重要。阅读过程中，我能明显感觉到作者的专业深度和教学诚意，仿佛有一位经验丰富的老师在旁边耐心讲解，使得学习过程非常顺畅和高效。

评分☆☆☆☆☆

从语言风格来看，这本书的叙述方式非常平实、清晰，没有过多晦涩难懂的术语堆砌，即使是初次接触这方面知识的读者也能较快上手。作者的语言表达精准有力，既保持了学术的严谨性，又避免了过度专业化带来的阅读障碍。在解释复杂原理时，经常采用形象的比喻和直观的类比，这大大降低了理解门槛，让那些抽象的信号处理和控制算法变得更容易消化吸收。对于自学者来说，这种友好且专业的沟通方式，无疑是提升学习效率的关键因素。

评分☆☆☆☆☆

这本书的实用性和前瞻性是它最大的亮点之一。它不仅涵盖了传统和成熟的技术，对于当前工业界和科研领域热点的一些新兴技术也有所涉猎，这让它保持了与时俱进的生命力。书中的实例和项目设计都紧密贴合实际工程需求，让我感觉学到的知识是可以立刻应用到工作或实验中的，而不是停留在纸上谈兵的阶段。这种理论与实践紧密结合的风格，极大地激发了我动手实践的兴趣，让我对如何解决实际中的测量和控制问题有了更清晰的思路和信心。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧和设计真的让人眼前一亮，封面设计得很有现代感，配色和图案的搭配显得既专业又不失活力。拿到手里就能感觉到是用心制作的，纸张的质感也相当不错，阅读体验很舒服，即便是长时间翻阅也不会觉得累。而且，这本书的排版布局非常合理，图文并茂，关键概念的突出和重点的标注都很到位，能清晰地引导读者的视线，让复杂的知识点看起来不再那么枯燥和难以捉摸。对于初学者来说，这种清晰的结构简直是福音，能让人很快抓住核心要点，而不是被大量文字淹没。

评分☆☆☆☆☆

我个人非常欣赏这本书在深度和广度之间找到的那个微妙的平衡点。它既没有为了追求广度而流于表面，也没有一味追求深度而变得像一本纯粹的理论专著，难以阅读。它似乎非常懂得读者的需求——既需要坚实的基础支撑，又渴望了解最新的发展方向。这种平衡使得它既可以作为一本优秀的入门教材，也能够成为资深工程师案头必备的参考手册。每一次翻阅，总能发现一些之前忽略的细节或更深一层的含义，足见其内容的丰富和耐读性。