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第1章　检测技术与测试系统1

1.1　检测技术概述1

1.1.1　检测技术的作用和任务1

1.1.2　检测技术的发展趋势2

1.1.3　传感器的发展动态5

1.2　信号分析基本知识8

1.2.1　信号的基本概念9

1.2.2　连续时间信号变换与频谱13

1.2.3　连续时间信号的采样16

1.3　测试系统的基本结构与类型17

1.3.1　测试系统的基本结构17

1.3.2　测试系统的标准接口型19

1.3.3　测试系统的闭环控制型20

1.4　测试系统的基本特性21

1.4.1　测试系统的静态特性21

1.4.2　测试系统动态特性的数学描述23

1.4.3　典型系统的动态特性25

1.4.4　测试系统的动态误差30

1.5　线性系统的性质与理想测试系统32

1.5.1　线性系统的性质32

1.5.2　理想系统含义及其条件33

本章小结34

习题35

第2章　测试系统的基本电路37

2.1　运算放大器概述37

2.1.1　运算放大器的符号与封装37

2.1.2　理想运算放大器38

2.2　基本运算电路39

2.2.1 比例运算电路39

2.2.2　加法运算电路40

2.2.3　减法器与积分器41

2.2.4　有源T型网络比例器43

2.2.5　指数与对数运算电路44

2.2.6　乘法与除法运算电路44

2.3　信号放大电路45

2.3.1 集成仪表放大器46

2.3.2　电桥放大器48

2.3.3　程控增益放大器49

2.3.4　电荷放大器51

2.3.5　隔离放大器53

2.4　有源滤波器56

2.4.1 滤波器的基础知识56

2.4.2　RC有源滤波器57

2.5　电压／电流转换电路60

本章小结61

习题62

第3章　温度与湿度测量63

3.1 温度传感器类型与测温范围63

3.2　热电阻温度传感器及其温度测量电路64

3.2.1　常用热电阻及其主要性能65

3.2.2　热电阻的测温误差及引线误差的消除67

3.2.3　热电阻温度传感器的基本测量电路68

3.3　热电偶传感器及其温度测量电路71

3.3.1　热电偶测温原理71

3.3.2　常用热电偶结构、材料及种类73

3.3.3　冷端温度的影响及其消除75

3.3.4　热电偶传感器的基本测温电路78

3.4　智能集成温度传感器及其应用79

3.4.1　智能集成温度传感器概述80

3.4.2　典型智能集成温度传感器及其应用81

3.4.3 基于MAX6675和K型热电偶的高精度智能测温系统89

3.5　湿度传感器及其测量电路92

3.5.1　湿度传感器的类型及性能92

3.5.2　基于湿敏电阻的相对湿度测量电路94

3.5.3　基于湿敏电容的相对湿度测量电路96

3.5.4　SHT11/15型单片智能湿度／温度传感器及其应用98

本章小结102

习题103

第4章　气体与烟雾测量106

4.1　气体传感器概况106

4.1.1 气体传感器的基本概念106

4.1.2　几种气体检测传感器简介108

4.2　可燃性气体浓度检测电路110

4.2.1 接触燃烧式传感器的基本结构和工作原理110

4.2.2 电桥接触燃烧式气敏元件的检测电路111

4.2.3　使用U257B驱动数码管的气体浓度检测电路112

4.2.4　采用QM-N2型气敏元件构成的可燃性气体报警电路113

4.3　毒性气体检测电路114

4.3.1 基于接触燃烧式传感器检测一氧化碳114

4.3.2　恒电位电解式传感器及其毒气检测电路115

4.4　烟雾报警器电路116

4.4.1 采用直热式气体传感器TGS109构成的气体烟雾报警电路116

4.4.2 采用TGS202气体传感器构成的气体烟雾报警器电路117

4.4.3 采用QM-N5型气体半导体传感器的家用报警系统118

4.4.4　可燃性气体、毒性气体两用检测电路119

4.5　酒精与氢气检测电路120

4.5.1　简易酒精测试器120

4.5.2　氢气浓度计120

本章小结121

习题122

第5章　位移与位置测量123

5.1 电感式位移传感器及其应用电路123

5.1.1 自感式位移传感器及其测量电路123

5.1.2　差动变压器式传感器及其测量电路125

5.2 电容式传感器的位移与物位置测量电路128

5.2.1　电容传感器128

5.2.2　电容传感器的测量电路130

5.2.3　电容传感器位置测量举例133

5.3　霍尔传感器的位移测量电路137

5.3.1 霍尔传感器的工作原理138

5.3.2　霍尔元件的连接方式与输出电路141

5.3.3　霍尔元件的温度补偿电路143

5.3.4 不等位电势的产生与补偿144

5.3.5　基于霍尔传感器的位移测量电路146

5.4　光位置传感器及其测量电路150

5.4.1　光位置传感器150

5.4.2　基于一维PSD的距离测量电路151

本章小结154

习题155

第6章　速度、加速度测量157

6.1　速度传感器的类型157

6.2　风速传感器及其测量电路158

6.2.1 热敏电阻式风速传感器的测量电路158

6.2.2　热线式风速传感器的应用电路159

6.2.3　离子式风速传感器及其测量电路160

6.3　液体流速传感器及其实用电路162

6.3.1 萨沃纽斯液体流速传感器及其测量电路163

6.3.2 电阻式旋桨流速传感器及其测量电路164

6.3.3　光电式流速传感器及其测量电路165

6.4　压电式加速度传感器与测量电路165

6.4.1　压电效应与压电材料166

6.4.2　压电式加速度传感器167

6.4.3　压电式加速度传感器的测量电路170

6.5 光电式转速传感器与测量电路173

6.5.1　光电式转速传感器173

6.5.2　光电数字转速表173

本章小结175

习题176

第7章　力、压力测量178

7.1　应变片压力传感器及其测量电路178

7.1.1　应变片压力传感器178

7.1.2　应变片压力传感器的变换电路181

7.1.3　应变片压力传感器的测量电路设计185

7.1.4　半导体应变片压力传感器测量电路的设计188

7.1.5　应变片压力传感器实用检测电路190

7.2　压阻式压力传感器及其典型应用电路192

7.2.1　压阻式压力传感器193

7.2.2　典型测量电路196

7.3　振动式压力传感器的测量电路设计200

7.3.1 振弦式压力传感器及其测量电路201

7.3.2 谐振膜压力传感器及其测量电路202

7.3.3 石英谐振式压力测量系统204

7.3.4 音叉振子压力传感器及其测量电路204

7.4 利用差动变压器测量压差206

本章小结207

习题208

第8章　物体探伤与缺陷测量209

8.1　红外传感器及其探伤测量电路209

8.1.1　红外光的基本特点209

8.1.2　红外传感器的工作原理与基本参数210

8.1.3　红外探伤检测举例212

8.2　超声波探伤传感器与检测电路214

8.2.1 超声波的基本特性214

8.2.2　超声波传感器216

8.2.3　超声波诊断仪的工作原理218

8.2.4 超声波探伤金属材料的检测电路221

8.2.5　超声波物体探测电路224

8.3　声发射传感器与探伤检测电路226

8.3.1　声发射及其效应226

8.3.2　声发射（AE）传感器探伤检测电路229

8.3.3　声发射检测方法的优点230

本章小结231

习题232

第9章 电量与流量测量233

9.1 电压的测量233

9.1.1 峰值电压的测量233

9.1.2 电平（分贝）的测量235

9.1.3　脉冲电压的测量236

9.2　基于霍尔传感器的直流电流检测电路的设计237

9.2.1 UGN-3501M霍尔传感器及其线性度分析237

9.2.2 直流电流检测电路的设计239

9.3　涡轮流量传感器及其应用电路240

9.3.1 涡轮流量传感器工作原理240

9.3.2　涡轮流量计电路设计241

9.4　热气流控制器电路242

9.5　孔板流量传感器及其应用电路246

9.5.1 孔板流量传感器的工作原理246

9.5.2　压差流量计电路246

本章小结248

习题248

第10章　光电测控电路250

10.1 概述250

10.2 光敏晶体管和光敏电阻251

10.2.1　光敏晶体管251

10.2.2 光敏电阻256

10.3　光电耦合器及其开关电路258

10.3.1　光电耦合器的工作原理258

10.3.2 光电耦合器的特性与实用技术259

10.3.3 由光电耦合器组成的开关电路261

10.4　光电测控的应用举例264

10.4.1 光电传感器应用的几种基本形式264

10.4.2　辐射型测温电路265

10.4.3　烟尘浊度监测仪266

10.4.4　声控光敏延时开关电路266

10.4.5 光电输液监测器的设计267

10.4.6　光电耦合器缺相保护电路269

10.5　光电池及其应用270

10.5.1 光电池270

10.5.2　光电池的应用272

本章小结274

习题275

第11章　软测量与虚拟仪器测量技术277

11.1　软测量技术的基本概念277

11.1.1　辅助变量的选取277

11.1.2　测量数据的处理278

11.1.3　软测量模型的建立279

11.1.4 软测量模型的在线校正280

11.1.5　软测量的工业应用280

11.2　虚拟仪器简介281

11.2.1 概述281

11.2.2 LabVIEW的组成和运行环境282

11.2.3 LabVIEW的窗口工具栏284

11.3　基于虚拟仪器的软测量举例285

11.3.1 基于VI测量开关电源谐波信号286

11.3.2 基于相关估计辨识传感器输出微弱信号中的工频噪声289

11.3.3　语音信号的短时分形维数模糊控制滤波292

11.4 微波双口网络S参数的精密测量296

本章小结301

习题302

第12章　检测技术实训304

实训1 金属箔式应变片的研究304

实训2 金属箔式应变片构成的交流全桥与应用（综合性实训）307

实训3　MPX压力传感器的性能测量310

实训4　热电偶测温与标定311

实训5　温度传感器与温度测试（综合性实训）314

实训6 HT7500型高精度数字体温计设计（综合性实训）317

实训7　基于电容式传感器测量位移321

实训8 差动变压器的性能测量与应用（综合性实训）322

实训9 电涡流传感器与应用（综合性实训）327

实训10　霍尔式传感器的交、直流激励测量位移330

实训11　酒精浓度测试器（综合性实训）332

实训12　湿度的测试333

实训13　光敏电阻和光敏管334

实训14 光电传感器（对射型）测速电路的设计335

实训15　声控光敏延时照明开关电路的设计（设计性实训）336

实训16　光纤传感器的位移和转速测量（综合性实训）337

实训17　色差／V传感器的测试339

附录A　CJS-1传感器与自动检测实验装置使用说明341

附录B　CSY2001B型实验台简介345

参考文献348