- 机械工业出版社
- 9787111675174
- 1-2
- 362150
- 46256362-8
- 平装
- 16开
- 2021-03
- 359
- 232
- 工学
- 电气工程
- TP274
- 电气工程及其自动化
- 本科
内容简介
本书从检测系统设计与应用工程师需要掌握的核心技能出发， 系统介
绍了检测技术基础知识及基本概念， 包括检测系统组成、检测系统特性分
析、静动态特性测试、误差分析、经典传感器技术、传感器信号调理与采
集等， 并对近年来广泛应用的数字脉冲传感器、半导体集成传感器、辐射
测温技术、激光测距技术、机器视觉等现代检测系统做了较为深入的阐
述。为了培养学生的检测系统综合设计能力， 书中引入３ 个不同架构类型
（嵌入式、总线式、计算机扩展式） 的检测系统开发案例， 嵌入二维码讲
解视频， 对现代检测系统的设计开发流程及开发平台做了详细的介绍。
本书可作为普通高等院校自动化专业、测控技术及仪器专业的本科生
课程教材， 也可作为自动化系统工程师、仪器工程师的技术参考书使用。
绍了检测技术基础知识及基本概念， 包括检测系统组成、检测系统特性分
析、静动态特性测试、误差分析、经典传感器技术、传感器信号调理与采
集等， 并对近年来广泛应用的数字脉冲传感器、半导体集成传感器、辐射
测温技术、激光测距技术、机器视觉等现代检测系统做了较为深入的阐
述。为了培养学生的检测系统综合设计能力， 书中引入３ 个不同架构类型
（嵌入式、总线式、计算机扩展式） 的检测系统开发案例， 嵌入二维码讲
解视频， 对现代检测系统的设计开发流程及开发平台做了详细的介绍。
本书可作为普通高等院校自动化专业、测控技术及仪器专业的本科生
课程教材， 也可作为自动化系统工程师、仪器工程师的技术参考书使用。
目录
目 录
前言
第１ 章 绪论……………………………………………………………………………………… １
１. １ 现代检测技术概述…………………………………………………………………… １
１. ２ 现代检测技术的应用………………………………………………………………… ３
１. ３ 检测系统的组成……………………………………………………………………… ５
１. ３. １ 传感器…………………………………………………………………………… ６
１. ３. ２ 信号采集与处理…………………………………………………………………… ７
１. ３. ３ 数字显示装置…………………………………………………………………… ８
１. ４ 现代检测技术的发展趋势…………………………………………………………… ８
１. ４. １ 高精度和极限测量范围的检测技术………………………………………………… ９
１. ４. ２ 集成化…………………………………………………………………………… ９
１. ４. ３ 智能化………………………………………………………………………… １０
１. ４. ４ 网络化………………………………………………………………………… １０
１. ４. ５ 虚拟测量技术…………………………………………………………………… １０
１. ４. ６ 压缩传感技术…………………………………………………………………… １２
１. ５ 习题…………………………………………………………………………………… １３
第２ 章 检测系统特性………………………………………………………………………… １４
２. １ 检测系统的静态特性………………………………………………………………… １４
２. １. １ 静态特性的数学描述…………………………………………………………… １４
２. １. ２ 静态特性指标…………………………………………………………………… １５
２. ２ 检测系统的动态特性……………………………………………………………… １８
２. ２. １ 动态特性………………………………………………………………………… １８
２. ２. ２ 一阶系统………………………………………………………………………… １９
２. ２. ３ 二阶系统………………………………………………………………………… ２１
２. ３ 检测系统的标定……………………………………………………………………… ２３
２. ３. １ 静态标定………………………………………………………………………… ２３
２. ３. ２ 动态标定………………………………………………………………………… ２５
２. ４ 习题…………………………………………………………………………………… ２８
第３ 章 检测误差分析………………………………………………………………………… ２９
３. １ 测量误差的基本概念………………………………………………………………… ２９
３. ２ 误差的表示方法……………………………………………………………………… ３０
３. ２. １ 绝对误差………………………………………………………………………… ３０
３. ２. ２ 相对误差………………………………………………………………………… ３０
３. ２. ３ 引用误差与最大引用误差………………………………………………………… ３１
Ⅴ
３. ２. ４ 容许误差………………………………………………………………………… ３１
３. ３ 误差的类型…………………………………………………………………………… ３１
３. ３. １ 系统误差………………………………………………………………………… ３１
３. ３. ２ 随机误差……………………………………………………………………… ３２
３. ３. ３ 粗大误差………………………………………………………………………… ３２
３. ４ 误差分析……………………………………………………………………………… ３２
３. ４. １ 系统误差的分析与处理………………………………………………………… ３３
３. ４. ２ 随机误差的分析与处理………………………………………………………… ３４
３. ４. ３ 粗大误差的判断………………………………………………………………… ３７
３. ５ 误差合成……………………………………………………………………………… ３９
３. ５. １ 系统误差合成…………………………………………………………………… ３９
３. ５. ２ 随机误差的合成………………………………………………………………… ３９
３. ６ 测量不确定度………………………………………………………………………… ４０
３. ６. １ 标准不确定度…………………………………………………………………… ４０
３. ６. ２ 扩展不确定度…………………………………………………………………… ４２
３. ７ 习题…………………………………………………………………………………… ４２
第４ 章 电参数传感器………………………………………………………………………… ４４
４. １ 电阻式传感器………………………………………………………………………… ４４
４. １. １ 应变型电阻传感器……………………………………………………………… ４４
４. １. ２ 半导体压阻传感器……………………………………………………………… ５１
４. １. ３ 电阻式温度传感器……………………………………………………………… ５２
４. １. ４ 光敏电阻………………………………………………………………………… ５６
４. １. ５ 磁敏电阻………………………………………………………………………… ５６
４. ２ 电感式传感器………………………………………………………………………… ５７
４. ２. １ 自感式传感器…………………………………………………………………… ５７
４. ２. ２ 互感式传感器…………………………………………………………………… ６２
４. ２. ３ 电涡流式传感器………………………………………………………………… ６６
４. ３ 电容式传感器………………………………………………………………………… ６８
４. ３. １ 电容式传感器的主要类型……………………………………………………… ６９
４. ３. ２ 电容式传感器的等效电路………………………………………………………… ７１
４. ３. ３ 电容式传感器的性能及特点……………………………………………………… ７２
４. ３. ４ 电容式传感器的检测电路………………………………………………………… ７２
４. ３. ５ 电容式传感器的应用…………………………………………………………… ７６
４. ４ 习题…………………………………………………………………………………… ７７
第５ 章 电能量型传感器……………………………………………………………………… ７９
５. １ 热电传感器…………………………………………………………………………… ７９
５. １. １ 热电偶测温原理………………………………………………………………… ７９
５. １. ２ 热电偶的基本定律……………………………………………………………… ８０
５. １. ３ 热电偶的冷端处理和补偿………………………………………………………… ８２
Ⅵ
５. １. ４ 热电偶的应用…………………………………………………………………… ８３
５. ２ 压电传感器…………………………………………………………………………… ８５
５. ２. １ 工作原理………………………………………………………………………… ８６
５. ２. ２ 压电元件的等效电路及连接方式………………………………………………… ８７
５. ２. ３ 压电传感器的检测电路………………………………………………………… ８８
５. ２. ４ 压电传感器的应用……………………………………………………………… ８９
５. ３ 磁电传感器…………………………………………………………………………… ９０
５. ３. １ 电磁感应式磁电传感器………………………………………………………… ９０
５. ３. ２ 霍尔传感器……………………………………………………………………… ９１
５. ４ 光电传感器…………………………………………………………………………… ９５
５. ４. １ 光电二极管……………………………………………………………………… ９６
５. ４. ２ 光电晶体管……………………………………………………………………… ９８
５. ４. ３ 光电倍增管……………………………………………………………………… ９９
５. ４. ４ 光电图像传感器………………………………………………………………… １００
５. ５ 习题………………………………………………………………………………… １０４
第６ 章 信号调理与采集……………………………………………………………………… １０５
６. １ 信号调理…………………………………………………………………………… １０５
６. １. １ 信号放大……………………………………………………………………… １０５
６. １. ２ 信号滤波……………………………………………………………………… １１４
６. １. ３ 信号变换……………………………………………………………………… １２２
６. ２ 信号采样和量化…………………………………………………………………… １２５
６. ２. １ 信号的采样…………………………………………………………………… １２５
６. ２. ２ 信号的量化…………………………………………………………………… １２６
６. ２. ３ ＡＤＣ …………………………………………………………………………… １２７
６. ３ 习题………………………………………………………………………………… １２８
第７ 章 数字化传感器………………………………………………………………………… １３０
７. １ 数字脉冲式传感器………………………………………………………………… １３０
７. １. １ 编码器………………………………………………………………………… １３０
７. １. ２ 光栅传感器…………………………………………………………………… １３３
７. １. ３ 磁栅位移传感器………………………………………………………………… １３７
７. １. ４ 感应同步器（Ｉｎｄｕｃｔ－Ｓｙｎ） …………………………………………………… １３９
７. ２ 半导体集成数字传感器…………………………………………………………… １４２
７. ２. １ 半导体集成温度传感器………………………………………………………… １４３
７. ２. ２ 半导体集成压力传感器………………………………………………………… １４８
７. ２. ３ 半导体集成加速度传感器……………………………………………………… １５１
７. ３ 习题………………………………………………………………………………… １５６
第８ 章 辐射测温与激光测距………………………………………………………………… １５７
８. １ 辐射测温…………………………………………………………………………… １５７
８. １. １ 热辐射的基本定律……………………………………………………………… １５７
Ⅶ
８. １. ２ 辐射测温仪器………………………………………………………………… １６０
８. ２ 激光测距…………………………………………………………………………… １６７
８. ２. １ 脉冲式激光测距仪……………………………………………………………… １６７
８. ２. ２ 相位式激光测距仪……………………………………………………………… １６８
８. ３ 激光雷达（ＬｉＤＡＲ） ……………………………………………………………… １７３
８. ４ 习题………………………………………………………………………………… １７５
第９ 章 机器视觉……………………………………………………………………………… １７６
９. １ 机器视觉系统的组成……………………………………………………………… １７６
９. ２ 光源与照明………………………………………………………………………… １７７
９. ３ 图像采集系统……………………………………………………………………… １７８
９. ３. １ 光学成像系统………………………………………………………………… １７９
９. ３. ２ 图像传感器…………………………………………………………………… １８１
９. ３. ３ 采集电路／图像采集卡………………………………………………………… １８１
９. ４ 图像处理…………………………………………………………………………… １８２
９. ５ 摄像机标定………………………………………………………………………… １８３
９. ５. １ 透视成像模型（小孔成像模型） ……………………………………………… １８３
９. ５. ２ Ｆａｕｇｅｒａｓ 标定法………………………………………………………………… １８５
９. ５. ３ Ｔｓａｉ 氏标定法…………………………………………………………………… １８６
９. ５. ４ 张正友标定法………………………………………………………………… １８９
９. ６ 习题………………………………………………………………………………… １９１
第１０ 章 现代检测系统设计与应用案例…………………………………………………… １９２
１０. １ 基于单片机的红外点温仪………………………………………………………… １９２
１０. １. １ 硬件设计……………………………………………………………………… １９２
１０. １. ２ 软件设计…………………………………………………………………… １９８
１０. １. ３ 信号处理……………………………………………………………………… ２００
１０. ２ 基于采集模块的多通道压力／温度检测系统…………………………………… ２０６
１０. ２. １ 传感器与采集模块…………………………………………………………… ２０７
１０. ２. ２ Ｍｏｄｂｕｓ－ＲＴＵ 协议…………………………………………………………… ２０８
１０. ２. ３ 上位机软件…………………………………………………………………… ２０９
１０. ３ 基于ＣＣＤ 的定日镜跟日误差检测系统………………………………………… ２１０
１０. ３. １ 系统设计……………………………………………………………………… ２１２
１０. ３. ２ 硬件设计与实现……………………………………………………………… ２１３
１０. ３. ３ 光斑检测软件设计与实现……………………………………………………… ２１４
１０. ３. ４ ＯＰＣ 数据通信………………………………………………………………… ２２２
参考文献………………………………………………………………………………………… ２２４
前言
第１ 章 绪论……………………………………………………………………………………… １
１. １ 现代检测技术概述…………………………………………………………………… １
１. ２ 现代检测技术的应用………………………………………………………………… ３
１. ３ 检测系统的组成……………………………………………………………………… ５
１. ３. １ 传感器…………………………………………………………………………… ６
１. ３. ２ 信号采集与处理…………………………………………………………………… ７
１. ３. ３ 数字显示装置…………………………………………………………………… ８
１. ４ 现代检测技术的发展趋势…………………………………………………………… ８
１. ４. １ 高精度和极限测量范围的检测技术………………………………………………… ９
１. ４. ２ 集成化…………………………………………………………………………… ９
１. ４. ３ 智能化………………………………………………………………………… １０
１. ４. ４ 网络化………………………………………………………………………… １０
１. ４. ５ 虚拟测量技术…………………………………………………………………… １０
１. ４. ６ 压缩传感技术…………………………………………………………………… １２
１. ５ 习题…………………………………………………………………………………… １３
第２ 章 检测系统特性………………………………………………………………………… １４
２. １ 检测系统的静态特性………………………………………………………………… １４
２. １. １ 静态特性的数学描述…………………………………………………………… １４
２. １. ２ 静态特性指标…………………………………………………………………… １５
２. ２ 检测系统的动态特性……………………………………………………………… １８
２. ２. １ 动态特性………………………………………………………………………… １８
２. ２. ２ 一阶系统………………………………………………………………………… １９
２. ２. ３ 二阶系统………………………………………………………………………… ２１
２. ３ 检测系统的标定……………………………………………………………………… ２３
２. ３. １ 静态标定………………………………………………………………………… ２３
２. ３. ２ 动态标定………………………………………………………………………… ２５
２. ４ 习题…………………………………………………………………………………… ２８
第３ 章 检测误差分析………………………………………………………………………… ２９
３. １ 测量误差的基本概念………………………………………………………………… ２９
３. ２ 误差的表示方法……………………………………………………………………… ３０
３. ２. １ 绝对误差………………………………………………………………………… ３０
３. ２. ２ 相对误差………………………………………………………………………… ３０
３. ２. ３ 引用误差与最大引用误差………………………………………………………… ３１
Ⅴ
３. ２. ４ 容许误差………………………………………………………………………… ３１
３. ３ 误差的类型…………………………………………………………………………… ３１
３. ３. １ 系统误差………………………………………………………………………… ３１
３. ３. ２ 随机误差……………………………………………………………………… ３２
３. ３. ３ 粗大误差………………………………………………………………………… ３２
３. ４ 误差分析……………………………………………………………………………… ３２
３. ４. １ 系统误差的分析与处理………………………………………………………… ３３
３. ４. ２ 随机误差的分析与处理………………………………………………………… ３４
３. ４. ３ 粗大误差的判断………………………………………………………………… ３７
３. ５ 误差合成……………………………………………………………………………… ３９
３. ５. １ 系统误差合成…………………………………………………………………… ３９
３. ５. ２ 随机误差的合成………………………………………………………………… ３９
３. ６ 测量不确定度………………………………………………………………………… ４０
３. ６. １ 标准不确定度…………………………………………………………………… ４０
３. ６. ２ 扩展不确定度…………………………………………………………………… ４２
３. ７ 习题…………………………………………………………………………………… ４２
第４ 章 电参数传感器………………………………………………………………………… ４４
４. １ 电阻式传感器………………………………………………………………………… ４４
４. １. １ 应变型电阻传感器……………………………………………………………… ４４
４. １. ２ 半导体压阻传感器……………………………………………………………… ５１
４. １. ３ 电阻式温度传感器……………………………………………………………… ５２
４. １. ４ 光敏电阻………………………………………………………………………… ５６
４. １. ５ 磁敏电阻………………………………………………………………………… ５６
４. ２ 电感式传感器………………………………………………………………………… ５７
４. ２. １ 自感式传感器…………………………………………………………………… ５７
４. ２. ２ 互感式传感器…………………………………………………………………… ６２
４. ２. ３ 电涡流式传感器………………………………………………………………… ６６
４. ３ 电容式传感器………………………………………………………………………… ６８
４. ３. １ 电容式传感器的主要类型……………………………………………………… ６９
４. ３. ２ 电容式传感器的等效电路………………………………………………………… ７１
４. ３. ３ 电容式传感器的性能及特点……………………………………………………… ７２
４. ３. ４ 电容式传感器的检测电路………………………………………………………… ７２
４. ３. ５ 电容式传感器的应用…………………………………………………………… ７６
４. ４ 习题…………………………………………………………………………………… ７７
第５ 章 电能量型传感器……………………………………………………………………… ７９
５. １ 热电传感器…………………………………………………………………………… ７９
５. １. １ 热电偶测温原理………………………………………………………………… ７９
５. １. ２ 热电偶的基本定律……………………………………………………………… ８０
５. １. ３ 热电偶的冷端处理和补偿………………………………………………………… ８２
Ⅵ
５. １. ４ 热电偶的应用…………………………………………………………………… ８３
５. ２ 压电传感器…………………………………………………………………………… ８５
５. ２. １ 工作原理………………………………………………………………………… ８６
５. ２. ２ 压电元件的等效电路及连接方式………………………………………………… ８７
５. ２. ３ 压电传感器的检测电路………………………………………………………… ８８
５. ２. ４ 压电传感器的应用……………………………………………………………… ８９
５. ３ 磁电传感器…………………………………………………………………………… ９０
５. ３. １ 电磁感应式磁电传感器………………………………………………………… ９０
５. ３. ２ 霍尔传感器……………………………………………………………………… ９１
５. ４ 光电传感器…………………………………………………………………………… ９５
５. ４. １ 光电二极管……………………………………………………………………… ９６
５. ４. ２ 光电晶体管……………………………………………………………………… ９８
５. ４. ３ 光电倍增管……………………………………………………………………… ９９
５. ４. ４ 光电图像传感器………………………………………………………………… １００
５. ５ 习题………………………………………………………………………………… １０４
第６ 章 信号调理与采集……………………………………………………………………… １０５
６. １ 信号调理…………………………………………………………………………… １０５
６. １. １ 信号放大……………………………………………………………………… １０５
６. １. ２ 信号滤波……………………………………………………………………… １１４
６. １. ３ 信号变换……………………………………………………………………… １２２
６. ２ 信号采样和量化…………………………………………………………………… １２５
６. ２. １ 信号的采样…………………………………………………………………… １２５
６. ２. ２ 信号的量化…………………………………………………………………… １２６
６. ２. ３ ＡＤＣ …………………………………………………………………………… １２７
６. ３ 习题………………………………………………………………………………… １２８
第７ 章 数字化传感器………………………………………………………………………… １３０
７. １ 数字脉冲式传感器………………………………………………………………… １３０
７. １. １ 编码器………………………………………………………………………… １３０
７. １. ２ 光栅传感器…………………………………………………………………… １３３
７. １. ３ 磁栅位移传感器………………………………………………………………… １３７
７. １. ４ 感应同步器（Ｉｎｄｕｃｔ－Ｓｙｎ） …………………………………………………… １３９
７. ２ 半导体集成数字传感器…………………………………………………………… １４２
７. ２. １ 半导体集成温度传感器………………………………………………………… １４３
７. ２. ２ 半导体集成压力传感器………………………………………………………… １４８
７. ２. ３ 半导体集成加速度传感器……………………………………………………… １５１
７. ３ 习题………………………………………………………………………………… １５６
第８ 章 辐射测温与激光测距………………………………………………………………… １５７
８. １ 辐射测温…………………………………………………………………………… １５７
８. １. １ 热辐射的基本定律……………………………………………………………… １５７
Ⅶ
８. １. ２ 辐射测温仪器………………………………………………………………… １６０
８. ２ 激光测距…………………………………………………………………………… １６７
８. ２. １ 脉冲式激光测距仪……………………………………………………………… １６７
８. ２. ２ 相位式激光测距仪……………………………………………………………… １６８
８. ３ 激光雷达（ＬｉＤＡＲ） ……………………………………………………………… １７３
８. ４ 习题………………………………………………………………………………… １７５
第９ 章 机器视觉……………………………………………………………………………… １７６
９. １ 机器视觉系统的组成……………………………………………………………… １７６
９. ２ 光源与照明………………………………………………………………………… １７７
９. ３ 图像采集系统……………………………………………………………………… １７８
９. ３. １ 光学成像系统………………………………………………………………… １７９
９. ３. ２ 图像传感器…………………………………………………………………… １８１
９. ３. ３ 采集电路／图像采集卡………………………………………………………… １８１
９. ４ 图像处理…………………………………………………………………………… １８２
９. ５ 摄像机标定………………………………………………………………………… １８３
９. ５. １ 透视成像模型（小孔成像模型） ……………………………………………… １８３
９. ５. ２ Ｆａｕｇｅｒａｓ 标定法………………………………………………………………… １８５
９. ５. ３ Ｔｓａｉ 氏标定法…………………………………………………………………… １８６
９. ５. ４ 张正友标定法………………………………………………………………… １８９
９. ６ 习题………………………………………………………………………………… １９１
第１０ 章 现代检测系统设计与应用案例…………………………………………………… １９２
１０. １ 基于单片机的红外点温仪………………………………………………………… １９２
１０. １. １ 硬件设计……………………………………………………………………… １９２
１０. １. ２ 软件设计…………………………………………………………………… １９８
１０. １. ３ 信号处理……………………………………………………………………… ２００
１０. ２ 基于采集模块的多通道压力／温度检测系统…………………………………… ２０６
１０. ２. １ 传感器与采集模块…………………………………………………………… ２０７
１０. ２. ２ Ｍｏｄｂｕｓ－ＲＴＵ 协议…………………………………………………………… ２０８
１０. ２. ３ 上位机软件…………………………………………………………………… ２０９
１０. ３ 基于ＣＣＤ 的定日镜跟日误差检测系统………………………………………… ２１０
１０. ３. １ 系统设计……………………………………………………………………… ２１２
１０. ３. ２ 硬件设计与实现……………………………………………………………… ２１３
１０. ３. ３ 光斑检测软件设计与实现……………………………………………………… ２１４
１０. ３. ４ ＯＰＣ 数据通信………………………………………………………………… ２２２
参考文献………………………………………………………………………………………… ２２４
