传感器与检测技术

　　《传感器与检测技术》共分4篇20章，全面系统地介绍了在科学研究和工业生产领域广泛使用的传感器和检测技术的各种知识。第1篇介绍了基础知识和基本概念，包括基本名词术语、典型测量系统和测量方法、测量单位和国际单位制等。还介绍了近似数的修约与运算法则，数据的表示和实验曲线拟合的方法，以及测量不确定度的评定、计算与表示方法。第2篇介绍了传感器的原理、信号转换及应用，包括应变电阻式和电容式传感器、压电效应和压电传感器、各种类型的光电传感器及其集成器件、磁敏传感器及性能比较、物理式气体传感器的类型和工作原理、生物化学式传感器的研究进展和智能传感器的功能特点等。第3篇介绍了自动检测技术、测量仪表的情况，分章讲述针对温度、压力、流量、物位和成分分析五大参数的检测技术。第4篇介绍了在检测技术领域中快速发展的新技术和检测系统，介绍了虚拟仪器、As-i现场总线和多传感器数据融合技术。最后简要介绍了软测量技术和现场无线总线技术方面的知识。《传感器与检测技术》可作为高等学校自动化及相关专业的本科生教材，同时也可供从事传感器、检测技术、仪器仪表研究和应用等方面工作的技术人员参考。

　　王俊杰，男，1946年生，清华大学自动化系教授。1970年毕业于清华大学动力系热工量测及自动化专业，后留校任教。曾任清华大学自动化系自动检测及仪表教研组主任、检测与电子技术研究所副所长、传感器与检测技术实验室主任。1991-1992年在德国斯图加特大学热力学与热能工程研究所做高级访问学者。学术兼职为中国仪器仪表学会理事、专家委员会委员，北京自动化学会监事长，中国电工学会计算机应用专业委员会理事，中国ASI总线协会理事等。科研方面参加过国家“七五”、“八五”和“九五”科技攻关任务，国家高科技863工程和多项横向科研任务。曾获得国家发明三等奖，北京市科技成果奖、科技进步奖和教委科技进步奖、863工程先进个人奖等多项奖励。在国内外专业刊物发表论文60多篇，出版教科书和专著6部。研究方向为基于模型的检测方法和智能仪表的研究，用于环保的大气和水质监测仪表的研究，现场总线技术及应用的研究等。曹丽女，1963年生，清华大学自动化系副教授。1981年入学北京航空航天大学，经国家公派本科留学日本，分别于1987、1989和1992年在日本东京工业大学控制系统工程系获工学学士、硕士和博士学位。1992年起在日本花王公司研究所做博士后，1996年起任东京工业大学助教，1998年起任职清华大学自动化系副教授。主要研究领域：检测技术、测量系统、传感器应用，包括测量系统的结构化设计和信号处理方法、传感器选择和应用、智能检测技术等。曾参与863子课题l项，承担总装技术革新项目1项，完成多项国际合作项目。学术兼职为日本计测控制学会会员、中国仪器仪表学会理事、仪器仪表学报编委、仪器仪表学会青年工作委员会副主任委员兼秘书长。

第1篇 基础知识
第1章 基础知识和基本概念
1.1 传感器与检测技术的发展历史与作用
1.2 测量技术名词
1.2.1 测量
1.2.2 量值
1.2.3 [量的]真值
1.2.4 [量的]约定真值
1.2.5 精确度
1.2.6 [测量]误差
1.2.7 修正值
1.2.8 相对误差
1.2.9 引用误差和精度等级
1.2.10 量程
1.2.11 范围度
1.2.12 计量
1.2.13 校准
1.2.14 量值传递
1.2.15 溯源性
1.2.16 仪表的零点迁移和量程迁移
1.2.17 仪表的死区、滞环误差和回差
1.2.18 灵敏度和分辨力
1.2.19 信噪比
1.2.20 线性度误差
1.2.21 重复性误差
1.2.22 仪表的可靠性
1.2.23 检测元件或传感元件
1.2.24 [测量]传感器
1.2.25 变送器
1.2.26 计、表和仪（器）
1.3 典型的测量系统
1.3.1 第一级——敏感元件一传感器级
1.3.2 第二级——信号调理级
1.3.3 第三级——读出记录级
1.4 多种测量方式
1.4.1 直接与间接测量
1.4.2 串联型（开环）与反馈型（闭环）测量
1.4.3 能量变换型与能量控制型测量
1.4.4 接触式与非接触式测量
1.4.5 静态与动态测量
1.5 提高精度的系统结构与测量方法
1.5.1 补偿测量结构
1.5.2 差分测量结构
1.5.3 基于同步叠加的去噪方法
1.5.4 基于响应速度的分离方法
1.5.5 滤波放大与调频放大方法
1.5.6 陷波放大方法
1.5.7 锁定放大方法
1.6 测量单位和国际单位制
1.6.1 量和单位
1.6.2 国际单位制
1.6.3 法定计量单位
1.6.4 国际单位制和法定计量单位使用注意事项
练习题及思考题
第2章 测量数据处理
2.1 测量数据中粗大误差的判定和剔除
2.1.1 粗大误差的概念
2.1.2 粗大误差的剔除准则
2.2 测量数据中系统误差的发现和修正
2.2.1 系统误差的概念
2.2.2 系统误差的判别方法
2.2.3 减小系统误差的方法
2.3 近似数的修约与运算
2.3.1 近似数的修约
2.3.2 有效数字
2.3.3 近似数的运算
2.4 数据的图形表示
2.4.1 图形表示的规则
2.4.2 选择坐标系和绘制曲线
2.5 最小二乘法与实验曲线拟合
2.5.1 最小二乘法原理
2.5.2 直线和曲线拟合
2.5.3 典型经验公式的选择与检验
练习题及思考题
第3章 测量不确定度的评定与表示方法
3.1 测量不确定度的定义及与测量误差的比较
3.1.1 预备知识
3.1.2 u、uc和U（Up）值的评定
3.2 标准不确定度、合成标准不确定度和扩展不确定度的计算
3.3 测量不确定度的A类和B类评定
3.4 测量结果和测量不确定度的表示
3.5 温度检测中不确定度评定与表示方法的实例
3.6 相对合成标准不确定度在差压式流量计中的应用
练习题及思考题
第2篇 传感器原理
第4章 电阻式电容式传感器
4.1 应变电阻传感器
4.1.1 金属电阻丝应变片
4.1.2 半导体应变元件
4.2 应变电阻转换电路
4.3 应变片的种类及应用
4.4 电容式传感器
4.4.1 电容式传感器工作原理
4.4.2 电容式传感器的种类
4.4.3 差动电容传感器
4.5 电容式传感器的特性
4.5.1 减小环境温度湿度变化的影响
4.5.2 漏电阻、激励频率和材料的绝缘性
4.5.3 减小边缘效应
4.5.4 屏蔽电极
4.6 电容式传感器的应用
4.6.1 工业液位计
4.6.2 电容式接近传感器
4.6.3 差动电容式加速度传感器
4.6.4 电容式差压传感器
4.6.5 电容式倾斜仪
4.6.6 容栅位移传感器
4.7 电容传感器测量电路
4.7.1 运算放大器电路
4.7.2 电桥电路
4.7.3 充放电式差动电容开关转换电路
4.7.4 充放电式差动脉冲调宽电路
4.7.5 振荡电路
4.8 电容传感器的使用注意事项
4.8.1 减少外界干扰
4.8.2 减少寄生电容
练习题及思考题
第5章 压电传感器
5.1 压电效应和压电方程
5.2 压电材料
5.2.1 压电晶体
5.2.2 压电陶瓷
5.2.3 压电薄膜
5.3 压电传感器的信号调理电路
5.3.1 压电传感器电压放大电路
5.3.2 压电传感器电荷放大电路
5.4 压电式加速度传感器
5.5 压电逆效应的应用
5.6 超声波传感器
5.6.1 超声波的波型、波速
5.6.2 超声波的反射、折射和波型转换
5.6.3 声波的衰减
5.6.4 超声空化效应
5.6.5 超声波传感器的结构和等效电路
5.6.6 超声波测距、测厚原理
……
第6章 光电传感器
第7章 磁敏传感器
第8章 气体传感器
第9章 生化传感器
第10章 智能传感器
第3篇 检测技术
第11章 温度检测技术
第12章 压力检测技术
第13章 流量检测技术
第14章 物位检测技术
第15章 成分分析测试技术
第4篇 检测系统