董春利

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第1章 感測器與檢測技術概論1
1.1 感測器的定義、組成和分類1
1.1.1 感測器的定義與組成1
1.1.2 感測器的分類2
1.2 感測器的基本特性3
1.2.1 感測器的靜態特性3
1.2.2 感測器的動態特性6
1.3 檢測技術的基礎知識8
1.3.1 測量技術與非電量測量8
1.3.2 測量的一般方法9
1.3.3 測量系統10
1.3.4 測量誤差11
習題與思考題14

第2章 電阻式感測器技術15
2.1 電阻應變式感測器15
2.1.1 電阻應變效應15
2.1.2 電阻應變片的結構與特性17
2.1.3 電阻應變片的測量電路18
2.1.4 應變式感測器應用22
2.2 固態壓阻式感測器24
2.2.1 半導體的壓阻效應24
2.2.2 固態壓阻式感測器的結構24
2.2.3 固態壓阻式感測器的測量電路25
2.2.4 固態壓阻式感測器的應用26
2.3 熱電阻式感測器28
2.3.1 熱阻效應及其溫度特性28
2.3.2 熱電阻的分類與分度表29
2.3.3 熱電阻的結構30
2.3.4 熱電阻的測量電路及應用31
2.4 熱敏電阻感測器32
2.4.1 熱敏電阻的特性32
2.4.2 熱敏電阻的測量電路34
2.4.3 熱敏電阻的主要參數35
2.4.4 熱敏電阻的應用36
習題與思考題37

第3章 電容式感測器技術38
3.1 電容式感測器的原理與結構38
3.1.1 變極距式電容感測器38
3.1.2 變面積式電容感測器40
3.1.3 變介質式電容感測器42
3.2 電容式感測器的特點43
3.2.1 電容式感測器的優點43
3.2.2 電容式感測器的缺點44
3.3 電容式感測器的測量電路45
3.3.1 交流電橋測量電路45
3.3.2 調頻測量電路47
3.3.3 運算放大器測量電路48
3.3.4 二極體雙T形交流電橋48
3.4 電容式感測器的應用50
3.4.1 電容式感測器用於壓力測量50
3.4.2 電容式感測器用於加速度測量51
3.4.3 電容式感測器用於金屬厚度測量52
3.4.4 電容式感測器用於接近測量53
3.4.5 電容式感測器用於物位測量55
習題與思考題56

第4章 電感式感測器技術58
4.1 自感式電感感測器58
4.1.1 氣隙型自感感測器58
4.1.2 螺管型自感感測器61
4.1.3 自感式電感感測器的測量電路63
4.1.4 自感式電感感測器的應用65
4.2 差動變壓器式感測器66
4.2.1 差動變壓器式感測器的工作原理66
4.2.2 差動變壓器式感測器的基本特性67
4.2.3 差動變壓器式感測器的測量電路69
4.2.4 差動變壓器式感測器的應用70
4.3 電渦流式感測器72
4.3.1 電渦流式感測器原理73
4.3.2 電渦流式感測器的轉換電路76
4.3.3 電渦流式感測器的結構78
4.3.4 電渦流式感測器的應用80
習題與思考題86

第5章 壓變式感測器技術90
5.1 壓電式感測器90
5.1.1 壓電式感測器的工作原理90
5.1.2 壓電式感測器的測量電路94
5.1.3 壓電式感測器的應用98
5.2 壓磁式感測器100
5.2.1 壓磁式感測器的基本原理101
5.2.2 壓磁式感測器的結構103
5.2.3 壓磁式感測器的應用104
習題與思考題106

第6章 磁電式感測器技術107
6.1 磁電感應式感測器107
6.1.1 磁電感應式感測器的工作原理107
6.1.2 磁電感應式感測器的結構108
6.1.3 磁電感應式感測器的特性110
6.1.4 磁電感應式感測器的應用110
6.2 霍爾感測器113
6.2.1 霍爾效應及其參數113
6.2.2 霍爾元件及其感測器115
6.2.3 霍爾感測器的應用117
習題與思考題119

第7章 熱電式感測器技術120
7.1 熱電偶感測器120
7.1.1 熱電效應與熱電偶測溫原理120
7.1.2 熱電偶及其分度表123
7.1.3 熱電偶的結構125
7.1.4 熱電偶感測器的應用126
7.2 熱釋電感測器132
7.2.1 熱釋電效應132
7.2.2 熱釋電感測器的工作原理133
7.2.3 熱釋電感測器的等效電路134
7.2.4 熱釋電感測器的應用134
習題與思考題136

第8章 光電式感測器技術138
8.1 光電效應與光電感測器138
8.1.1 光電效應138
8.1.2 光電元器件139
8.1.3 光電感測器150
8.1.4 光電感測器的應用153
8.1.5 光電耦合器件155
8.2 光纖傳感器157
8.2.1 光纖的結構和傳輸原理157
8.2.2 光纖傳感器的組成與分類160
8.2.3 光纖傳感器的應用162
8.3 紅外感測器164
8.3.1 紅外線的基本知識165
8.3.2 紅外探測器166
8.3.3 紅外感測器的應用167
8.4 鐳射感測器170
8.4.1 鐳射的形成原理170
8.4.2 雷射器的種類與結構173
8.4.3 鐳射感測器的應用176
8.5 圖像感測器177
8.5.1 CCD圖像感測器177
8.5.2 CMOS圖像感測器180
8.5.3 圖像感測器應用實例181
習題與思考題183

第9章 半導體式感測器技術185
9.1 氣敏感測器185
9.1.1 氣敏電阻的工作原理185
9.1.2 氣敏元件的結構186
9.1.3 氣敏感測器的分類186
9.1.4 氣敏感測器的應用188
9.2 濕敏感測器189
9.2.1 濕敏電阻的工作原理190
9.2.2 濕敏電阻的主要特性191
9.2.3 濕敏感測器的結構192
9.2.4 濕敏感測器的應用194
9.3 色敏感測器195
9.3.1 色敏感測器的原理195
9.3.2 色敏感測器的特性197
9.3.3 色敏感測器的應用198
習題與思考題199

第10章 波式感測器技術200
10.1 超聲波感測器200
10.1.1 超聲波的基本知識200
10.1.2 超聲波感測器的組成203
10.1.3 超聲波感測器的應用205
10.2 微波感測器209
10.2.1 微波的基本知識209
10.2.2 微波感測器的組成210
10.2.3 微波感測器的應用211
習題與思考題213

第11章 數位式感測器技術214
11.1 光柵感測器214
11.1.1 光柵的基本知識214
11.1.2 莫爾條紋及其測量原理216
11.1.3 光柵測量系統219
11.1.4 光柵測量系統的應用225
11.2 數位編碼器225
11.2.1 接觸式碼盤編碼器225
11.2.2 光電式編碼器227
11.2.3 光電編碼感測器的應用231
習題與思考題232

第12章 檢測裝置的信號處理技術233
12.1 信號處理技術233
12.1.1 信號放大技術233
12.1.2 線性化處理技術235
12.2 干擾抑制技術237
12.2.1 共模與差模干擾237
12.2.2 常用的干擾抑制技術240
習題與思考題246

第13章 智慧感測器與檢測新技術247
13.1 智慧感測器247
13.1.1 智慧感測器概述247
13.1.2 計算型智慧感測器248
13.1.3 生物感測器250
13.1.4 其他類型的智慧感測器251
13.1.5 智慧感測器實例251
13.2 檢測新技術253
13.2.1 檢測新技術簡介253
13.2.2 基於檢測新技術的智慧系統258
13.3 MEMS感測器技術與應用260
13.3.1 MEMS感測器的基本知識260
13.3.2 MEMS感測器的應用261
13.3.3 MEMS感測器的典型產品簡介263
13.4 物聯網關鍵技術及其進展263
13.4.1 物聯網關鍵技術264
13.4.2 物聯網與智慧城市265
13.4.3 物聯網與工業互聯網268
習題與思考題269
參考文獻 271

本教材是根據職業教育教學改革“淡化理論，夠用為度，培養技能，重在運用，能力本位”的指導思想編寫的，力圖使學生在學完本課程後能獲得生產一線技術和運行人員所必須掌握的感測器應用知識、抗干擾技術和測量技術應用等方面的基本知識和基本應用技能。

在感測器技術的講解中，著重提煉出各種感測器的規律性內容，以感測器的物理和化學效應為主線脈絡，從效應入手講解原理，使學生知其所以然，並以此作為理解其他內容的基礎；通過對信號電路和性能參數的講解，學生能夠熟悉感測器使用的方式方法；最後，通過應用實例為學生打開運用感測器的思路。在檢測技術的講解中，主要介紹了檢測技術的基本知識和檢測裝置的信號處理技術，使學生在應用中遇到類似問題時能夠找到解決方法。最後一章介紹了目前感測器領域正在研究開發的智慧感測器和先進檢測技術，以開闊學生的視野和思路。

本教材的主要特點在於結合實際來提高職業院校學生的知識水準和解決實際問題的能力，壓縮了大量的理論推導，突出了高職高專教材的實用性。在取材方面，既考慮了檢測技術日新月異的發展趨勢，又考慮到目前高職高專教育物件的學習基礎與特點，使得本教材既有深度又有廣度。

本教材具有一定的獨立性，因此在教學中，可以根據專業方向和特點選用不同的章節，安排總學時從48～96學時的教學內容。

本教材由大連職業技術學院董春利編著。全書由上海電機學院梁森教授擔任主審，在此表示衷心感謝。本教材在編寫過程中，還得到了大連職業技術學院和遼寧省精品課程“感測器與檢測技術”課題組其他老師的幫助，在此一併表示衷心的感謝!

由於編者的水準有限，本教材在內容選擇和安排上，不免會存在遺漏和不妥之處，誠請讀者批評指正。

編者