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第1篇感測器與檢測技術理論基礎 第1章緒論2 1.1感測器的定義、組成及分類2 1.1.1感測器的定義2 1.1.2感測器的組成2 1.1.3感測器的分類2 1.2檢測的基本概念3 1.2.1檢測技術的定義3 1.2.2被測量的分類4 1.2.3檢測系統的基本構成4 1.2.4檢測技術研究的主要內容5 1.3感測器與檢測技術的地位與作用5 1.4感測器與檢測技術的發展6 思考題與習題8 第2章感測器的基礎效應9 2.1光電效應9 2.1.1外光電效應9 2.1.2內光電效應10 2.2電光效應11 2.2.1泡克耳斯效應11 2.2.2克爾效應11 2.2.3光彈效應11 2.2.4電致發光效應12 2.2.5電致變色效應12 2.3磁光效應12 2.3.1法拉第效應12 2.3.2磁光克爾效應13 2.3.3科頓材露儺в13 2.3.4塞曼效應13 2.3.5光磁效應13 2.4磁電效應14 2.4.1霍爾效應14 2.4.2磁阻效應14 2.5約瑟夫森效應與核磁共振15 2.5.1隧道效應15 2.5.2直流約瑟夫森效應16 2.5.3交流約瑟夫森效應16 2.5.4核磁共振17 2.6多普勒效應17 2.7納米效應18 2.7.1表面與介面效應18 2.7.2小尺寸效應18 2.7.3量子尺寸效應19 2.7.4宏觀量子隧道效應20 思考題與習題20 第3章感測器的功能材料21 3.1功能材料的分類與特徵21 3.1.1功能材料的分類21 3.1.2功能材料的主要功能21 3.1.3對功能材料的要求22 3.2半導體材料22 3.2.1無機半導體材料22 3.2.2有機半導體材料23 3.3功能陶瓷材料23 3.4功能高分子材料24 3.4.1導電高分子材料25 3.4.2壓電和熱電高分子材料25 3.4.3高分子化學敏感材料25 3.4.4反應型高分子材料25 3.4.5光敏高分子材料26 3.4.6生物醫用高分子材料26 3.5納米材料26 3.5.1納米材料的分類26 3.5.2納米材料的基本特性26 3.5.3納米材料在感測器中的應用27 3.6智能材料27 思考題與習題28 第4章感測器的加工工藝29 4.1結構型感測器的加工工藝29 4.2厚膜工藝29 4.3薄膜工藝31 4.4微機械加工工藝35 思考題與習題39 第5章信號分析與處理40 5.1信號的分類40 5.1.1確定信號和隨機信號40 5.1.2連續信號和離散信號42 5.1.3能量信號和功率信號42 5.2信號的描述43 5.2.1信號的時域和頻率描述方法43 5.2.2週期信號的描述44 5.2.3非週期信號的描述48 5.2.4隨機信號的描述54 5.3數位信號處理基礎68 5.3.1時域採樣和採樣定理68 5.3.2洩漏和窗函數71 5.3.3頻域採樣和柵欄效應73 5.3.4離散傅裡葉變換和快速傅裡葉變換75 5.4現代信號分析方法77 5.4.1短時傅裡葉變換77 5.4.2小波變換78 思考題與習題81 第6章測試系統的特性分析83 6.1測試系統的靜態特性83 6.1.1非線性度83 6.1.2靈敏度84 6.1.3遲滯84 6.1.4重複性85 6.2測試系統的動態特性86 6.2.1動態參數測試的特殊問題86 6.2.2研究測試系統動態特性的方法86 6.2.3測試系統動態特性的數學描述87 6.2.4實現不失真測試的條件91 6.2.5測試系統的動態特性分析93 6.3測試系統動態特性參數的測定101 6.3.1階躍回應法101 6.3.2頻率回應法103 思考題與習題104 第2篇感測器原理與應用 第7章阻抗式感測器106 7.1電阻應變式感測器106 7.1.1電阻應變式感測器的工作原理106 7.1.2電阻應變片108 7.1.3電阻應變式感測器的信號調理電路115 7.1.4電阻應變式感測器的應用120 7.2電容式感測器126 7.2.1電容式感測器的工作原理126 7.2.2電容式感測器的結構類型及特性分析126 7.2.3電容式感測器的等效電路133 7.2.4電容式感測器的信號調理電路134 7.2.5影響電容式感測器精度的因素分析138 7.2.6電容式感測器的應用140 7.3電感式感測器143 7.3.1變磁阻電感式感測器143 7.3.2差動變壓器電感式感測器149 7.3.3渦流電感式感測器156 7.3.4電感式感測器的應用159 思考題與習題162 第8章電動勢式感測器165 8.1壓電式感測器165 8.1.1壓電式感測器的工作原理165 8.1.2壓電材料167 8.1.3壓電式感測器等效電路172 8.1.4壓電式感測器的信號調理電路174 8.1.5影響壓電式感測器精度的因素分析178 8.1.6壓電式感測器的應用180 8.2磁電式感測器186 8.2.1磁電式感測器的工作原理187 8.2.2磁電式感測器的結構類型187 8.2.3測量電路189 8.2.4磁電式感測器的應用190 8.3霍爾式感測器192 8.3.1霍爾式感測器的工作原理192 8.3.2霍爾元件的結構和測量電路194 8.3.3霍爾元件的特性參數196 8.3.4霍爾元件的誤差及補償196 8.3.5霍爾式感測器的應用199 思考題與習題203 第9章光電式感測器205 9.1光學量感測器205 9.1.1光照度感測器205 9.1.2光亮度感測器206 9.1.3紫外感測器206 9.1.4紅外感測器207 9.2固態圖像感測器210 9.2.1CCD圖像感測器211 9.2.2CMOS圖像感測器215 9.2.3固態圖像感測器的應用218 9.3光纖傳感器221 9.3.1光纖的基本知識221 9.3.2光纖傳感器的分類及其工作原理225 9.3.3光纖傳感器的應用229 思考題與習題233 第10章其他感測器234 10.1氣體感測器234 10.1.1半導體式氣體感測器的工作原理235 10.1.2其他氣體感測器236 10.2濕度感測器237 10.2.1濕度的定義及表示方法237 10.2.2濕度感測器的主要特性參數與類型238 10.3生物感測器241 10.3.1生物感測器概述241 10.3.2典型生物感測器243 10.4表面聲波感測器246 10.4.1SAW感測器的結構與工作原理246 10.4.2SAW氣體感測器247 10.4.3SAW壓力感測器249 10.5智慧感測器250 10.5.1智慧感測器概念與基本結構250 10.5.2智慧感測器的實現250 10.5.3智慧感測器實例252 思考題與習題255 第3篇檢 測 技 術 第11章振動的測量257 11.1概述257 11.1.1振動的類型及基本參數257 11.1.2振動的測試內容及測量方法258 11.1.3振動測試系統的構成258 11.2常用測振感測器259 11.2.1概述259 11.2.2 式測振感測器原理259 11.2.3相對式測振感測器原理263 11.2.4測振感測器的選擇264 11.3振動的激勵與激振器264 11.3.1振動的激勵264 11.3.2激振器265 11.4測振感測器的標定267 思考題與習題269 第12章溫度的測量270 12.1概述270 12.1.1溫度的基本概念270 12.1.2溫標270 12.1.3溫度的測量方法272 12.2熱電偶測溫273 12.2.1工作原理273 12.2.2熱電偶回路熱電動勢273 12.2.3熱電偶測溫基本定律275 12.2.4熱電偶冷端溫度補償276 12.2.5熱電偶材料、類型及結構280 12.2.6熱電偶的標定282 12.2.7熱電偶的動態特性283 12.3金屬電阻測溫284 12.3.1工作原理、結構和材料284 12.3.2測量電路286 12.4半導體溫度感測器287 12.4.1半導體熱敏電阻287 12.4.2集成溫度感測器290 12.4.3數位溫度感測器293 12.5其他測溫方法295 12.5.1膨脹式溫度計295 12.5.2示溫塗料297 思考題與習題298 第13章流量的測量299 13.1流量測量基礎299 13.1.1流量及定義299 13.1.2流體的基本知識299 13.2流量計分類302 13.3常用流量計302 13.3.1橢圓齒輪流量計302 13.3.2差壓式流量計303 13.3.3轉子流量計306 13.3.4靶式流量計307 13.3.5渦輪流量計308 13.3.6電磁流量計309 13.3.7超聲波流量計309 13.3.8寇里奧利力品質流量計311 思考題與習題314 第14章現代檢測系統315 14.1現代檢測系統概述315 14.1.1現代檢測系統的組成315 14.1.2現代檢測系統的設計316 14.1.3現代檢測系統的發展319 14.2測控匯流排技術320 14.2.1儀器匯流排321 14.2.2現場匯流排323 14.3虛擬儀器325 14.3.1虛擬儀器概述325 14.3.2虛擬儀器的組成326 14.3.3虛擬儀器應用與發展329 14.3.4虛擬儀器的設計方法步驟329 14.4網路化測試系統330 14.4.1基於現場匯流排技術的網路化測控系統331 14.4.2面向Internet的網路化測控系統331 14.4.3無線感測器網路測控系統331 思考題與習題333 附錄334
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