传感器与检测技术 宋雪臣,单振清,郭永欣 9787115259714 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

基本信息

书名：传感器与检测技术

定价：32.00元

作者：宋雪臣,单振清,郭永欣

出版社：人民邮电出版社

出版日期：2011-11-01

ISBN：9787115259714

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.359kg

编辑推荐

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内容提要

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　　本书从实用角度出发，主要介绍常用传感器的工作原理、外特性及基本应用电路，并介绍了选择和应用传感器的基本技能。全书共10章，主要内容包括：检测技术基础、力学量传感器及应用、几何量传感器及应用、温度量传感器及应用、环境量传感器及应用、光学量传感器及应用、磁学量传感器及应用、数字量传感器及应用、传感器选用与标定和抗干扰技术及微机接口技术。
传感器与检测技术是整个自动化技术中的重要基础，是一门理论与实践结合十分密切的技术基础课程，在整个机电一体化学科体系中占有非常重要的地位。
　　本书可作为高等职业教育机电一体化技术类、电子信息类等专业的教材，也可作为成人教育、职业培训的教材，还可作为生产技术管理人员及其他工程技术人员参考和自学用书。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《光电传感器的原理、应用与前沿技术》 内容简介 本书深入探讨了光电传感器的核心原理、多样化的应用领域以及当前最前沿的发展技术。全书共分为八章，以严谨的学术态度和丰富的工程实践相结合的方式，为读者构建了一个全面而系统的光电传感器知识体系。 第一章 光电传感器的基础理论 本章首先对光电传感器的基本概念、分类以及其在现代科技中的重要性进行了界定。我们将从光与物质相互作用的基本物理原理出发，详细阐述光电转换的机制，包括光电效应、光致发光、光致变色等。随后，我们将深入剖析几种常见的光学元器件，如透镜、棱镜、滤光片、衍射光栅等，讲解它们在光信号的产生、传输、调制和解调过程中的关键作用。此外，本章还会介绍光电探测器的基本工作原理，包括光电导效应、光伏效应、光电倍增效应等，以及各种探测器的响应特性、灵敏度、噪声等关键性能指标。最后，对光电信号的放大、滤波和处理电路进行初步介绍，为后续章节的学习打下坚实的理论基础。 第二章 光电传感器的类型与结构 本章将系统性地介绍不同类型光电传感器的原理、结构及其特点。我们将从其工作方式进行分类，如： 接触式光电传感器： 主要包括光电开关（漫反射式、镜反射式、对射式）、光电编码器等，详细解析其内部的光源、受光器以及信号处理电路的设计。 非接触式光电传感器： 测距传感器： 详细介绍基于三角测量法、时间飞行法（TOF）、相位差法、相位调制法等原理的光学测距技术，如激光测距仪、超声波测距仪（虽然不完全是光电，但常与光电技术结合）、结构光等。 位置和角度传感器： 重点讲解光电编码盘（增量式、绝对式）、光栅尺、倾角传感器等，分析其在精确测量位移和角度方面的应用。 颜色传感器： 阐述基于三原色（RGB）滤光片或分光原理的颜色识别技术，包括其工作流程和校准方法。 图像传感器： 深入介绍CCD（Charge-Coupled Device）和CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）图像传感器的结构、工作原理、像素成像过程、读出方式以及各自的优缺点，为后续的机器视觉应用奠定基础。 光纤传感器： 讲解基于光纤传输和传感原理的传感器，包括光强度型、光时域反射计（OTDR）、光纤光栅传感器（FBG）等，分析其在恶劣环境下的优势和应用。 其他类型： 简要介绍如光电导传感器、光电二极管阵列、光电倍增管等及其典型应用。 第三章 光电传感器的关键技术参数与选型 理解传感器的性能参数对于正确选型和应用至关重要。本章将详细解析光电传感器的关键技术参数，包括： 灵敏度 (Sensitivity)： 定义、测量方法及其对传感器性能的影响。 分辨率 (Resolution)： 区分可辨别的最小信号变化量，以及其与噪声和动态范围的关系。 响应时间 (Response Time)： 传感器对输入信号变化的反应速度，包括上升时间和下降时间。 精度 (Accuracy)： 传感器测量值与真实值之间的接近程度。 线性度 (Linearity)： 传感器输出与输入之间的线性关系程度。 重复性 (Repeatability)： 在相同条件下连续测量同一目标多次时，测量结果的一致性。 噪声 (Noise)： 影响测量精度的随机信号，包括热噪声、散粒噪声、闪烁噪声等。 动态范围 (Dynamic Range)： 传感器能够有效测量信号的范围。 工作温度范围、湿度范围、防护等级 (IP Rating)： 传感器在不同环境下的可靠性指标。 光波长、光强度、光束角等与光源和接收相关的参数。 在此基础上，本章将提供一套系统性的传感器选型指南，指导读者根据具体的应用需求、测量对象、环境条件、精度要求、成本预算等因素，选择最合适的光电传感器。 第四章 光电传感器的信号处理与接口技术 光电传感器产生的信号往往是模拟的、微弱的，并且容易受到干扰。本章将深入探讨如何对这些信号进行有效的处理和转换为可用的数字信号，以便与微控制器、PLC（可编程逻辑控制器）等系统进行接口。 信号调理电路： 详细介绍各种模拟信号处理技术，包括信号放大（如运算放大器、仪表放大器）、滤波（如低通、高通、带通滤波）、偏置补偿、校准等，以提高信号的信噪比和稳定性。 模数转换 (ADC)： 讲解不同类型的ADC（如逐次逼近型、Σ-Δ型、闪式ADC）的工作原理、分辨率、采样率、量化误差等，以及如何根据应用需求选择合适的ADC。 数字信号处理 (DSP)： 介绍基本的数字滤波算法（如移动平均滤波、中值滤波）、信号平均化、峰值检测、阈值比较等，以及DSP在提高测量精度和鲁棒性方面的作用。 接口技术： 详细介绍光电传感器与嵌入式系统、PLC、上位机之间常用的通信接口，如TTL电平、RS-232、RS-485、SPI、I2C、Ethernet、USB等，讲解其通信协议、电气特性和应用实例。 第五章 光电传感器在工业自动化中的应用 工业自动化是光电传感器最广泛和最重要的应用领域之一。本章将聚焦于光电传感器在现代工业生产中的各种典型应用场景。 物料检测与识别： 讲解如何利用光电传感器进行工件的有无检测、尺寸测量、形状识别、表面缺陷检测、颜色区分等。 定位与导航： 阐述光电传感器在机器人导航、AGV（自动导引车）路径跟踪、生产线工件精确定位等方面的应用。 计数与计量： 介绍如何利用光电传感器实现产品的高速计数、包装检测、长度计量等。 过程监控与反馈： 讲解光电传感器在液位测量、压力监测、温度测量（通过红外测温）等过程参数的实时监控中的作用。 安全防护： 介绍光电传感器在安全门、障碍物检测、人员闯入报警等方面的应用。 机器视觉基础： 简要介绍图像传感器在工业相机中的应用，为后续的机器视觉章节打下基础。 第六章 光电传感器在环境监测与测量中的应用 本章将探讨光电传感器在环境监测、科学研究和测量领域的重要应用。 大气监测： 讲解如何利用光谱分析、激光雷达等技术监测空气质量、颗粒物浓度、温室气体含量等。 水质监测： 介绍光度法、荧光法等在水体浊度、溶解氧、pH值、特定污染物浓度监测中的应用。 地质与地理测量： 阐述激光测距、倾斜测量、形变监测等在地形测绘、地质勘探、建筑物安全监测中的应用。 气象探测： 介绍可见光、红外、紫外传感器在云层探测、降水测量、温度和湿度测量等方面的应用。 生物与医学测量： 简要介绍光电传感器在血氧饱和度监测、心率检测、血糖测量（非侵入式）、显微镜成像等生物医学领域的应用。 第七章 机器视觉与图像处理 机器视觉是光电传感器技术的高级应用，它赋予机器“看”的能力。本章将深入探讨机器视觉的核心技术。 图像采集： 重点讲解工业相机、图像传感器（CCD/CMOS）的选型、接口（如GigE Vision, USB3 Vision）和参数设置。 图像预处理： 介绍常见的图像增强技术，如灰度化、二值化、对比度调整、降噪等，以及几何变换，如缩放、旋转、平移。 图像特征提取： 讲解如何提取图像中的有用信息，如边缘检测（Sobel, Canny）、角点检测（Harris）、纹理分析、颜色特征等。 图像识别与匹配： 介绍模板匹配、特征匹配、机器学习（如CNN）在目标识别、定位、分类中的应用。 测量与尺寸分析： 讲解如何利用图像信息进行精确的尺寸测量、面积计算、形状分析等。 应用案例： 通过具体的工业应用案例，如产品表面缺陷检测、条形码/二维码识别、装配校准、OCR（光学字符识别）等，展示机器视觉的强大能力。 第八章 光电传感器的前沿技术与发展趋势 本章将展望光电传感器技术的未来发展方向，介绍当前的研究热点和新兴技术。 微型化与集成化： 探讨MEMS（微机电系统）技术与光电传感器的结合，实现传感器的小型化、集成化和多功能化。 智能化与自适应性： 介绍如何通过嵌入AI算法，使传感器具备自主学习、智能判断和自适应调整的能力，例如智能避障传感器、自校准传感器。 多模态融合： 探讨如何将不同类型传感器（如光电、热、声、电磁）的数据进行融合，以获得更丰富、更准确的环境信息。 新型材料与器件： 介绍量子点、钙钛矿、有机半导体等新型材料在光电传感器领域的应用潜力，以及其在提高灵敏度、响应速度和降低成本方面的优势。 柔性与可穿戴传感器： 探讨将光电传感器集成到柔性基板或织物中，实现可穿戴设备的应用，如智能服装、健康监测设备。 光通信与传感的融合： 探讨光通信技术在传感器网络中的应用，以及光传感技术在通信领域的拓展。 工业物联网（IIoT）与智慧城市： 分析光电传感器在构建智能工厂、智慧城市基础设施中的关键作用，以及其与大数据、云计算等技术的协同发展。 本书适合高等院校相关专业的本科生、研究生，以及从事工业自动化、仪器仪表、机器视觉、电子工程、自动化控制等领域的工程技术人员阅读。通过学习本书，读者将能够深刻理解光电传感器的基本原理，掌握其关键技术参数和选型方法，熟悉其在各领域的广泛应用，并对光电传感器的未来发展趋势有清晰的认识。