自动检测技术(第２版)——普通高等教育“九五”部级重点教材 普通高等工科教育机电类规划教 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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马西秦 著

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111076049

商品编码：29535451475

包装：平装

出版时间：2004-07-01

基本信息

书名：自动检测技术(第２版)——普通高等教育“九五”部级重点教材 普通高等工科教育机电类规划教材

定价：17.50元

作者：马西秦

出版社：机械工业出版社

出版日期：2004-07-01

ISBN：9787111076049

字数：312000

页码：199

版次：2

装帧：平装

开本：

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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本书是为高等工科学校电气应用类专业“自动检测技术”课程编写的教材。经多年使用，现补充修订后再版。本书取材广泛，深度适宜，注重应用实例的介绍，同时尽力反映检测技术领域内的新技术、新动向。全书主要内容包括检测技术的基本知识，常用传感器的工作原理、基本结构、主要性能、测量电路和应用方法。同时介绍了检测系统中的信号处理、干扰抑制技术和若干新型传感器。
本书可供高等工科教育、高等工程专科教育、高等职业教育和成人教育电气自动化、电气技术、应用电子技术、计算机应用等专业选作教材，也可供检测技术领域的科技人员参考。

目录

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前言
章 检测技术的基本知识
节 概述
第二节 测量方法
第三节 检测系统的基本特性
第四节 误差的概念
第五节 误差的处理方法
第六节 系统误差的消除方法
思考题与习题
第二章 电阻式传感器
节 电阻应变式传感器
第二节 固态压阻式传感器
第三节 热电阻式传感器
第四节 气敏电阻
第五节 湿敏电阻
思考题与习题
第三章 电容式传感器
节 电容式传感器的工作原理
第二节 电容式传感器的类型及特性
第三节 电容式传感器的测量电路
第四节 电容式传感器的应用
思考题与习题
第四章 电感式传感器
节 自感式电感传感器
第二节 差动变压器
第三节 电涡流式传感器
思考题与习题
第五章 压电式传感器
节 压电式传感器的工作原理
第二节 压电材料及压电元件的结构
第三节 压电式传感器的测量电路
第四节 压电式传感器的应用
思考题与习题
第六章 磁电式传感器
节 磁电式传感器的工作原理
第二节 磁电式传感器的结构和应用
思考题与习题
第七章 热电偶传感器
节 热电偶工作原理
第二节 热电偶的材料、结构及种类
第三节 热电偶的冷端补偿
第四节 热电偶测温线路
思考题与习题
第八章 光电传感器
节 光电效应与光电器件
第二节 光电传感器与光电检测
第三节 光导纤维传感器
思考题与习题
第九章 霍耳传感器
节 霍耳传感器的工作原理
第二节 集成霍耳传感器
第三节 霍耳传感器的应用
思考题与习题
第十章 数字式传感器
节 光栅传感器
第二节 磁栅传感器
第三节 感应同步器
思考题与习题
第十一章 其他传感器
节 超声波传感器
第二节 红外传感器
第三节 激光传感器
思考题与习题
第十二章 检测装置的信号处理
节 信号的放大与隔离
第二节 信号在传输过程中的变换技术
第三节 信号的非线性补偿技术
思考题与习题
第十三章 检测装置的干扰抑制技术
节 干扰的来源
第二节 干扰的耦合方式及传输途径
第三节 差模干扰和共模干扰
第四节 干扰抑制技术
思考题与习题
第十四章 新型传感技术简介
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《精密仪器与自动控制系统设计》 前言 精密仪器与自动控制技术作为现代科学技术的重要支柱，在国民经济和社会发展的各个领域都扮演着至关重要的角色。从尖端的航空航天、精密制造，到我们日常生活的衣食住行，都离不开高精度测量、可靠的控制以及智能化决策。本书旨在深入探讨精密仪器设计与自动控制系统构建的核心原理、关键技术及工程实践，为有志于从事相关领域研究与开发的读者提供一个系统、详实的学习平台。 本书的编写，并非是简单地罗列技术名词或概念，而是力求将理论知识与实际应用紧密结合，通过对典型精密仪器和自动控制系统实例的深入剖析，帮助读者建立起清晰的认知框架，掌握解决工程实际问题的能力。我们希望通过本书的学习，读者能够深刻理解精密仪器的工作机理，掌握其设计中的关键环节；同时，能够熟练运用现代自动控制理论，设计出性能优越、稳定可靠的控制系统，并能在复杂工况下实现精确的动态响应。 本书内容涵盖了从基础理论到前沿技术的广泛范围。我们将从精密仪器的基本概念、分类及其在各领域的应用出发，重点介绍各类精密测量传感器的原理、特性和选择方法。随后，将深入探讨精密机械结构的设计原则，包括精度要求、材料选择、减震降噪以及装配调试等关键工艺。在自动控制部分，我们将从经典的反馈控制理论入手，逐步讲解PID控制器、状态空间法等经典和现代控制策略，并探讨其在实际系统中的实现与优化。此外，书中还将涉及非线性控制、自适应控制、模糊控制、神经网络控制等先进控制理论，以及它们在应对复杂、不确定性系统中的应用。 工程实践部分是本书的另一大亮点。我们将选取一些典型的精密仪器和自动控制系统案例，例如数控机床、机器人关节控制、精密定位平台、飞行器姿态控制系统等，进行详细的系统分析和设计流程讲解。这部分内容将指导读者如何将理论知识转化为实际工程解决方案，理解从需求分析、系统建模、控制器设计、硬件选型到软件实现、仿真验证、实物调试的全过程。 我们深知，掌握精密仪器与自动控制技术，不仅需要扎实的理论基础，更需要丰富的实践经验。因此，本书在理论讲解的同时，注重引导读者进行思考和实践。我们鼓励读者在阅读过程中，结合自身的学习背景和兴趣，主动进行相关的计算、仿真和设计练习。书中提供的案例分析，也可以作为读者进行课程设计或毕业设计的参考。 本书的读者对象主要是高等院校机械类、自动化类、电子信息类等专业的本科生和研究生，以及从事相关领域工程技术工作的科研人员和工程师。对于初学者，本书提供了一个系统性的入门路径；对于已有一定基础的读者，本书可以帮助其拓展知识视野，深化理解，掌握更先进的技术。 在编写过程中，我们得到了许多同行和朋友的帮助与支持，在此表示衷心的感谢。由于时间和水平的限制，书中难免存在疏漏和不足之处，恳请广大读者不吝赐教，以便我们在今后的修订中不断完善。 第一章 精密仪器概论 1.1 精密仪器的概念与分类 精密仪器，顾名思义，是指那些能够进行高精度测量、控制或信息处理的仪器设备。它们通常具有结构精巧、制造精度高、性能稳定、工作可靠等特点，是现代科技和工业生产不可或缺的组成部分。精密仪器的应用领域极为广泛，渗透到科学研究、工业生产、医疗卫生、国防安全、环境保护、日常生活等方方面面。 根据其功能和应用领域，精密仪器可以进行多种分类。 按测量对象分类： 物理量测量仪器： 如用于测量长度、角度、时间、质量、力、压力、温度、流量、电量、磁量等的仪器，例如千分尺、角度测量仪、秒表、天平、压力计、温度计、流量计、万用表、特斯拉计等。 化学量测量仪器： 如用于测量物质成分、浓度、pH值、溶解度等的仪器，例如色谱仪、质谱仪、光谱仪、pH计、电导率仪等。 生物量测量仪器： 如用于测量生物信号、细胞活性、基因序列等的仪器，例如心电图仪、脑电图仪、显微镜、DNA测序仪等。 信息量测量仪器： 如用于测量信号强度、频率、带宽、数据速率等的仪器，例如示波器、频谱分析仪、信号发生器等。 按工作原理分类： 机械式仪器： 依靠机械结构实现测量或控制，如杠杆式千分尺、齿轮传动的仪表。 电子式仪器： 利用电子元器件进行信号的产生、处理和输出，如数字万用表、电子示波器。 光学式仪器： 利用光学原理进行测量，如激光测距仪、光学显微镜、投影仪。 压电式仪器： 利用压电效应进行传感或激励，如压电传感器、超声波探头。 半导体式仪器： 利用半导体器件的特性进行测量，如霍尔传感器、集成电路传感器。 按功能分类： 测量仪器： 主要用于获取被测量的信息，如各种传感器、示波器、光谱仪。 控制仪器： 主要用于调节和维持被控量的稳定，如PID控制器、伺服系统。 显示仪器： 用于将测量结果或控制状态以直观的方式呈现，如数字显示屏、模拟仪表。 记录仪器： 用于将测量数据或信号进行记录和存储，如数据记录仪、磁带录像机。 信号发生器： 用于产生特定信号，为其他设备提供测试信号。 按应用领域分类： 工业测量控制仪器： 如生产线上的自动化检测设备、过程控制仪表。 科学研究仪器： 如实验室中的精密测量设备、分析仪器。 医疗仪器： 如诊断仪器、监护设备、手术辅助设备。 航空航天仪器： 如导航系统、姿态控制系统、传感器。 国防军工仪器： 如雷达、声纳、目标跟踪系统。 1.2 精密仪器在各领域中的应用 精密仪器是现代科技发展的“眼睛”和“手”，其应用深度和广度直接反映了一个国家的技术水平。 工业制造领域： 在精密加工、半导体制造、汽车生产、航空航天制造等领域，高精度测量仪器是确保产品质量和生产效率的关键。例如，数控机床上的激光干涉仪用于精确测量刀具位移，光学测量仪用于检测工件尺寸和表面形貌，工业机器人关节的编码器用于实现精确的位置控制。自动化生产线上的各种传感器（如视觉传感器、力传感器、温度传感器）实现了生产过程的实时监控和自动化调整。 科学研究领域： 在物理、化学、生物、医学、材料科学等基础研究领域，精密仪器提供了观察微观世界、测量微小变化、分析复杂体系的强大工具。例如，扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）能够观察纳米级的物质结构；核磁共振波谱仪（NMR）和质谱仪（MS）能够精确分析分子的结构和组成；DNA测序仪是现代基因组学研究的核心设备。 医疗卫生领域： 精密仪器在疾病的诊断、治疗和监测中发挥着不可替代的作用。例如，CT扫描仪、核磁共振成像仪（MRI）能够提供人体内部的详细图像，为诊断提供依据；监护仪能够实时监测病人的生命体征，为急救提供保障；手术机器人能够辅助医生进行高精度、微创手术。 环境监测领域： 为了保护环境和人类健康，各种环境监测仪器被广泛应用于空气质量、水质、土壤、噪声等方面的监测。例如，空气质量监测站使用的气体传感器能够实时测量PM2.5、SO2、NOx等污染物浓度；水质分析仪能够检测水中的重金属、有机物等含量。 国防安全领域： 在国防领域，精密仪器是构建先进军事装备的基础。雷达系统用于目标探测和跟踪，声纳系统用于水下目标探测，惯性导航系统用于精确测量平台的姿态和位置，光电瞄准系统用于精确目标识别和打击。 日常生活领域： 即使在日常生活中，我们也随处可见精密仪器的身影。智能手机中的各种传感器（如加速度计、陀螺仪、光线传感器）使手机功能更加多样化；家用电器中的温控器、定时器等也是一种简单的控制仪器；汽车的ABS防抱死系统、ESP电子稳定程序等也是复杂的自动控制系统。 1.3 精密仪器的基本组成与工作原理 尽管精密仪器种类繁多，但其基本组成和工作原理通常包含以下几个核心部分： 传感元件（Sensor/Transducer）： 这是仪器的“感知器官”，负责将待测量（如温度、压力、位移、光强、电信号等）转换为另一种形式的信号，通常是电信号。传感元件的选择是设计精密仪器的关键，需要考虑其精度、灵敏度、响应速度、稳定性、抗干扰能力以及成本等因素。常见的传感元件类型包括： 电阻式传感器： 如应变片、热敏电阻，通过电阻值的变化来反映被测量。 电容式传感器： 如电容式位移传感器，通过电容值的变化来反映被测量。 电感式传感器： 如LVDT（线性可变差动变压器），通过电感值的变化来反映被测量。 压电式传感器： 如压电陶瓷，通过压电效应产生电荷来反映被测量。 光学传感器： 如光电二极管、CCD/CMOS图像传感器，通过光信号的转换来反映被测量。 半导体传感器： 如霍尔传感器、集成电路温度传感器，利用半导体材料的特性来测量。 信号调理与处理电路（Signal Conditioning and Processing Circuit）： 传感元件输出的信号往往比较微弱、带有噪声，或者其形式不适合直接测量或控制。因此，需要通过信号调理与处理电路对其进行放大、滤波、线性化、隔离、模数转换（ADC）等处理。 放大电路： 提高信号的幅值。 滤波电路： 抑制噪声，提取有效信号。 线性化电路： 校正传感元件的非线性输出。 激励电路： 为某些传感器（如电容式、电感式）提供工作所需的激励信号。 模数转换（ADC）： 将模拟信号转换为数字信号，以便于计算机进行处理。 执行机构（Actuator）： 在控制系统中，执行机构是“动手”的部分，它接收来自控制器的指令，并将其转换为物理动作，以达到控制被测量目的。执行机构的类型多种多样，例如： 电机： 如直流电机、交流电机、步进电机、伺服电机，用于驱动机械运动。 电磁阀： 控制流体的通断和流量。 加热器/制冷器： 用于改变温度。 驻极体扬声器/压电陶瓷： 用于产生声音或振动。 显示与记录单元（Display and Recording Unit）： 用于将测量结果、系统状态或控制指令以直观的方式呈现给操作者，或将数据记录下来以供后续分析。这可以是模拟指针仪表、数字显示屏、记录仪、打印机等。 电源（Power Supply）： 为仪器的各个部分提供稳定可靠的工作电源。 信息处理与控制单元（Information Processing and Control Unit）： 在现代精密仪器和自动控制系统中，这一单元通常由微处理器、微控制器或专用集成电路（ASIC）组成。它负责接收和处理来自传感器的信号，根据预设的算法或控制策略，发出指令给执行机构，并控制整个系统的运行。这是仪器的“大脑”。 1.4 精密仪器设计的基本原则 设计一台高性能的精密仪器需要遵循一系列基本原则： 高精度原则： 这是精密仪器最基本的要求。精度体现在测量准确度、重复性、分辨率等方面。为了实现高精度，需要选择高精度的传感器，优化信号处理算法，并尽可能减少各种误差源的影响。 高稳定性原则： 仪器的性能应在较长时间内保持稳定，不受环境因素（如温度、湿度、气压、振动）和工作条件变化的影响。这需要采用稳定性好的材料，优化结构设计，并进行有效的温度补偿和抗干扰设计。 高可靠性原则： 仪器应能长期稳定地运行，故障率低。可靠性设计包括选择高质量的元器件，进行充分的测试和验证，以及采用冗余设计等。 良好的动态响应原则： 对于需要实时响应的系统，仪器必须具有足够的动态响应速度，能够快速准确地跟踪被测量值的变化。 易于操作与维护原则： 仪器应设计得易于使用，操作界面友好，并且方便日常维护和校准。 经济性原则： 在满足性能要求的前提下，应尽可能降低设计、制造成本和运行成本。 安全性原则： 仪器在设计和使用过程中应确保操作人员和环境的安全。 1.5 精密仪器设计中的误差分析与补偿 任何测量和控制过程都不可避免地存在误差。精密仪器设计的核心任务之一就是如何有效地分析和减小这些误差。误差可以分为以下几类： 系统误差（Systematic Error）： 具有规律性、重复性，且在相同条件下测量同一被测量时，其大小和符号保持不变或按一定规律变化。系统误差的来源包括： 仪器误差： 由仪器本身的结构、材料、制造缺陷以及校准不准确等引起。 环境误差： 由温度、湿度、气压、振动等环境因素的变化引起。 方法误差： 由测量方法本身的缺陷引起。 人为误差： 操作人员的观察、记录等失误（在精密仪器中尽量减少人为因素）。 随机误差（Random Error）： 大小和符号在相同条件下，对同一被测量进行连续测量时，呈现出随机变化，无法用数学公式精确描述。随机误差通常是由于测量过程中不可控的微小扰动引起。 过失误差（Gross Error）： 由于操作失误、仪器突然故障等原因造成的、与系统误差和随机误差性质不同的、数值较大的误差。 误差的减小与补偿方法： 选择高精度元器件： 使用质量更高、固有误差更小的传感器、放大器等。 优化结构设计： 采用对称结构、刚性好的材料、减震措施等，减少机械变形和振动引起的误差。 环境控制： 在恒温恒湿的实验室进行测量，或通过温控、湿控等技术对环境进行补偿。 信号处理与滤波： 利用数学算法对采集到的信号进行滤波，去除噪声和干扰。 校准（Calibration）： 通过与标准器进行比对，确定仪器读数的偏差，并进行修正。 软件补偿： 建立误差模型，在软件层面进行误差的校正。例如，利用多项式拟合对传感器的非线性进行补偿。 重复测量与统计分析： 对于随机误差，通过多次重复测量，取平均值或进行其他统计分析，可以减小随机误差的影响。 差分测量/零点测量： 通过测量被测量与一个已知量（如零点）的差值，来消除某些系统误差。 1.6 发展趋势 精密仪器与自动控制技术正朝着以下几个方向发展： 智能化与集成化： 越来越多的仪器集成先进的微处理器和人工智能算法，实现自主学习、智能判断和优化控制。例如，基于机器学习的视觉检测系统能够自动识别和分类缺陷。 微型化与纳米化： 随着MEMS（微机电系统）技术的发展，越来越多的传感器和执行机构被小型化，甚至实现纳米级别，为开发更紧凑、更高效的设备提供了可能，如微型机器人、纳米传感器。 多功能化与柔性化： 一台仪器或系统能够集成多种测量和控制功能，并能根据不同的应用需求进行灵活配置。 无损检测与在线监测： 越来越注重在不破坏被测对象的情况下进行测量，并能在生产过程中进行实时、连续的监测，以提高效率和产品质量。 网络化与协同化： 仪器和系统能够通过网络进行互联互通，实现远程监控、数据共享和协同工作。 本章为我们后续深入学习精密仪器设计和自动控制系统提供了基础性的认识。在接下来的章节中，我们将逐一深入探讨各类精密传感器的原理、精密机械结构的设计，以及自动控制理论的核心内容和工程实践。

评分☆☆☆☆☆

内容组织和章节逻辑的编排，是这本教材最让我佩服的地方。它完全遵循了认知规律，从最基础的物理现象描述和传感器原理入手，稳步构建起一个完整的知识体系框架。第一部分打下的坚实基础，为后续深入到复杂的信号处理和控制算法部分提供了必要的支撑，使得学习过程如同攀登一座结构合理的阶梯，每一步都有迹可循，不会出现“前言不搭后语”的断裂感。特别是针对一些跨学科的知识点，作者没有简单地罗列公式，而是会清晰地指出其在不同工程领域中的应用背景和侧重点差异，这种宏观视野的把控能力，极大地拓宽了我们对学科边界的认知。读完前几章后，我感觉自己不再是孤立地看待每一个技术点，而是能够将它们串联成一张有机的网络，这对于未来进行系统设计和故障排查无疑是至关重要的能力储备。

评分☆☆☆☆☆

这本书的行文风格实在是太接地气了，不像有些教材那样，动辄就是晦涩难懂的理论堆砌，让人读了三行就想合上。作者显然非常了解初学者在学习新概念时会遇到的思维定势和知识盲区，所以他总能在关键之处插入一些非常形象的比喻或者生活化的实例来辅助解释那些抽象的原理。比如，在讲解某个复杂的反馈机制时，他竟然用了家庭恒温器自动调节室温的例子，一下子就把原本需要花半天时间才能消化的概念变得豁然开朗。这种“化繁为简”的能力，是衡量一本优秀教材的核心标准之一。我发现，即便是那些我之前一直觉得难以捉摸的数学推导过程，在作者的引导下，也变得逻辑清晰、层层递进，仿佛有一位经验丰富的前辈在耳边耐心指导，而不是冷冰冰的文字在对话。这种亦师亦友的叙事口吻，极大地增强了阅读的代入感和学习的积极性。

评分☆☆☆☆☆

这本书的包装设计真是让人眼前一亮，封面采用了深邃的蓝色调，配上简洁有力的白色字体，整体感觉既专业又不失现代感。拿到手里的时候，那种纸张的质感就透露出一种沉甸甸的实在感，一看就知道是精心印刷的。装订得非常结实，即便是经常翻阅，也不用担心会散页，这点对于我们这种需要反复研读专业书籍的学生来说，简直太重要了。书本的开本也设计得很合理，既方便携带，铺在书桌上阅读时视野又足够开阔。我特别喜欢它在章节标题和重要公式旁边的留白处理，让阅读的节奏感更舒服，不至于一眼看过去就被密密麻麻的文字淹没。而且，书页的纸张厚度适中，即使是在光线不那么充足的环境下阅读，也不会有明显的透印现象，保护眼睛的效果做得相当到位。这种对细节的关注，足以体现出版方在教材制作上的用心良苦，让人从翻开书本的第一刻起，就对即将学习的内容充满了期待和尊重。

评分☆☆☆☆☆

这本书在配图和图表的质量上，达到了一个令人惊喜的水平。很多技术书籍的图示往往模糊不清，线条僵硬，看了还不如不看。然而，这里面的每一张示意图，无论是电路结构图、传感器内部结构剖面图，还是系统框图，都标注得无比清晰、精细入微。色彩的运用也恰到好处，高亮了关键的信号流向和核心组件，使得复杂的内部工作原理一目了然。我尤其欣赏它在数据可视化方面的处理，那些实验结果的曲线图不仅数据点准确，而且坐标轴的刻度和单位标注都规范得无可挑剔，让人可以直接将其作为工程报告的参考范例。这种对视觉辅助材料的极致追求，极大地降低了理解高维空间概念和时序关系时的心智负担，可以说，这些高质量的图表本身，就构成了教材中不可或缺的学习资源。

评分☆☆☆☆☆

对于一个试图将理论应用于实践的学习者来说，案例和习题的深度与广度至关重要，而这本教材在这方面的表现堪称典范。习题部分的设计非常巧妙，它并非单纯地重复课本上的概念验证，而是设置了大量贴近实际工业场景的“小项目”或“故障诊断模拟”。这些习题要求读者必须综合运用多个章节学到的知识点才能解决，真正做到了学以致用，而非死记硬背。比如，有的题目会要求你根据给定的传感器输出波动数据，反向推导出系统中最可能发生的物理干扰源是哪一种，这极大地锻炼了分析问题的逆向思维能力。而且，书后提供的参考答案和详细解题步骤，也绝非敷衍了事，而是对每一步推理逻辑进行了深入的剖析，确保读者在卡壳时能够找到正确的思路出口，而不是仅仅得到一个最终数字的答案。这套习题体系，无疑是将知识转化为工程技能的最佳跳板。