聲學傳感器技術及工程應用 下載 mobi epub pdf 電子書 在線閱讀 2026

內容簡介

　　《聲學傳感器技術及工程應用》以提高本科教育人纔培養質量、強化“三海一核”特色優勢為原則，係統地介紹傳感器的基本知識，並以聲學傳感器的應用為目標，配有傳感器在水聲工程中的應用實例。該書主要內容包括傳感器的特性、彈性敏感元件的力學特性、電阻式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、壓電式傳感器、聲學傳感器、超聲波傳感器、聲矢量傳感器、水下弱信號檢測係統等。該書配有適量的思考題與習題，在一些重點章節有應用實例與分析。
　　《聲學傳感器技術及工程應用》是關於以水聲工程為應用背景的傳感器專業書籍，可作為高等院校和科研院所水聲工程專業高年級本科生的教材或參考書，也可作為相關研究人員的參考用書。

內頁插圖

目錄

第1章 概述
1．1 傳感器的作用及其在水聲工程中的地位
1．2 傳感器的定義與組成
1．3 傳感器的分類
1．4 現代傳感器的發展動嚮
1．4．1 聲學量傳感器
1．4．2 力學量傳感器
1．4．3 光學量傳感器
1．5 傳感器的技術動嚮
1．5．1 集成化與智能化
1．5．2 微機械化和係統化
1．5．3 多樣化
1．5．4 擴大應用領域
思考題與習題

第2章 傳感器的特性
2．1 傳感器靜態特性的一般知識
2．1．1 靜態特性的錶示方法
2．1．2 靜態特性的求法
2．2 傳感器的主要靜態特性指標
2．2．1 測量範圍和量程
2．2．2 分辨力和閾值
2．2．3 靈敏度
2．2．4 遲滯
2．2．5 重復性
2．2．6 綫性度
2．2．7 重復性
2．2．8 零漂及溫漂
2．3 傳感器的動態特性
2．3．1 動態特性的一般數學模型
2．3．2 傳遞函數和傳感器的頻率特性
2．3．3 傳感器的動態響應及其動態特性指標
思考題與習題

第3章 聲學傳感器的基本理論
3．1 聲學基本量
3．2 聲學傳感器
3．2．1 電動式話筒
3．2．2 電容式話筒
3．2．3 駐極體式話筒
3．2．4 壓電式聲傳感器
3．2．5 振動傳感器

第4章 傳感器的材料及基本彈性敏感元件
4．1 傳感器的材料
4．1．1 電學功能材料
4．1．2 磁學功能材料
4．1．3 光學功能材料
4．1．4 熱功能材料
4．1．5 特殊功能材料
4．2 基本彈性敏感元件
4．2．1 彈性敏感元件的基本特性
4．2．2 彈性敏感元件的材料
4．2．3 彈性敏感元件的形式及其力學特性
4．2．4 常用彈性元件的設計與計算

第5章 水下聲矢量傳感器
5．1 水下聲矢量傳感器的工作原理
5．2 聲矢量傳感器
5．3 矢量水聽器的基本參數
5．4 聲接收器的分類
5．5 水下復閤式矢量水聽器
5．5．1 壓差式矢量水聽器
5．5．2 復閤式同振型矢量水聽器
5．6 水下聲矢量測量係統

第6章 電阻式傳感器
6．1 電阻應變式傳感器的基本原理
6．1．1 電阻應變效應
6．1．2 結構與分類
6．2 工作特性和主要參數
6．2．1 工作狀態和靈敏係數
6．2．2 橫嚮效應和橫嚮效應係數
6．2．3 應變極限
6．2．4 零漂和蠕變
6．2．5 機械滯後
6．2．6 動態特性
6．3 溫度誤差及其補償
6．3．1 溫度誤差
6．3．2 溫度補償
6．4 測量電路
6．4．1 電橋的主要特性
6．4．2 單臂工作電橋的非綫性誤差及差動電橋
6．4．3 應變片的串聯與並聯式接綫法
6．5 電阻應變式傳感器
6．5．1 電阻應變式力傳感器
6．5．2 電阻應變式壓力傳感器
6．5．3 電阻應變式加速度傳感器
6．6 半導體應變片及壓阻傳感器
6．6．1 壓阻效應及半導體應變片
6．6．2 壓阻式壓力傳感器
6．6．3 壓阻式加速度傳感器

第7章 壓電式傳感器
7．1 壓電效應
7．2 壓電元件常用的結構形式
7．3 測量電路
7．4 壓電式加速度傳感器
7．4．1 壓電材料及其等效電路
7．4．2 一維壓電加速度傳感器的結構
7．4．3 壓電加速度傳感器的工作原理
7．4．4 加速度傳感器的頻率特性
7．5 三維加速度傳感器的工作原理
7．6 加速度傳感器參量與聲學物理量的關係
思考題與習題

第8章 電容式傳感器
8．1 電容式傳感器的工作原理
8．2 電容式傳感器的結構形式
8．2．1 變間隙式敏感元件
8．2．2 變麵積電容式敏感元件
8．2．3 變介電常數電容式敏感元件
8．2．4 電容式敏感元件的等效電路
8．2．5 差動電容式傳感器
8．3 矽微電容式加速度傳感器的結構形式
思考題與習題

第9章 電感應式傳感器
9．1 變磁阻式傳感器
9．1．1 變氣隙式自感傳感器
9．1．2 變麵積式自感傳感器
9．1．3 螺管式自感傳感器
9．2 互感式傳感器
9．2．1 結構與類型
9．2．2 工程原理
9．3 電渦流式傳感器
9．3．1 工作原理
9．3．2 結構類型及綫圈參數對性能的影響

第10章 超聲波傳感器
10．1 超聲波及其物理性質
10．1．1 聲波的波形及其轉換
10．1．2 超聲波的反射與摺射
10．1．3 超聲波傳播過程中的衰減
10．2 超聲波傳感器
10．2．1 厚度振動換能器
10．2．2 圓柱形壓電換能器
10．2．3 復閤棒壓電換能器
10．2．4 壓電陶瓷雙疊片彎麯振動換能器
10．3 超聲波傳感器應用舉例
思考題與習題
參考文獻

前言/序言

　　傳感器技術是利用各種功能材料實現信息檢測的一門綜閤技術，是現代科學技術領域實現信息化的基礎技術之一。隨著人類對神秘海洋中各種信息的深入研究，誕生齣各種用途的水下聲學係統，這些係統均以聲波作為水下信息的載體，因此，能夠有效探知水下信息的聲學傳感器則成為瞭水聲係統中最為關鍵的部件。
　　本書遵循提高本科教育人纔培養質量、強化“三海一核”特色優勢的原則，較全麵地介紹水聲工程領域中經常使用的聲學傳感器，係統地介紹聲學傳感器的基本原理和工作特性等。根據水聲學的原理，通過水下聲學傳感器的閤理設計，可以將空氣介質中使用的某些傳感器作為水下聲學傳感器的結構部件之一，因此，與水下聲學傳感器有關的一些傳感器本書也做瞭介紹。作者從多年的傳感器技術等課程的教學和科研工作中體會到，學習傳感器技術的目的在於更好地將它們運用到科學研究和生産實踐中。所以，有必要將聲學傳感器的相關原理與實際應用結閤起來，給讀者一個較為係統而完整的聲學傳感器方麵的應用知識。本書在編寫過程中參考瞭國內許多傳感器方麵的優秀教材。
　　全書共分為10章。前2章對傳感器技術進行基本概述，並給齣傳感器的一些特性，包括傳感器的靜態特性和動態特性：第3章介紹聲學傳感器的基本理論，給齣瞭聲學的基本物理量：第4章介紹傳感器常用的材料及基本的彈性敏感元件，包括電學功能材料、磁學功能材料、光學功能材料、熱學功能材料及特殊功能材料；第5章集中介紹水下聲矢量傳感器的基本工作原理和分類，給齣瞭水下聲矢量測量係統；第6章介紹電阻式傳感器的基本原理及測量電路，並給齣具體的壓力傳感器和加速度傳感器實例： 第7章介紹壓電式傳感器的工作原理及其設計實例；第8章介紹三種工作原理的電容式傳感器及矽微電容式加速度傳感器；第9章著重介紹變磁阻式、互感式及電渦流式傳感器；第10章介紹超聲波的物理性質、超聲波傳感器及其應用。
　　哈爾濱工程大學的博士生李玥對本書插圖進行瞭整理並對全書進行瞭校對，在此深錶謝意。
　　由於作者水平有限，不足之處在所難免，敬請讀者批評指正。

噪聲與靜謐的邊界：聲音的感知、轉化與未來 在日常生活的喧囂中，我們無時無刻不與聲音為伴。從清晨鳥鳴的喚醒，到城市交通的轟鳴，再到音樂的律動，聲音是信息傳遞、情感錶達、環境感知乃至生存本能的重要載體。然而，當我們深入探究聲音背後的科學原理，探尋其被捕獲、被理解、被利用的方式時，便會進入一個更為精妙而廣闊的世界——聲音的感知、轉化與工程應用。 本書將帶您走進一個關於“聽見”的科學之旅，它並非聚焦於某一具體技術設備，而是從更宏觀的視角，探索人類如何感知聲音，以及如何通過各類工具和係統，將肉眼無法捕捉的聲波轉化為可量化、可分析、可操作的信息，並最終應用於解決現實世界中的諸多挑戰。 第一部分：聲音的本質與感知機製 我們首先從最基礎的層麵齣發，解析聲音的物理屬性。聲音作為一種波，其頻率（音高）、振幅（響度）以及波形（音色）構成瞭我們聽覺體驗的基石。我們將深入探討這些參數的物理學定義，瞭解它們如何影響我們對聲音的感知。空氣、固體、液體等不同介質如何影響聲波的傳播速度和衰減，聲學中的反射、摺射、衍射、乾涉等現象，都將一一展開，為理解聲音的傳播特性奠定基礎。 進一步，我們將目光轉嚮生物體——特彆是人類的聽覺係統。耳朵是如何精巧地將聲波轉化為神經信號的？從外耳收集聲波，到中耳的機械放大，再到內耳毛細胞的振動感應，直至聽覺神經將信號傳遞至大腦進行解析，這個復雜而神奇的過程將得到細緻的描繪。我們將瞭解不同頻率的聲音對聽覺細胞的刺激差異，以及大腦如何通過復雜的信號處理，分辨齣不同的音源、方嚮、甚至情感內涵。這部分內容，旨在揭示我們“聽見”能力的生物學根源，理解聲音在生物體內的初步轉化過程。 第二部分：聲音的量化與信號處理 當聲波進入物理世界，我們如何對其進行精確的測量和描述？本部分將引入聲音的量化概念。聲壓級、聲強級、聲功率級等重要的聲學計量單位將得到詳細解釋，並探討它們之間的相互關係。我們將瞭解分貝（dB）這一度量單位的意義，以及它如何廣泛應用於噪聲控製、音頻工程等領域。 信號處理是理解和利用聲音的關鍵。聲信號在傳輸和記錄過程中，往往會受到噪聲的乾擾，或者需要進行特定的增強和壓縮。我們將探討時域和頻域分析的基本原理，傅裏葉變換等數學工具如何幫助我們將復雜的聲音信號分解為不同頻率的成分，從而揭示其內在結構。例如，頻譜分析能夠幫助我們識彆齣不同樂器的音色特徵，或者檢測齣設備運行中的異常噪聲。 此外，我們將介紹各種信號處理技術，包括濾波（用於去除特定頻率的噪聲或提取目標信號）、采樣與量化（模擬信號轉化為數字信號的關鍵步驟）、以及壓縮算法（在不明顯損失信息的前提下減小音頻數據量）。這些技術是實現聲音信息精確捕捉和高效處理的基石，它們使得我們能夠從海量的聲音數據中提取有價值的信息。 第三部分：聲音的感知與認知 僅僅接收到聲波並將其轉化為電信號隻是第一步，大腦如何進一步解讀和理解這些信號，纔是聲音感知真正的核心。本部分將深入探討聲音的心理聲學層麵。我們將瞭解人類對響度、音高、音色等主觀感受的形成機製，以及這些感受如何受到個體生理、心理以及環境因素的影響。 例如，聲音的響度感知並非綫性的，同等聲壓級的聲音在不同頻率下，我們聽到的響度可能不同。我們會探討掩蔽效應——一種聲音如何影響我們對另一種聲音感知的現象，這在日常交流和噪聲環境中都非常普遍。同時，我們將關注聲音的空間感知，包括我們如何通過雙耳的聽覺差異來判斷聲源的方嚮和距離，這對於導航、安全監測等至關重要。 大腦對聲音的認知過程，也包括瞭模式識彆和語義理解。我們如何從嘈雜的環境中辨彆齣關鍵的聲音，例如呼喚自己的名字？我們如何理解語言的含義，以及音樂所傳達的情感？這部分內容將觸及聽覺神經科學和認知心理學的前沿，揭示聲音信息在更高層次上的處理與整閤。 第四部分：聲音的工程轉化與應用 在理解瞭聲音的本質、感知和處理之後，我們將把目光投嚮聲音在工程領域的廣泛應用。聲音的工程轉化，本質上是將聲學現象與電子、機械、材料等工程技術相結閤，創造齣解決實際問題的方案。 通信與信息傳輸： 從早期的電話到現代的無綫通信，聲音作為信息載體，其傳輸的效率和質量始終是工程關注的重點。我們將探討音頻編碼、解碼技術，以及如何通過降噪和迴聲消除技術，提升語音通信的清晰度。 監測與診斷： 聲音是物質狀態和過程的重要指示器。通過分析機械設備的運行聲音，我們可以早期發現磨損、鬆動等故障，實現預防性維護。例如，軸承的異常摩擦聲、泵的運行噪音等，都能提供關鍵的診斷信息。我們將探討各種用於聲音監測的設備和技術，以及如何利用聲學信號進行故障診斷。 環境控製與聲學設計： 噪聲汙染是現代社會麵臨的嚴峻挑戰。本部分將涉及噪聲的測量、分析以及控製策略。包括吸聲材料、隔聲結構的設計，以及主動噪聲控製（ANC）技術的原理和應用。在建築聲學領域，如何通過閤理的聲學設計，營造舒適的聽覺環境，例如音樂廳的混響控製、辦公室的隔音設計等，也將得到討論。 生物醫學應用： 超聲波作為一種高頻聲波，在醫學影像和治療領域扮演著重要角色。我們將簡要介紹超聲成像的基本原理，以及其在診斷疾病中的應用。同時，聲學在醫療器械的無損檢測、藥物輸送等方麵的潛在應用也將被提及。 人機交互： 語音識彆和語音閤成技術的飛速發展，正在改變我們與機器互動的方式。我們將簡要介紹語音識彆係統的工作原理，以及如何將聲音轉化為可執行的指令。同時，語音閤成技術也使得機器能夠以自然的方式與人類進行交流。 工業應用： 在工業生産過程中，聲音的應用也無處不在。例如，聲學測距技術用於定位和測量，超聲清洗技術用於精密部件的清潔，聲波焊接技術用於材料連接等。 第五部分：未來的展望 隨著科技的不斷進步，聲音的感知、轉化與工程應用領域正迎來新的機遇與挑戰。我們將展望未來的發展趨勢。 智能化與集成化： 未來，聲音傳感器將更加智能化，能夠自主地識彆、分析和響應聲音信號，並與其他傳感器和智能係統進行無縫集成。 更精細化的感知： 隨著傳感器技術的提升，我們有望感知到更廣泛的聲頻範圍，甚至能夠捕捉到人耳無法聽到的超聲波和次聲波，從而解鎖新的應用領域。 個性化與自適應性： 未來的人機交互係統將能夠根據個體的聽覺特點和偏好，自適應地調整聲音的呈現方式，提供更加個性化的聽覺體驗。 聲音的藝術與創造： 聲音作為一種藝術媒介，其創作和錶現形式將更加豐富多樣。結閤先進的聲音閤成和處理技術，藝術傢們將能夠創造齣前所未有的聽覺作品。 可持續發展中的聲音： 聲音技術將在環境保護、資源監測、災害預警等領域發揮越來越重要的作用，為構建可持續發展的社會貢獻力量。 本書旨在搭建一座連接聲音的物理世界與工程應用的橋梁，通過對聲音本質、感知機製、量化處理以及多領域應用的深入探討，為讀者提供一個全麵而深刻的理解。它將激發您對聲音的更多好奇，並引導您思考如何利用聲音這一普遍而強大的現象，去解決現實世界的難題，去創造更美好的未來。