自动检测技术

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目 录
绪论 1
第1章 检测技术的基本知识 7
任务一 传感器的认知 8
任务二 测量误差的分析及处理 10
1.1 测量方法 10
1.1.1 测量的概念 10
1.1.2 测量的分类方法 11
1.2 误差的概念 12
1.2.1 测量误差的定义及表示法 12
1.2.2 测量误差的分类 15
1.3 测量误差的处理方法 15
1.3.1 系统误差的分析与处理 15
1.3.2 随机误差的分析与处理 18
1.3.3 粗大误差的分析与处理 20
1.4 检测系统的基本特性 21
1.4.1 静态特性 21
1.4.2 动态特性 24
1.5 传感器的选用原则 25
1.5.1 传感器应用中的基本要求 25
1.5.2 传感器的选用 25
本章小结 26
思考与练习 26
第2章 电阻式传感器 29
任务 电子台秤的重量检测 30
2.1 应变式传感器 31
2.1.1 弹性敏感元件 31
2.1.2 电阻应变式传感器 33
2.1.3 测量电路 37
2.2 压阻式传感器 39
2.2.1 压阻式压力传感器的工作
原理与结构 39
2.2.2 压阻式压力传感器的特点 40
2.3 电阻式传感器的应用 41
本章小结 43
思考与练习 43
第3章 电感式传感器 45
任务一 轴承滚柱直径检测 46
3.1 自感式传感器 47
3.1.1 自感式电感传感器的结构
及工作原理 47
3.1.2 自感式传感器的测量转换
电路 51
3.2 差动变压器 53
3.2.1 差动变压器的组成及工作
原理 54
3.2.2 零点残余电压 54
3.2.3 差动变压器的测量电路 55
3.2.4 电感式传感器的应用 57
任务二 转速检测 59
3.3 电涡流式传感器 61
3.3.1 电涡流式传感器的结构形式 61
3.3.2 工作原理 62
3.3.3 转换电路 63
3.3.4 电涡流式传感器的应用 65
本章小结 69
思考与练习 69
第4章 电容式传感器 71
任务 液位检测 72
4.1 电容式传感器的结构及工作原理 73
4.1.1 结构 73
4.1.2 工作原理 74
4.2 电容式传感器的类型及特性 74
4.2.1 变极距型电容式传感器 74
4.2.2 变面积型电容式传感器 75
4.2.3 变介电常数型电容式传感器 76
4.3 电容式传感器的测量电路 77
4.3.1 调频电路 77
4.3.2 运算放大器式电路 78
4.3.3 交流电桥电路 78
4.3.4 脉冲宽度调制电路 79
4.4 电容式传感器的应用 81
4.4.1 电容式压力传感器 81
4.4.2 电容式振动位移传感器 82
4.4.3 电容式加速度传感器 83
4.4.4 电容式荷重传感器 83
4.4.5 电容式厚度传感器 84
4.4.6 电容式接近开关 84
4.4.7 电容式油量表 85
4.4.8 电容式传声器 86
4.4.9 电容式料位传感器 86
本章小结 87
思考与练习 87
第5章 磁电式传感器 89
任务一 柴油机转向机构扭矩测量 90
5.1 磁电感应式传感器 91
5.1.1 基本概念和工作原理 91
5.1.2 变磁通式磁电感应传感器 91
5.1.3 恒磁通式磁电感应传感器 93
5.1.4 磁电感应式传感器的应用 94
任务二 山地车的速度监测 95
5.2 霍尔传感器 96
5.2.1 霍尔传感器的外形和结构 96
5.2.2 工作原理 96
5.2.3 霍尔传感器的分类 97
5.2.4 霍尔传感器应用实例 98
任务三 小型镗床位移量的精确控制 101
5.3 磁栅式传感器 103
5.3.1 磁栅式传感器的外形 103
5.3.2 磁栅 103
5.3.3 磁头结构和原理 104
5.3.4 磁栅式传感器的组成
和测量原理 106
5.3.5 磁栅式传感器的应用 106
本章小结 107
思考与练习 107
第6章 压电式传感器 109
任务 压电式金属加工切削力测量 110
6.1 压电式传感器的工作原理 111
6.1.1 压电效应 111
6.1.2 石英晶体的压电效应 112
6.1.3 压电陶瓷的压电效应 114
6.2 压电材料及压电元件的结构 115
6.2.1 压电材料 115
6.2.2 压电元件常用的结构形式 117
6.3 压电式传感器的测量电路 117
6.3.1 压电式传感器的等效电路 117
6.3.2 应用压电式传感器的测量
电路 118
6.4 压电式传感器的应用 119
6.4.1 压电式加速度传感器 119
6.4.2 压电式力传感器 120
6.4.3 煤气灶电子点火器 121
6.4.4 压电式玻璃破碎报警器 121
本章小结 122
思考与练习 122
第7章 光电式传感器 125
任务一 电机转速测量 126
7.1 光电效应 128
7.1.1 光电效应的概念 128
7.1.2 外光电效应 128
7.1.3 内光电效应 129
7.2 光电器件及其特征 129
7.2.1 基于外光电效应的
光电器件 129
7.2.2 基于内光电效应的
光电器件 131
任务二 油库油罐液位信号的监测 137
7.3 光纤传感器 138
7.3.1 光纤传感器的工作原理
与分类 138
7.3.2 光纤传感器的应用 140
7.4 激光式传感器 142
7.4.1 激光原理 142
7.4.2 激光式传感器的工作原理 142
7.4.3 激光式传感器的应用 143
7.5 红外传感器 144
7.5.1 红外辐射的基本知识 144
7.5.2 红外传感器的工作原理 145
7.5.3 常见红外传感器 146
7.5.4 红外传感器的应用 147
7.6 CCD图像传感器 148
7.6.1 CCD图像传感器的基本
原理 148
7.6.2 CCD图像传感器的特点 149
7.6.3 CCD图像传感器的分类 149
7.6.4 CCD图像传感器的应用 150
本章小结 151
思考与练习 152
第8章 热电式传感器 153
任务一 工业锅炉蒸汽温度检测 154
8.1 热电阻传感器 155
8.1.1 热电阻的外形和结构 155
8.1.2 热电阻的性能 156
8.1.3 热电阻传感器的工作原理
及测量电路 158
8.1.4 热电阻式流量计 159
任务二 电动机的过热保护 160
8.2 热敏电阻 161
8.2.1 热敏电阻的外形及结构 161
8.2.2 热敏电阻的工作原理 162
8.2.3 热敏电阻的分类 162
8.2.4 热敏电阻传感器的应用 163
任务三 热电偶测量炉温 165
8.3 热电偶传感器 166
8.3.1 热电偶的外形、结构、分类
和特性 166
8.3.2 热电偶的工作原理 168
8.3.3 热电偶的基本定律 171
8.3.4 热电偶的冷端补偿 172
8.3.5 热电偶测温电路 174
本章小结 175
思考与练习 176
第9章 波式和射线式传感器 177
任务 超声波金属材料探伤 178
9.1 超声波传感器 179
9.1.1 超声波的基本概念 179
9.1.2 超声波传感器的外形、结构
和特性 181
9.1.3 超声波传感器的工作原理
与结构 184
9.1.4 超声波探头及耦合技术 185
9.1.5 超声波传感器的应用 186
9.2 微波式传感器 188
9.2.1 微波的性质与特点 188
9.2.2 微波式传感器的原理
及其分类 188
9.2.3 微波式传感器的组成、特点
及检测方法 188
9.2.4 微波式传感器的应用 190
9.3 射线式传感器 192
9.3.1 核辐射的特性 192
9.3.2 测量中常用的同位素 193
9.3.3 射线式传感器的组成及工作
原理 193
9.3.4 射线式传感器的应用 196
本章小结 197
思考与练习 198
第10章 数字式传感器 199
任务一 加工中心位移量的检测 200
10.1 光栅式传感器 201
10.1.1 光栅式传感器的外形
与光栅的分类及结构 202
10.1.2 莫尔条纹 203
10.1.3 光栅式传感器的组成 204
10.1.4 光栅式传感器测量位移的
原理 205
10.1.5 辨向原理 206
10.1.6 细分技术 207
任务二 数控机床位移量检测 208
10.2 光电编码器 209
10.2.1 光电编码器外形图 210
10.2.2 绝对式光电编码器 210
10.2.3 增量式光电编码器 211
10.3 感应同步器 212
10.3.1 直线感应同步器的结构 212
10.3.2 感应同步器的工作原理 213
10.3.3 直线感应同步器的信号
检测 214
本章小结 215
思考与练习 216
第11章 检测装置的信号处理技术 217
任务一 传感器信号放大电路设计 218
11.1 信号放大电路 218
11.1.1 测量放大器 218
11.1.2 可编程增益放大器 220
11.1.3 隔离放大器 221
任务二 信号变换技术 225
11.2 信号在传输过程中的变换技术 226
11.2.1 电压/频率(V/f)变换电路 226
11.2.2 电压/电流(V/I)变换电路 227
11.2.3 电流/电压(I/V)变换电路 227
任务三 传感器信号的线性化 228
11.3 信号的非线性补偿技术 229
11.3.1 硬件补偿法 229
11.3.2 软件补偿法 229
本章小结 231
思考与练习 231
第12章 检测装置的干扰抑制技术 233
任务 检测装置的干扰抑制技术 234
12.1 干扰的来源 235
12.1.1 常见的干扰类型 235
12.1.2 信噪比 236
12.2 干扰的耦合方式及传输途径 236
12.2.1 耦合方式 237
12.2.2 传输途径 239
12.3 差模干扰和共模干扰 240
12.3.1 差模干扰 240
12.3.2 共模干扰 241
12.4 干扰抑制技术 242
12.4.1 抑制干扰的方法 242
12.4.2 屏蔽技术 242
12.4.3 接地 243
12.4.4 浮置 244
12.4.5 隔离 245
12.4.6 滤波 246
本章小结 246
思考与练习 247
附录 标准化热电偶分度表 248
参考文献 252