传感器与现代检测技术（第2版）/21世纪高等学校规划教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

内容简介

　　《传感器与现代检测技术（第2版）/21世纪高等学校规划教材》是作者在多年来从事传感器教学及科研的基础上写成的，内容丰富、全面、新颖，叙述力求由浅入深，对传感器原理力争讲清物理概念，对传感器的应用充分结合生产和工程实践，使教材具有一定的实用性和参考价值。《传感器与现代检测技术（第2版）/21世纪高等学校规划教材》突出应用性和针对性，强化实践能力的培养，将传感器和工程检测方面的知识有机地联系起来，使读者在掌握传感器原理的基础上，更进一步地应用这方面的知识以解决工程检测中的具体问题。同时，在编写过程中，《传感器与现代检测技术（第2版）/21世纪高等学校规划教材》注意补充反映新器件、新技术的内容，力求使读者了解前沿学科。
　　全书共8章，主要内容包括传感器与检测技术概论、检测系统的误差合成、常用传感器的工作原理、常用非电参数的检测方法、微弱信号检测、检测系统抗干扰技术、测量信号的调理及处理、现代检测系统。
　　《传感器与现代检测技术（第2版）/21世纪高等学校规划教材》内容全面而实用，适用面广，不仅可以作为电气工程及其自动化、机械设计制造及自动化、机电一体化、自动化、电子信息、测控技术与仪器等专业及相关专业的本科生教材，也可作为广大从事传感器检测技术开发与应用的工程技术人员的自学用书。

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目录

第1章 传感器与检测技术概论
1.1 检测技术概论
1.1.1 检测的定义
1.1.2 检测技术的作用
1.1.3 工业检测技术的类型和内容
1.1.4 检测系统的基本结构
1.2 传感器的基本概论
1.2.1 传感器的定义
1.2.2 传感器的组成
1.2.3 传感器的分类
1.3 传感器与检测技术的发展动向
1.4 检测系统的静态特性与性能指标
1.5 检测系统的动态特性与性能指标
1.5.1 微分方程
1.5.2 传递函数
1.5.3 频率响应函数
1.5.4 实现不失真测量的条件
习题1

第2章 检测系统的误差合成
2.1 测量误差的基本概念
2.1.1 测量误差的名词术语
2.1.2 测量误差的分类
2.1.3 误差产生的原因
2.1.4 测量误差的表示方法
2.2 随机误差及其处理
2.2.1 随机误差的概率分布
2.2.2 随机误差的估计
2.3 系统误差的处理
2.3.1 系统误差的判别
2.3.2 减小或消除系统误差的方法
2.4 测量粗大误差的存在判定准则
2.4.1 拉依达准则（3σ准则）
2.4.2 格拉布斯（Grubbs）准则
2.4.3 狄克松（Dixon）准则
2.4.4 罗曼诺夫斯基准则（t检验准则）
2.5 测量系统的误差计算方法
2.5.1 随机误差的计算
2.5.2 系统误差的计算
2.5.3 总误差的计算
2.6 测量系统最佳测量方案的确定
2.6.1 微小误差准则
2.6.2 确定最佳测量条件
2.6.3 函数误差的分配
习题2

第3章 常用传感器的工作原理
3.1 电阻式传感器
3.1.1 金属电阻应变片
3.1.2 半导体应变片
3.1.3 应变片的命名
3.1.4 电阻式传感器的测量电路
3.1.5 电阻式传感器的应用
3.2 电容式传感器
3.2.1 电容式传感器的工作原理和结构
3.2.2 电容式传感器的测量电路
3.2.3 电容式传感器的应用举例
3.3 电感式传感器
3.3.1 自感式传感器
3.3.2 互感式传感器
3.3.3 电感式传感器的应用
3.4 电涡流式传感器
3.4.1 工作原理
3.4.2 等效电路
3.4.3 测量电路
3.4.4 应用举例
3.5 压电式传感器
3.5.1 工作原理
3.5.2 等效电路和测量电路
3.5.3 压电式传感器的合理使用
3.5.4 压电式传感器的应用
3.6 磁电式传感器
3.6.1 动圈式磁电传感器
3.6.2 磁阻式磁电传感器
3.6.3 磁电式传感器的测量电路
3.7 热电式传感器
3.7.1 热电偶传感器
3.7.2 热电阻传感器
3.8 光电式传感器
3.8.1 光电效应
3.8.2 光电导器件
3.8.3 光生伏特器件
3.8.4 光电耦合器件
3.8.5 电荷耦合器件
3.8.6 光电式传感器的其他应用
3.9 霍尔式传感器
3.9.1 工作原理
3.9.2 霍尔集成传感器
3.9.3 霍尔式传感器的应用
3.10 光纤传感器
3.10.1 光纤传感器的组成
3.10.2 光纤传感器的分类
3.10.3 光纤传感器的工作原理
3.10.4 光纤传感器的实际应用
3.11 超声波传感器
3.11.1 超声检测的物理基础
3.11.2 超声波传感器的原理与结构
3.11.3 超声波传感器的基本应用电路
3.12 微波传感器
3.12.1 微波的基本知识
3.12.2 微波传感器及其分类
3.12.3 微波传感器的优点与存在的问题
3.12.4 微波传感器的应用
3.13 红外线传感器
3.13.1 红外线传感器概述
3.13.2 红外线传感器的应用
3.14 核辐射式传感器
3.14.1 核辐射的基本概念
3.14.2 核辐射式传感器的原理及组成
3.14.3 核辐射式传感器的应用
3.15 化学传感器
3.15.1 气敏传感器
3.15.2 湿敏传感器
3.15.3 离子敏传感器
3.16 数字式传感器
3.16.1 数字式传感器概述
3.16.2 编码器
3.16.3 光栅式传感器
3.16.4 感应同步器
3.16.5 磁栅式传感器
3.16.6 容栅式传感器
3.17 生物传感器
3.17.1 生物传感器的原理、特点及分类
3.17.2 几种生物传感器
3.18 智能传感器
3.18.1 智能传感器的特点
3.18.2 智能传感器的实现
3.18.3 智能传感器的应用
3.18.4 智能传感器的设计思路
3.19 微型传感器
3.19.1 MEMS技术与微型传感器
3.19.2 压阻式微型传感器
3.19.3 电容式微型传感器
3.19.4 电感式微型传感器
3.19.5 热敏电阻式微型传感器
3.19.6 隧道效应式微型传感器
3.20 模糊传感器
3.20.1 模糊传感器的概念及特点
3.20.2 模糊传感器的结构
3.20.3 典型模糊传感器举例
3.21 网络传感器
3.21.1 网络传感器的概念
3.21.2 网络传感器的类型
3.21.3 基于IEEE 1451标准的网络传感器
3.21.4 网络传感器所在网络的体系结构
习题3

第4章 常见非电参数的检测方法
4.1 力、压力和转矩的测量
4.1.1 力的测量原理
4.1.2 压力的测量
4.1.3 转矩的测量
4.1.4 力、压力和转矩的测量的应用
4.2 位移、物位和厚度的测量
4.2.1 位移测量
4.2.2 物位测量
4.2.3 厚度测量
4.3 速度、加速度与振动的测量
4.3.1 速度的测量
4.3.2 加速度与振动的测量
4.4 转速的测量
4.4.1 常用转速传感器
4.4.2 磁电式传感器数字转速仪测量电路
4.4.3 霍尔转速测量装置
4.5 噪声测量
4.5.1 声测量基础
4.5.2 噪声的频谱和频带
4.5.3 噪声的主观评价
4.5.4 噪声测量的基本原理和常用仪器
4.5.5 工业噪声测量
4.6 温度的测量
4.6.1 温度的概念和测量方法
4.6.2 接触式温度测量
4.6.3 非接触式温度测量
4.6.4 温度传感器的典型应用
4.7 流量的测量
4.7.1 流量概述和测量方法
4.7.2 转速（速度）法测量流量
4.7.3 差压（力）法测量流量
4.7.4 频率法测量流量
4.7.5 时差法测量流量
4.8 成分量的测量
4.8.1 湿度传感器的典型应用实例
4.8.2 气体传感器的典型应用实例
4.8.3 浓度的测量
习题4

第5章 微弱信号检测
5.1 微弱信号检测的基本概念
5.1.1 何谓微弱信号检测
5.1.2 噪声的基本性质
5.2 微弱信号检测方法
5.2.1 微弱信号的时域检测方法
5.2.2 微弱信号的频域检测方法
5.3 微弱信号检测技术
5.3.1 电容检测
5.3.2 压阻检测
5.3.3 压电检测
5.3.4 隧道检测
5.3.5 热流式检测
5.3.6 谐振式检测
5.3.7 光纤式检测
5.3.8 混沌检测
习题5

第6章 检测系统抗干扰技术
6.1 干扰的分类
6.1.1 外部干扰
6.1.2 内部干扰
6.2 干扰的引入
6.2.1 串模干扰
6.2.2 共模干扰
6.3 干扰的抑制方法
6.3.1 计算机检测系统的接地
6.3.2 接地的类型
6.3.3 隔离与耦合
6.3.4 布线抗干扰措施
6.3.5 软件抗干扰措施
习题6

第7章 测量信号的调理及处理
7.1 信号调理电路
7.1.1 信号放大电路
7.1.2 信号滤波电路
7.1.3 信号转换电路
7.1.4 信号的非线性校正与补偿
7.1.5 信号的调制与解调
7.2 多传感器信息融合
7.2.1 信息融合的基本概念
7.2.2 信息融合的基本原理
7.2.3 多传感器信息融合的结构及功能模型
7.2.4 多传感器信息融合算法
7.2.5 多传感器信息融合技术的应用实例
习题7

第8章 现代检测系统
8.1 计算机检测系统
8.1.1 概述
8.1.2 数据的采集与保持
8.1.3 输入通道的计算机接口技术
8.1.4 输出通道的计算机接口技术
8.1.5 计算机检测系统的设计
8.1.6 计算机检测技术应用实例
8.2 虚拟仪器
8.2.1 虚拟仪器概述
8.2.2 虚拟仪器的整体设计
8.2.3 虚拟仪器系统开发环境
8.2.4 虚拟仪器系统的数据采集实现
8.2.5 虚拟仪器的综合实例和工程实例
8.3 网络监控系统
8.3.1 系统总体分析和规划
8.3.2 网络监控系统的关键技术实现
8.4 视觉检测系统
8.4.1 视觉检测系统组成
8.4.2 视觉检测系统的应用
8.5 无线传感器网络
8.5.1 无线传感器网络的发展历程
8.5.2 无线传感器网络的特征
8.5.3 无线传感器网络的关键技术
8.5.4 无线传感器网络体系结构
8.5.5 无线传感器网络的应用
8.5.6 无线传感器网络仿真平台
8.5.7 无线传感器网络开发平台
习题8
参考文献

前言/序言

《探秘微观世界：现代传感器的奥秘与应用》 在这个日益智能化的时代，我们生活中的方方面面都离不开“感知”。从智能手机的触控屏幕，到工厂流水线上的自动化控制，再到医疗器械的精准监测，各种各样的传感器正以前所未有的速度和广度渗透着我们的世界。它们如同我们身体的延伸，默默地收集着环境中的各种信息，并将这些信息转化为机器可以理解的信号，从而驱动着现代科技的飞速发展。 本书旨在深入浅出地揭示现代传感器技术的精妙之处，探索其背后的科学原理，以及它们如何在各个领域发挥着至关重要的作用。我们不仅会带领读者领略传感器的基本构造与工作机制，更会深入探讨其核心技术、发展趋势以及未来的无限可能。 第一章：感知的基石——传感器概览 我们将从传感器最基本的概念入手。什么是传感器？它为何如此重要？在本章中，我们将对传感器的定义、分类以及其在现代社会中的地位进行宏观的介绍。 传感器的定义与作用： 传感器本质上是一种能够将物理量（如温度、压力、光、声音、化学物质等）转化为电信号或其他可被测量和处理的信号的装置。它们是信息获取的“触角”，是实现智能化和自动化的第一步。 传感器的分类： 传感器种类繁多，我们可以从不同的角度进行分类。例如，按照被测量物理量的不同，可以分为温度传感器、压力传感器、位移传感器、光传感器、声音传感器、化学传感器等；按照工作原理的不同，可以分为电阻式、电容式、电感式、压电式、热电式、光电式等；按照信号输出形式的不同，可以分为模拟传感器和数字传感器。我们将对这些分类进行详细的阐述，让读者对传感器的多样性有一个初步的认识。 传感器在现代科技中的地位： 从消费电子到工业自动化，从环境保护到生命科学，传感器无处不在。我们将通过一些典型的应用案例，展示传感器在推动科技进步和社会发展中的关键作用，例如，智能手机中的加速度计和陀螺仪如何实现屏幕自动旋转和游戏控制；工业机器人如何通过视觉传感器和触觉传感器完成精确的抓取和装配任务；医疗领域的生物传感器如何实现对血糖、心率等生理指标的实时监测。 第二章：精密测量的核心——传感器的工作原理 本章将深入探讨各种主流传感器的核心工作原理。我们将聚焦于那些最常用、最关键的传感器类型，用通俗易懂的语言解释它们如何将物理世界的信息转化为可用的电信号。 电阻式传感器： 许多传感器的工作都基于电阻的变化。例如，热敏电阻（Thermistor）利用材料电阻随温度变化的特性来测量温度；应变片（Strain Gauge）通过其电阻随受力形变而改变的原理来测量应力或压力。我们将详细介绍这些传感器的结构、材料特性以及电阻变化与被测量物理量之间的数学关系。 电容式传感器： 这类传感器利用介电常数或极板面积/间距变化引起的电容变化来检测物理量。例如，电容式触控屏利用手指的接近引起电容变化来识别触控；湿度传感器利用吸湿材料介电常数随湿度变化的特性来测量湿度。本章将解析电容传感器的基本构成和工作模型。 电感式传感器： 电感式传感器则依赖于线圈的电感量随磁芯位置或材料导磁率变化而改变的原理。它们常用于位移测量和金属检测。我们将探讨电感传感器如何利用磁场和电磁感应的原理进行工作。 压电式传感器： 压电效应是指某些晶体材料在受到机械应力时会在其表面产生电荷的现象。压电式传感器利用这一特性，将被测的力、压力、加速度等转化为电信号。我们将解释压电材料的微观结构以及宏观的压电效应。 光学传感器： 光学传感器将光信号转换为电信号，或利用光的变化来检测物理量。例如，光电二极管（Photodiode）和光电三极管（Phototransistor）可以检测光强的变化；CCD（Charge-Coupled Device）和CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）图像传感器则用于捕捉图像。我们将介绍不同类型光学传感器的光电转换机制。 其他重要传感器原理： 除了以上几种，我们还将简要介绍如霍尔效应传感器（用于磁场测量）、超声波传感器（用于距离测量）等其他重要的传感器工作原理，以丰富读者的知识体系。 第三章：传感器技术的脉搏——关键技术与发展趋势 传感器技术并非一成不变，它在不断地创新和发展。本章将聚焦于当前传感器领域的前沿技术和未来发展方向，让读者了解这项技术是如何不断突破界限的。 微机电系统（MEMS）技术： MEMS技术是将机械结构、传感器、电子器件等集成在微小芯片上的技术。MEMS技术的飞速发展极大地 miniaturized 了传感器，降低了成本，提高了性能，并使得大量微型传感器能够集成到更小的设备中。我们将深入探讨MEMS技术在传感器制造中的关键作用。 纳米传感器： 随着纳米科技的进步，利用纳米材料制备传感器已成为可能。纳米传感器具有更高的灵敏度、更快的响应速度和更低的功耗，在生物医学、环境监测等领域展现出巨大的潜力。 智能化与集成化： 现代传感器不再是孤立的元件，而是越来越趋向于智能化和集成化。智能传感器能够进行一定程度的数据处理、自校准和诊断，甚至可以直接输出数字信号。我们将探讨如何将微处理器、存储器等集成到传感器芯片中，实现更高的功能。 无线传感器网络（WSN）： WSN是将大量分布式的、低功耗的传感器节点通过无线通信技术连接起来，形成一个协同工作的网络，用于分布式环境监测、目标跟踪等应用。我们将介绍WSN的架构、通信协议以及在物联网（IoT）中的核心地位。 新型传感器材料： 新型材料的发现和应用是推动传感器技术发展的关键。例如，柔性电子材料、二维材料（如石墨烯）等为开发新型柔性、可穿戴传感器提供了基础。 第四章：感知无界——传感器在各领域的应用 传感器技术的强大生命力体现在其广泛而深入的应用。本章将带领读者走进传感器在各个重要领域的实际应用场景，感受科技如何改变我们的生活。 工业自动化与智能制造： 在现代工厂中，传感器是实现生产过程自动化、提高生产效率和产品质量的关键。从生产线的状态监测、产品缺陷检测，到机器人手臂的精确控制，传感器无处不在。我们将探讨传感器如何助力“工业4.0”的实现。 智能家居与物联网（IoT）： 智能家居设备（如智能空调、智能灯光、安防系统）依赖于各种传感器来感知环境和用户需求。物联网将这些智能设备连接起来，形成一个互联互通的智能网络，传感器是这个网络的信息入口。 医疗健康与生命科学： 传感器在疾病诊断、健康监测、药物研发等方面发挥着越来越重要的作用。无创血糖监测、可穿戴健康追踪器、生物传感器等，都在为人类健康保驾护航。 环境监测与可持续发展： 传感器被广泛应用于空气质量监测、水质检测、土壤分析、气候变化研究等领域。它们为环境保护和可持续发展提供了重要的科学数据支持。 交通运输与智能出行： 汽车的ABS系统、ESP系统、ADAS（高级驾驶辅助系统）等都离不开各种传感器。未来的自动驾驶汽车更是依赖于传感器技术的全面升级。 消费电子产品： 智能手机、平板电脑、智能穿戴设备等消费电子产品中集成了大量的传感器，极大地提升了用户体验，例如，指纹识别传感器、面部识别传感器、环境光传感器等。 科学研究与探索： 在太空探索、深海探测、粒子物理研究等前沿科学领域，高性能的传感器是获取关键实验数据不可或缺的工具。 第五章：未来的脉动——挑战与展望 任何一项技术的发展都伴随着挑战，同时也孕育着新的希望。本章将对传感器技术的未来发展进行展望，并探讨当前面临的挑战。 面临的挑战： 传感器在功耗、精度、成本、集成度、可靠性以及对抗干扰等方面仍然存在改进的空间。例如，如何开发更低功耗的传感器以适应无线传感网络的需求；如何提高传感器的测量精度以满足更严苛的应用要求；如何降低制造成本以实现更广泛的普及。 未来展望： 随着人工智能、大数据、5G等技术的融合发展，传感器将扮演越来越核心的角色。我们期待看到更多高性能、低成本、智能化、网络化的传感器出现，它们将推动人类社会向更加智能、高效、可持续的方向发展。微型化、柔性化、生物兼容性将是重要的发展方向。 本书力求以一种系统、全面、深入浅出的方式，帮助读者构建起对现代传感器技术的完整认知。无论您是相关专业的学生，还是对科技发展充满好奇的探索者，相信都能从中获得启发与收获，共同感受感知技术为我们带来的无限可能。