檢測技術及應用

序 前
言
第 1 章 檢測技術基礎知識 1
1.1 檢測技術 1
1.1.1 檢測系統(tǒng)的基本結構和類型 1
1.1.1.1 檢測系統(tǒng)的類型 4
1.1.1.2 檢測系統(tǒng)的基本結構 5
1.1.2 檢測系統(tǒng)的設計原則 6
1.1.3 檢測系統(tǒng)的設計方法 7
1.1.4 檢測技術的現(xiàn)狀與發(fā)展 12
1.2 測量誤差及其分析 13
1.2.1 測量誤差的基本概念 14
1.2.2 測量誤差的分類 17
1.2.2.1 測量誤差的分類方法 17
1.2.2.2 精密度; 正確度和準確度與
誤差的關系 18
1.2.3 檢測結果的數(shù)據(jù)分析及其處理 19
1.2.3.1 隨機誤差的處理 19
1.2.3.2 系統(tǒng)誤差的處理 23
1.2.3.3 粗大誤差的處理 24
第 2 章 傳感器原理 27
2.1 傳感器基礎知識 27
2.1.1 傳感器的定義 27
2.1.2 傳感器的組成 28
2.1.3 傳感器的分類 28
2.1.4 傳感器的基本特性 29
2.1.4.1 靜態(tài)特性 29
2.1.4.2 動態(tài)特性 34
2.2 阻抗型傳感器 40
2.2.1 電阻式傳感器 40
2.2.1.1 電位器式傳感器 40
2.2.1.2 應變式傳感器 42
2.2.1.3 熱電阻和熱敏電阻溫度
傳感器 45
2.2.2 電容式傳感器 46
2.2.2.1 電容式傳感器的工作原理及
結構 47
2.2.2.2 電容式傳感器的等效電路 50
2.2.3 電感式傳感器 51
2.2.3.1 自感式傳感器 51
2.2.3.2 互感式電感傳感器 54
2.2.3.3 電渦流式傳感器 57
2.3 電壓型傳感器 59
2.3.1 磁電式傳感器 59
2.3.1.1 工作原理和結構形式 59
2.3.1.2 基本特性 61
2.3.2 壓電式傳感器 61
2.3.2.1 壓電效應及壓電材料 62
2.3.2.2 壓電式傳感器的等效電路 64
2.3.3 熱電偶溫度傳感器 66
2.3.3.1 熱電效應 66
2.3.3.2 熱電偶基本定律 68
2.3.3.3 熱電偶結構和類型 69
2.3.3.4 熱電偶的測溫電路及冷
端補償 70
2.3.4 光電式傳感器 73
2.3.4.1 光電效應 73
2.3.4.2 光電器件 75
2.3.4.3 光電器件特性 77
2.3.4.4 光電式傳感器的基本組成 80
2.3.5 霍爾式傳感器 81
2.3.5.1 霍爾效應和霍爾元件 81
2.3.5.2 霍爾式傳感器的基本測量電路及
連接方式 83
2.3.5.3 霍爾式傳感器的誤差分析與
補償 83
2.4 新型傳感器 85
2.4.1 光纖傳感器 85
2.4.1.1 光纖的基本知識 85
2.4.1.2 光纖傳感器的工作原理;
構成及分類 85
2.4.2 MEMS 傳感器 86
2.5 圖像傳感器 87
2.5.1 CCD 圖像傳感器 87
2.5.1.1 CCD 的 MOS 結構及存儲
電荷原理 87
2.5.1.2 CCD 的電荷的轉(zhuǎn)移與傳輸 88
2.5.1.3 CCD 的電荷讀出 89
2.5.1.4 CCD 攝像原理 90
2.5.2 CMOS 圖像傳感器 90
2.5.2.1 無源像素被動式傳感器 91
2.5.2.2 有源像素主動式傳感器 92
2.5.2.3 CMOS 圖像傳感器與 CCD 圖像
傳感器比較 92
2.5.2.4 固態(tài)圖像傳感器的
應用設計 93
2.6 半導體集成傳感器 94
2.6.1 半導體集成數(shù)字溫度傳感器
DSB1820 的原理及應用 95
2.6.1.1 DSB1820 引腳結構及
性能特點 95
2.6.1.2 DSB1820 的工作原理 95
2.6.1.3 DSB1820 存儲器 96
2.6.1.4 DSB1820 的 ROM 指令 97
2.6.1.5 DSB1820 與單片機的接口
電路 98
2.6.1.6 基于 AT89S51 單片機與
DSB1820 的測溫實例 98
2.6.2 數(shù)字溫度傳感器 AD590 98
2.6.2.1 AD590 的主要功能特性 99
2.6.2.2 AD590 的工作原理 100
2.6.2.3 AD590 的應用電路 100
2.6.2.4 AD590 測量溫度電路實例 102
2.7 化學; 生物傳感器 104
2.7.1 化學傳感器 104
2.7.1.1 離子電極 104
2.7.1.2 極譜法 107
2.7.2 生物傳感器 107
2.7.2.1 生物學反應 107
2.7.2.2 生物傳感器 108
2.7.2.3 組成結構及功能 109
第 3 章 信號調(diào)理及數(shù)據(jù)處理 111
3.1 電橋電路 112
3.1.1 直流電橋 112
3.1.2 交流電橋 117
3.2 放大電路 119
3.2.1 對放大電路的要求 119
3.2.2 橋式放大電路 126
3.2.3 高輸入阻抗放大器 128
3.2.4 隔離放大器 139
3.2.5 可編程序增益放大器 144
3.2.6 電荷放大器 147
3.2.7 零漂移放大器 149
3.3 濾波電路 151
3.3.1 濾波器概述 152
3.3.2 典型有源濾波器 154
3.4 信號轉(zhuǎn)換電路 159
3.4.1 C /F 轉(zhuǎn)換和 R /F 轉(zhuǎn)換電路 159
3.4.2 V /F 和 F /V 轉(zhuǎn)換電路 160
3.4.3 V /I 轉(zhuǎn)換電路 163
3.5 計算機軟件處理 ( 誤差修正
技術) 165
3.5.1 數(shù)字濾波技術 165
3.5.1.1 程序判斷濾波 166
3.5.1.2 中位值濾波 167
3.5.1.3 算術平均算法濾波 168
3.5.1.4 遞推平均濾波法 168
3.5.1.5 加權平均濾波法 169
3.5.1.6 低通濾波 170
3.5.1.7 高通濾波 171
3.5.1.8 復合濾波 171
3.5.2 非線性校正 172
3.5.2.1 非線性特性分類 173
3.5.2.2 改善非線性特性的方法 173
3.5.3 零點漂移的處理 176
3.5.3.1 方差; 平均值法 177
3.5.3.2 零點漂移的處理方法 177
3.5.3.3 軟件算法設計 178
第 4 章 非電量測量 180
4.1 溫度測量 180
4.1.1 測溫方法 180
4.1.2 接觸式測溫法 181
4.1.3 非接觸式測溫法 183
4.1.4 溫度變送器 185
4.2 物位測量 187
4.2.1 測量方法 188
4.2.2 靜壓式物位測量 189
4.2.3 浮力式物位測量 192
4.2.4 電容式物位測量 193
4.2.5 超聲波物位測量 194
4.3 流量測量 196
4.3.1 概述 196
4.3.2 容積式流量計 198
4.3.3 差壓式流量計 199
4.3.4 轉(zhuǎn)子流量計 204
4.3.5 渦輪流量計 206
4.3.6 電磁流量計 206
4.3.7 渦街流量計 209
4.3.8 超聲波流量計 210
4.4 壓力測量 211
4.4.1 概述 211
4.4.2 彈性元件式壓力表 213
4.4.3 活塞式壓力計 216
4.4.4 壓力傳感器 217
4.4.5 壓力計的校驗和使用 221
4.5 位移測量 222
4.5.1 歐姆龍 E6A2 旋轉(zhuǎn)式編碼器在
角位移測量系統(tǒng)中的應用 222
4.5.1.1 歐姆龍 E6A2 旋轉(zhuǎn)式編碼器的
性能特點 223
4.5.1.2 關于歐姆龍 E6A2 旋轉(zhuǎn)式編碼
器測量角位移的應用 224
4.5.1.3 歐姆龍編碼器測量旋轉(zhuǎn)角位移
的應用電路及相關程序 224
4.5.2 電渦流式位移傳感器在線位移測量
中的應用 228
4.6 力與荷重的測量 234
4.6.1 力與荷重測量的主要誤差 234
4.6.2 力與荷重傳感器的選用原則 235
4.7 速度; 轉(zhuǎn)速; 加速度的測量 236
4.8 成分與含量的測量 238
4.8.1 濕度測量 238
4.8.2 氣體成分測量 239
4.8.3 液體成分 ( 離子; 生物大分子;
非溶性成分) 的測量 240
4.8.4 固體成分測量 241
第 5 章 現(xiàn)代檢測新技術 243
5.1 虛擬儀器 243
5.2 網(wǎng)絡化儀器和網(wǎng)絡化傳感器 245
5.3 多傳感器數(shù)據(jù)融合 245
第 6 章 檢測技術的應用實例 248
6.1 飛思卡爾智能車系統(tǒng)中的傳感器的
選擇及應用 248
6.1.1 路徑檢測傳感器 248
6.1.1.1 光電式傳感器 248
6.1.1.2 圖像傳感器 252
6.1.1.3 電磁式傳感器 254
6.1.2 測速傳感器 258
6.1.2.1 霍爾式傳感器檢測 258
6.1.2.2 光電編碼器 258
6.2 溫室環(huán)境檢測系統(tǒng)中的傳感器
選擇及應用 261
6.2.1 溫度檢測 261
6.2.2 濕度檢測 264
6.2.3 光照檢測 267
6.2.4 CO2檢測 267
附錄 269
附錄 A 鉑銠 10 - 鉑熱電偶 ( S 型)
E( t) 分度表 269
附錄 B 鎳鉻—鎳硅熱電偶 ( K 型)
E( t) 分度表 270
附錄 C Pt100 熱電阻分度表 272
附錄 D Cu50 熱電阻分度表 275
參考文獻 276