本书从系统的角度就组成现代检测系统的有机组成:信号检测、变换和分析处理等部分进行了深入浅出的分析和介绍。突出必备知识以及基础知识中的重点和难点。书中检测方法、检测系统结构、信号调理技术、生产自动控制过程和设备运行状态监测中过程量、机械量、几何量、电量等物理量的检测原理和应用等的介绍为不同专业和不同需求提供了选择余地。信号分析处理新技术以及计算机辅助测量系统及网络化测量系统等内容反映了现代测量技术与系统的特点。
本书内容包括检测技术与系统的发展回顾、测量系统的基本构成与特性描述、测量方法的分类与特点、测量数据处理等基本概念和要点,还从应用需求出发,简要介绍了各种典型传感器的工作原理及特性、常规工程量的检测方法和各种信号调理技术等。关于模糊数学、人工神经网络、传感器融合等现代信息处理技术,以及计算机辅助测量系统和网络化测量系统等内容,书中展现了新的理论、方法和技术为测量系统带来的新进展。
本书特色
重点介绍检测技术与系统知识的要点,注重内容的基础性和共性价值。
内容安排简而精,兼顾知识呈现的系统性。
方便读者全面了解检测技术与系统,适应现代快节奏学习的需要。
检测装置与测量系统在工农业生产、交通运输、科学实验甚至日常生活中无处不在,检测技术及相关基础知识已成为工科学生必备的技术基础和工程基础的有机组成部分。很多工科院校都开设了检测技术类课程或工程导论类的通识课程,本教材即为这类课程的需求而写。本书以使工科学生、工程技术及管理人员掌握检测技术与系统必要知识,了解现代检测技术与系统的发展为目的而编写,易学实用,又兼有检测技术与系统手册功能。
编者根据自己多年的教学经验与科研心得,从素质教育和能力培养的观点出发编写本书,既注重知识的结构性和完整性,又充分考虑读者对易学实用的要求。在内容的安排上,特别注意知识呈现的体系封闭性,即从最基本的概念切入,循序分析,使读者不受太多先修专业课程的限制,读者只要具备普通物理和工程数学的知识基础就可以读懂本书。读者不需要花费大量的学时或阅读时间即可了解检测技术与系统的基本知识和概貌,以适应现代快节奏的学习需要。入门基础知识与高技术前沿相结合,使本教材适应不同层次的需求。
本书从测量技术的发展历程讲起,使读者对测量技术及系统的特点和发展脉络有一个系统而全面的了解,然后介绍共性技术,接着讲述各类传感器的工作原理与特点、常用信号调理电路及其应用特点、计算机辅助测量系统及网络化测量系统及现代信息处理技术等。本书从系统的角度就测量系统的有机组成(信号检测、变换和分析处理等部分)进行了深入浅出的分析和介绍,突出必备知识以及基础知识中的重点和难点。信息分析处理新技术、计算机辅助测量系统及网络化测量系统等内容反映了现代测量技术与系统的特点。
检测技术与系统涉及的知识面广,信息量大,工程性强,设置的内容若过于繁杂,初学者易迷失其中反而不得要领。本教材力求摘其要点,注重内容的基础性和共性价值,使读者通过快速阅读即可获得对检测技术与系统基本而系统性的理解。通过本书,读者可以全面了解测量系统的基本构成和基本特性、测量方法、测量数据处理等基本概念和要点,常规工程量的检测方法和各种信号调理技术等。关于模糊数学、人工神经网络、传感器融合等信息分析处理新方法、仪器和工业总线,以及无线传感器网络等内容,书中展现了新的理论和方法、计算机技术和网络技术等为检测系统带来的新进展。
本书由上海交通大学蔡萍、赵辉和施亮合作编写,蔡萍主编。蔡萍编写了第1、2、4和6章,赵辉编写了第3章,施亮编写了第5章。本书交稿后由本书编审委员会委员机工社华章分社王颖副编审进行了审核,提出了修改意见,在此表示感谢!
本书在编写中参阅了许多文献,在此向有关作者深表谢意!
对于书中难免存在的不足之处,恳请读者批评指正。
编者
2016年5月
检测技术
本书内容包括检测技术与系统的发展回顾、测量系统的基本构成与特性描述、测量方法的分类与特点、测量数据处理等基本概念和要点,还从应用需求出发,简要介绍了各种典型传感器的工作原理及特性、常规工程量的检测方法和各种信号调理技术等。关于模糊数学、人工神经网络、传感器融合等现代信息处理技术,以及计算机辅助测量系统和网络化测量系统等内容,书中展现了新的理论、方法和技术为测量系统带来的新进展。
本书特色:
·重点介绍检测技术与系统知识的要点,注重内容的基础性和共性价值。
·内容安排简而精,兼顾知识呈现的系统性。
·方便读者获得对检测技术与系统基本又全貌性的了解,适应现代快节奏的学习需要。
前言
教学建议
第1章引言1
11测量技术的作用、地位与任务1
12测量技术与测量系统的发展历程概述8
13若干名词术语的词义辨析12
14本书导读14
思考题与练习题15
第2章测量系统及其特性16
21测量系统的构成16
211检出部分17
212信号变换部分19
213分析处理部分19
214通信接口与总线部分20
215主控软件20
22测量方法分类21
221直接测量与间接测量21
222偏移法与零位法测量22
223差动式测量23
224随动跟踪测量24
225主动探索与信息反馈型检测24
23静态测量与静态指标25
231非线性误差25
232灵敏度26
233分辨力26
234量程和动态范围26
235回程误差、重复性、死区与漂移26
24测量系统的动态特性及指标27
25测量误差与测量误差数据处理31
251测量误差31
252测量误差数据处理34
253有效数字38
26最小二乘法原理与回归分析方法简介38
261最小二乘法原理38
262回归分析39
263回归方程的方差分析及其显著性检验40
27量制与量纲42
271概述42
272国际单位制42
思考题与练习题44
第3章传感器技术46
31传感器概述46
311传感器基本概念46
312传感器的构成47
313传感器的分类48
32长度及线位移传感器49
321电感位移传感器50
322电容位移传感器54
323光栅式位移传感器59
324激光干涉测量系统62
33角度及角位移传感器64
331圆光栅传感器64
332光电编码器65
34测距传感器69
341激光测距传感器69
342超声波测距传感器70
35力传感器71
351电阻应变式力传感器71
352压电式力传感器72
36压力传感器77
361电阻应变式压力传感器77
362压阻式压力传感器78
363电感式压力传感器79
364电容式压力传感器80
365压电式压力传感器80
37速度及加速度传感器81
371速度传感器81
372加速度传感器83
38温度传感器87
381热电偶温度传感器87
382热电阻温度传感器90
383辐射式温度传感器92
39流量传感器93
391差压式流量传感器93
392流阻式流量传感器94
393测速式流量传感器96
394振动式流量传感器98
395质量流量计100
310电磁量传感器101
3101光纤电流传感器101
3102霍尔电流传感器103
3103磁敏传感器105
思考题与练习题106
第4章电信号的变换与处理技术108
41电压和电流放大变换电路108
411传感器的等效电路109
412同相输入和反相输入比例电路110
413电流电压转换电路111
414差分放大与仪用放大器111
415真有效值电路113
42测量电桥及其放大电路114
421测量电桥114
422电桥放大器115
43噪声抑制技术117
431噪声的一般性质117
432相敏检波技术117
433模拟滤波技术120
44模拟数字转换技术124
441采样与量化124
442模数转换器的主要性能指标及原理125
45电压/频率、电压/电流变换技术130
451电压/频率转换130
452电压/电流变换131
46干扰抑制技术132
461干扰的传播途径132
462抗干扰措施134
思考题与练习题141
第5章计算机辅助测量系统及网络化测量系统142
51现场总线和仪器总线142
511测量系统的发展概述142
512仪器总线143
513现场总线144
52GPIB总线及其应用146
521GPIB总线技术概述146
522GPIB总线构成148
523十种接口功能149
524GPIB总线系统中的消息150
525IEEE 4882标准和SCPI简介151
526GPIB总线的应用152
53VXI总线及其应用152
531VXI总线系统的机械结构153
532VXI系统的总线构成153
533VXI总线系统的资源管理156
534VXI总线系统的体系结构156
535VXI总线系统的通信协议158
536VXI总线的应用161
54CAN总线及其应用162
541CAN总线概述162
542CAN的通信参考模型163
543CAN总线信号的位电平163
544CAN的报文结构164
545错误类型和故障界定166
546CAN高层协议167
547CAN总线的应用167
55无线传感器网络168
551无线传感器网络的概念169
552无线传感器网络的特点170
553无线传感器网络的体系结构171
554ZigBee协议172
555无线传感器网络的应用173
思考题与练习题174
第6章现代信息处理方法在测量技术中的应用176
61数字滤波方法177
611限幅滤波177
612中值滤波177
613平滑滤波177
614一阶惯性滤波179
62人工神经网络在测量中的应用179
621人工神经网络信号处理简述179
622人工神经网络180
623BP模型及其应用181
63模糊数学方法在测量中的应用182
631概述182
632基本定义和定理183
633模糊检测技术应用实例185
64基于相关原理的测量方法186
641信号的自相关处理186
642信号的互相关处理187
643相关检测应用举例188
65多传感器信息融合技术189
651概述189
652信息融合的贝叶斯方法190
66小波方法及其应用191
661对数变换191
662傅里叶变换191
663小波变换192
664应用举例193
思考题与练习题194
参考文献195