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商品描述
本書系統介紹了測試技術與各類傳感器的基礎知識和應用案例。全書共14章，分為兩大篇：第一篇為測試技術基礎（第1～3章），闡述測試的基本概念、信號分析基礎及測試系統的靜態和動態特性，為讀者理解測試過程與方法奠定基礎；第二篇為傳感器基礎及應用（第4～14章），概述了傳感器技術，詳細講解了電阻式、電感式、電容式、光電式、壓電式、熱電式、磁電式、數字式、輻射式及圖像檢測等多種傳感器的原理、特性及應用案例，為讀者展示典型傳感器在現代科技領域中的關鍵作用。本書采用二維碼技術，將紙質教材與數字化教學資源有機融合，通過大量案例分析，引導讀者理解傳感器技術如何解決實際工程問題，並掌握其應用方法。本書結構清晰、內容翔實、應用導向鮮明，適合作為高等院校機電類專業，如機械電子工程、自動化、機械設計制造及其自動化、電氣工程及其自動化、機器人工程，以及測控技術與儀器等的核心教材或教學參考書。同時，對於從事傳感檢測技術研發、設備設計與系統集成工作的工程技術人員，本書也具有重要參考價值。
目錄大綱
目 錄
第一篇 測試技術基礎
第1章 測試的基礎知識 1
1.1 測試的基本概念 1
1.1.1 有關量、測量、計量、測試、
檢測的概念 1
1.1.2 測試方法的分類 3
1.1.3 測試系統的組成 5
1.2 測量誤差與不確定度 6
1.2.1 測量誤差的基本概念及分類 6
1.2.2 測量誤差的處理 10
1.2.3 測量不確定度 16
1.3 測量數據的處理方法 21
1.3.1 測量數據的有效數字處理準則 21
1.3.2 測量數據的表述方法 22
1.3.3 回歸分析方法及應用 23
本章知識點梳理與總結 25
本章自測 26
思考題與習題 26
第2章 信號分析基礎 28
2.1 信號的分類與描述 29
2.1.1 信號的分類 29
2.1.2 信號的描述 32
2.2 周期信號的離散頻譜分析 33
2.2.1 傅裏葉級數與周期信號的分解 33
2.2.2 周期信號的頻譜實例 35
2.2.3 傅裏葉有限級數 38
2.2.4 周期信號頻譜的特點及物理
意義 40
2.3 非周期信號的連續頻譜分析 41
2.3.1 傅裏葉變換 41
2.3.2 典型非周期信號及其頻譜 43
2.3.3 傅裏葉變換的基本性質 46
2.4 離散信號的分析與處理 51
2.4.1 時域抽樣信號的傅裏葉變換 52
2.4.2 時域抽樣定理與頻譜混疊 55
本章知識點梳理與總結 56
本章自測 57
思考題與習題 57
第3章 測試系統的特性分析 59
3.1 測試系統與線性定常系統 60
3.1.1 測試系統的基本要求 60
3.1.2 線性定常系統及其特性 60
3.1.3 測試系統的傳輸特性 61
3.2 測試系統的靜態特性 62
3.2.1 測試系統的靜態特性方程 62
3.2.2 測試系統的主要靜態性能指標 63
3.3 測試系統的動態特性 67
3.3.1 動態特性的數學描述—數學
模型 67
3.3.2 常見測試系統的數學模型 71
3.3.3 常見測試系統的時域動態特性 73
3.3.4 常見測試系統的頻域動態特性 76
3.4 測試系統的無失真測試的條件 81
3.4.1 無失真測試的時域條件 81
3.4.2 無失真測試的頻域條件 81
3.4.3 常見測試系統的無失真測試
條件 82
3.5 測試系統的標定與校準 83
3.5.1 測試系統的靜態校準 83
3.5.2 測試系統的動態校準 84
本章知識點梳理與總結 87
本章自測 87
思考題與習題 87
第二篇 傳感器基礎及應用
第4章 傳感器技術概論 90
4.1 傳感器定義與組成 90
4.2 傳感器分類 91
4.3 傳感器技術發展 94
4.3.1 提高與改善傳感器的性能 95
4.3.2 開展傳感器研究的方法 95
4.3.3 傳感器的發展趨勢 99
本章知識點梳理與總結 103
本章自測 104
思考題與習題 104
第5章 電阻式傳感器及應用案例 105
5.1 電阻應變片 106
5.1.1 電阻應變片的結構和工作
原理 106
5.1.2 電阻應變片的種類 109
5.1.3 電阻應變片的材料 111
5.1.4 電阻應變片的主要特性 112
5.1.5 電阻應變片的測量電路 114
5.1.6 電阻應變片的溫度誤差及
補償 119
5.2 電阻應變式傳感器及應用 122
5.2.1 應變式力傳感器 123
5.2.2 應變式壓力傳感器 126
5.2.3 應變式加速度傳感器 128
5.2.4 應變式位移傳感器 128
5.2.5 應變式扭矩傳感器 129
5.3 壓阻式傳感器及應用 129
5.3.1 壓阻效應與壓阻系數 130
5.3.2 半導體應變片的測量電路 130
5.3.3 壓阻式傳感器的應用 131
5.4 工程應用案例—壓阻式傳感器測靜壓
氣體止推軸承承載面氣體壓力分布 133
5.4.1 工程背景 133
5.4.2 測試系統 134
5.4.3 分布式壓力傳感器 134
5.4.4 實施結果 135
本章知識點梳理與總結 135
本章自測 136
思考題與習題 136
第6章 電感式傳感器及應用案例 138
6.1 自感式傳感器 139
6.1.1 工作原理、類型及特性 139
6.1.2 電感線圈的等效電路 143
6.1.3 自感式傳感器的測量電路 144
6.1.4 自感式傳感器的應用 150
6.2 差動變壓器式傳感器 151
6.2.1 螺管型差動變壓器的工作
原理 151
6.2.2 零點殘余電壓 152
6.2.3 測量電路 153
6.2.4 差動變壓器的應用 154
6.3 電渦流式傳感器 156
6.3.1 工作原理、特性及類型 156
6.3.2 測量電路 161
6.3.3 電渦流式傳感器的應用 164
6.4 電感式傳感器工程應用案例—氣動
人工肌肉軌跡跟蹤控制 165
6.4.1 工程背景 165
6.4.2 測試系統設計 166
6.4.3 實施過程 167
6.4.4 實施結果 168
本章知識點梳理與總結 169
本章自測 169
思考題與習題 169
第7章 電容式傳感器及應用案例 172
7.1 電容式傳感器的工作原理、類型及
特性 173
7.1.1 變面積型電容式傳感器 174
7.1.2 變極距型電容式傳感器 176
7.1.3 變介電常數型電容式傳感器 177
7.2 電容式傳感器等效電路與測量電路 180
7.2.1 電容式傳感器等效電路 180
7.2.2 電容式傳感器測量電路 181
7.3 電容式傳感器的應用 185
7.3.1 電容式測微儀 185
7.3.2 電容式壓差傳感器 185
7.3.3 空氣阻尼電容式加速度傳
感器 186
7.4 工程應用案例—電容式傳感器在
人體活動檢測中的應用 187
7.4.1 工程背景 187
7.4.2 制備方案 187
7.4.3 實施過程 188
7.4.4 實施結果 189
本章知識點梳理與總結 190
本章自測 191
思考題與習題 191
第8章 光電式傳感器及應用案例 193
8.1 光電式傳感器的原理 194
8.2 普通光電式傳感器 195
8.2.1 外光電效應型器件 195
8.2.2 內光電效應型器件 197
8.3 圖像傳感器 201
8.3.1 圖像傳感器的工作原理 201
8.3.2 圖像傳感器的分類 203
8.3.3 圖像傳感器的特性參數 204
8.4 光纖傳感器 205
8.5 典型的光電器件及安裝方式 206
8.5.1 典型的光電器件 206
8.5.2 光電器件的安裝方式 209
8.6 工程應用案例—圖像中目標物體
的尺寸測量 211
8.6.1 工程背景 211
8.6.2 檢測方案 211
8.6.3 實施過程 213
8.6.4 實施結果 213
8.7 工程應用案例—標簽位置檢測 213
8.7.1 工程背景 213
8.7.2 檢測方案 214
8.7.3 實施過程 215
8.7.4 實施結果 215
本章知識點梳理與總結 216
本章自測 216
思考題與習題 217
第9章 壓電式傳感器及應用案例 218
9.1 壓電效應與壓電材料 219
9.1.1 壓電效應 219
9.1.2 壓電材料 224
9.2 壓電式傳感器等效電路與測量電路 226
9.2.1 壓電式傳感器等效電路 226
9.2.2 壓電式傳感器測量電路 227
9.3 壓電式傳感器的應用 229
9.3.1 壓電式加速度傳感器 229
9.3.2 壓電式金屬加工切削力測量 230
9.3.3 壓電引信 231
9.3.4 煤氣竈電子點火裝置 231
9.4 工程應用案例—壓電式傳感器
測定動脈脈搏波速度 231
9.4.1 工程背景 231
9.4.2 檢測方案 232
9.4.3 實施過程 232
9.4.4 實施結果 233
本章知識點梳理與總結 234
本章自測 235
思考題與習題 235
第10章 熱電式傳感器及應用案例 237
10.1 溫度檢測概述 238
10.1.1 溫度和溫標 238
10.1.2 溫度測量方法及其特點 239
10.2 熱電偶溫度傳感器 240
10.2.1 熱電偶的測溫原理 240
10.2.2 熱電偶的冷端溫度補償 243
10.2.3 熱電偶的結構、分類及測量
電路 245
10.2.4 熱電偶的實用測溫電路 247
10.2.5 熱電偶的應用 249
10.3 熱電阻溫度傳感器 250
10.3.1 金屬熱電阻 250
10.3.2 半導體熱敏電阻 254
10.4 集成溫度傳感器 259
10.4.1 集成溫度傳感器的測溫
原理 259
10.4.2 集成溫度傳感器的分類及
特點 259
10.4.3 三種典型集成溫度傳感器 260
10.4.4 集成溫度傳感器的應用 262
10.5 工程應用案例—電子體溫計批量
動態檢定用恒溫槽 263
10.5.1 工程背景 263
10.5.2 電子體溫計批量動態檢定
流程 263
10.5.3 測試系統 264
10.5.4 測試過程及結果分析 264
本章知識點梳理與總結 267
本章自測 267
思考題與習題 267
第11章 磁電式傳感器及應用案例 269
11.1 磁電感應式傳感器 270
11.1.1 磁電感應式傳感器的工作
原理 270
11.1.2 磁電感應式傳感器的測量
電路 271
11.1.3 磁電感應式傳感器的應用 272
11.2 霍爾傳感器 274
11.2.1 霍爾效應與霍爾元件 274
11.2.2 霍爾元件的測量誤差及其
補償方法 277
11.2.3 霍爾傳感器的應用 280
11.3 工程應用案例—霍爾傳感器在
角度測量中的應用 282
11.3.1 工程背景 282
11.3.2 檢測方案 282
11.3.3 實施過程 283
11.3.4 實施結果 284
本章知識點梳理與總結 285
本章自測 285
思考題與習題 285
第12章 數字式傳感器及應用案例 287
12.1 光柵傳感器 288
12.1.1 結構組成 288
12.1.2 工作原理 289
12.1.3 辨向原理 290
12.1.4 細分原理 291
12.2 光電編碼器 292
12.2.1 增量式編碼器 293
12.2.2 絕對式編碼器 294
12.3 感應同步器 296
12.3.1 結構組成 296
12.3.2 工作原理 298
12.3.3 測量方式 299
12.4 容柵傳感器 300
12.4.1 結構與工作原理 300
12.4.2 容柵傳感器的優點 301
12.5 磁柵傳感器 302
12.5.1 結構和分類 302
12.5.2 工作原理 304
12.6 工程應用案例—光電編碼器在
工業上測量直線位移 305
12.6.1 工程背景 305
12.6.2 設計方案 305
12.6.3 實施過程 305
12.6.4 實施結果 306
本章知識點梳理與總結 306
本章自測 307
思考題與習題 307
第13章 輻射式傳感器及應用案例 308
13.1 紅外輻射傳感器 309
13.1.1 紅外輻射的物理基礎 309
13.1.2 紅外探測器及測量系統 311
13.1.3 紅外輻射傳感器的應用 313
13.2 超聲波傳感器 317
13.2.1 超聲波檢測的物理基礎 317
13.2.2 超聲波傳感器的工作原理及
檢測模式 319
13.2.3 超聲波傳感器的應用 321
13.3 微波傳感器 324
13.3.1 微波的性質和特點 324
13.3.2 微波傳感器的工作原理、
分類及組成 325
13.3.3 微波傳感器的應用 327
13.4 工程應用案例—基於IWR6843
毫米波雷達的生命體征監測 330
13.4.1 工程背景 330
13.4.2 檢測方案 330
13.4.3 實施過程 332
13.4.4 實施結果 333
本章知識點梳理與總結 334
本章自測 334
思考題與習題 335
第14章 圖像檢測技術及應用案例 336
14.1 圖像傳感技術概述 337
14.2 圖像檢測系統的組成 338
14.3 常見圖像傳感器簡介 339
14.3.1 可見光相機 339
14.3.2 紅外熱像儀 341
14.3.3 RGBD相機 342
14.3.4 毫米波雷達SAR成像 343
14.4 圖像匹配方法和工件檢測應用案例 344
14.4.1 模板匹配 345
14.4.2 特征點檢測 346
14.4.3 應用案例小結 349
14.5 機器學習在圖像檢測中的應用案例 349
14.5.1 機器學習的基本概念 349
14.5.2 車牌識別案例 353
14.6 深度學習神經網絡簡介及圖像識別
案例 357
14.6.1 圖像增廣與錨框 359
14.6.2 目標檢測 362
14.6.3 區域卷積神經網絡
（R-CNN） 362
14.6.4 YOLO網絡結構與發展歷程 362
14.6.5 使用預訓練的YOLO模型
進行目標識別 363
14.6.6 使用自己的數據集訓練YOLO
模型 364
14.7 毫米波雷達近場SAR成像和目標
識別 366
14.7.1 毫米波雷達傳感器 366
14.7.2 MIMO-SAR成像 366
14.7.3 近場SAR成像裝置 367
14.7.4 雷達原始ADC數據處理 367
14.7.5 基於雷達成像的目標檢測
方法 368
本章知識點梳理與總結 371
思考題與習題 371
參考文獻 373
