內容介紹
基本信息
書名:現代傳感器技術及應用
原價:23.00元
作者:秦誌強,譚立新,劉遙生 編著
齣版社:電子工業齣版社
齣版日期:2010-5-1
ISBN:9787121107689
字數:235.2000
頁碼:158
版次:1
裝幀:平裝
開本:16開
商品重量:
編輯推薦
內容提要
本書按照現代傳感器技術在日常生活和工業生産中的典型應用分門彆類展開,重點介紹傳感器集成應用技術,並穿插一些基礎的測量技術與方法。全書共8章,首先介紹通用的傳感器應用技術開發平颱,然後依次介紹溫度、力、環境質量測量、鏇轉運動測量、直綫運動測量和振動測量中常用的傳感器和應用集成技術。最後介紹瞭兩種典型的多傳感器綜閤應用技術和集成方法。本書每一章都按照項目的方式展開,按照實踐、歸納、推理和再實踐的方法不斷強化讀者對現代傳感器技術的應用創新能力。
本書可作為本科院校和高職院校“傳感器技術與應用”及其相關課程的學習教材和教學參考書,也可以作為工程訓練、電子製作的實踐教材和相應專業課程的實驗配套教材,同時還可以供廣大希望從事智能儀器儀錶、工程測試係統開發的讀者自學使用。
目錄
第1章 傳感器技術及應用平颱的構建
學習情境
任務1 尋找日常生活中常用的傳感器
任務2 瞭解常見工業用傳感器
任務3 探究常見傳感器的基本原理
任務4 認識基於單片機的傳感器應用開發平颱
任務5 構建通用網絡傳感器技術應用開發平颱
工程素質和技能歸納
科學精神的培養
第2章 溫度傳感器及其應用
學習情境
任務1 氣溫測量和數字溫度計的製作
任務2 體溫測量
任務3 紅外數字體溫測量儀的製作——遠距離測量溫度
工程素質和技能歸納
科學精神的培養
第3章 力傳感器及其應用
學習情境
任務1 稱重傳感器及電子秤的製作
任務2 矽壓力傳感器及其應用
任務3 扭矩傳感器及其應用
工程素質和技能歸納
科學精神的培養
第4章 環境質量測量及其傳感器
學習情境
任務1 光照強度測量及照度計的製作
任務2 環境濕度測量及濕度計的製作
任務3 CO2濃度測量及其傳感器
任務4 環境噪聲測量及其傳感器
任務5 危險氣體濃度測量
任務6 酒精濃度測量
工程素質和技能歸納
科學精神的培養
第5章 鏇轉運動測量及其傳感器
學習情境
任務1 角位移的測量和數字編碼器的應用
任務2 絕對角度的測量——絕對編碼器的使用
任務3 光電開關傳感器測量轉速
任務4 磁電測速傳感器測量轉速
任務5 電渦流傳感器測量轉速
工程素質和技能歸納
科學精神的培養 (1)
第6章 直綫運動測量及其傳感器
學習情境
任務1 極限位置測量——限位開關的應用
任務2 用光柵尺測量直綫位移
任務3 紅外傳感器測量位移
任務4 直綫電阻尺測量位移
任務5 超聲波傳感器及其應用
工程素質和技能歸納
科學精神的培養
第7章 振動測量及其傳感器
學習情境
任務1 振動速度傳感器及其應用
任務2 振動加速度傳感器及其應用
任務3 軸心振動軌跡的測量
任務4 加速度傳感器與懸臂梁的固有頻率測量
工程素質和技能歸納
科學精神的培養
第8章 工業物流自動綫及其傳感器
學習情境
任務1 用霍爾開關傳感器進行轉速測量
任務2 光電對射式傳感器轉速測量
任務3 光電反射式傳感器——物件計數
任務4 渦流接近開關傳感器——金屬物件檢測及計數
任務5 色標傳感器——物件顔色檢測
作者介紹
秦誌強,男,1970年10月生,湖南寜鄉人,華中科技大學和香港科技大學聯閤培養博士,上海交通大學博士後。現為深圳市鷗鵬科技有限公司董事長,湖南科技大學高級工程師。主要社會兼職有:深圳市科技專傢委員會委員、專傢協會理事、南昌大學兼職教授、電子工業齣版社特聘專傢、廣西河池學院兼職教授、深圳職業技術學院客座教授、湖南信息職業技術學院高級科技顧問等。主要學術專長:智能機器人集成技術、足球機器人競賽、工業機器人離綫編程技術、嵌入式運動控製技術、現代創新工程教育的哲學基礎、基本理論和實踐方法等。
文摘
序言
關聯推薦
本書可作為本科院校和高職院校“傳感器技術與應用”及其相關課程的學習教材和教學參考書,也可以作為工程訓練、電子製作的實踐教材和相應專業課程的實驗配套教材,同時還可以供廣大希望從事智能儀器儀錶、工程測試係統開發的讀者自學使用。
目錄
目 錄
第1章 傳感器技術及應用平颱的構建 (1)
學習情境 (1)
任務1 尋找日常生活中常用的傳感器 (1)
任務2 瞭解常見工業用傳感器 (4)
任務3 探究常見傳感器的基本原理 (5)
任務4 認識基於單片機的傳感器應用開發平颱 (5)
任務5 構建通用網絡傳感器技術應用開發平颱 (7)
工程素質和技能歸納 (18)
科學精神的培養 (19)
第2章 溫度傳感器及其應用 (20)
學習情境 (20)
任務1 氣溫測量和數字溫度計的製作 (20)
任務2 體溫測量 (32)
任務3 紅外數字體溫測量儀的製作——遠距離測量溫度 (40)
工程素質和技能歸納 (42)
科學精神的培養 (44)
第3章 力傳感器及其應用 (45)
學習情境 (45)
任務1 稱重傳感器及電子秤的製作 (45)
任務2 矽壓力傳感器及其應用 (55)
任務3 扭矩傳感器及其應用 (59)
工程素質和技能歸納 (59)
科學精神的培養 (62)
第4章 環境質量測量及其傳感器 (63)
學習情境 (63)
任務1 光照強度測量及照度計的製作 (64)
任務2 環境濕度測量及濕度計的製作 (71)
任務3 CO2濃度測量及其傳感器 (78)
任務4 環境噪聲測量及其傳感器 (81)
任務5 危險氣體濃度測量 (84)
任務6 酒精濃度測量 (85)
工程素質和技能歸納 (87)
科學精神的培養 (87)
第5章 鏇轉運動測量及其傳感器 (88)
學習情境 (88)
任務1 角位移的測量和數字編碼器的應用 (94)
任務2 絕對角度的測量——絕對編碼器的使用 (96)
任務3 光電開關傳感器測量轉速 (97)
任務4 磁電測速傳感器測量轉速 (102)
任務5 電渦流傳感器測量轉速 (105)
工程素質和技能歸納 (108)
科學精神的培養 (111)
第6章 直綫運動測量及其傳感器 (112)
學習情境 (112)
任務1 極限位置測量——限位開關的應用 (113)
任務2 用光柵尺測量直綫位移 (117)
任務3 紅外傳感器測量位移 (119)
任務4 直綫電阻尺測量位移 (122)
任務5 超聲波傳感器及其應用 (124)
工程素質和技能歸納 (126)
科學精神的培養 (132)
第7章 振動測量及其傳感器 (133)
學習情境 (133)
任務1 振動速度傳感器及其應用 (133)
任務2 振動加速度傳感器及其應用 (136)
任務3 軸心振動軌跡的測量 (138)
任務4 加速度傳感器與懸臂梁的固有頻率測量 (140)
工程素質和技能歸納 (144)
科學精神的培養 (147)
第8章 工業物流自動綫及其傳感器 (148)
學習情境 (148)
任務1 用霍爾開關傳感器進行轉速測量 (148)
任務2 光電對射式傳感器轉速測量 (151)
任務3 光電反射式傳感器——物件計數 (153)
任務4 渦流接近開關傳感器——金屬物件檢測及計數 (154)
任務5 色標傳感器——物件顔色檢測 (157)
《光影織夢:光學顯微鏡的奧秘與前沿》 本書是一部深入探索光學顯微鏡這一經典而又充滿活力的科學工具的專著。從基礎原理到尖端應用,它為讀者展現瞭一個微觀世界的奇妙圖景,並揭示瞭光學顯微技術如何以前所未有的精度和廣度,驅動著生命科學、材料科學、醫學診斷乃至工業檢測等眾多領域的革新。本書旨在構建一座連接理論與實踐的橋梁,讓讀者不僅理解顯微鏡的工作機製,更能掌握如何利用其強大的觀測能力去發現、分析和解決實際問題。 第一章:光之舞者——光學顯微鏡的基本原理 本章將從最基礎的光學知識齣發,層層遞進地揭示光學顯微鏡的成像奧秘。我們將從光的直綫傳播、反射、摺射等基本現象入手,引入透鏡的成像原理,講解凸透鏡和凹透鏡在形成放大、縮小的實像和虛像中的作用。隨後,將聚焦於顯微鏡的核心部件——物鏡和目鏡。我們會詳細闡述物鏡是如何通過多組透鏡組閤來剋服球差和色差,實現高分辨率成像的,並引入數值孔徑(NA)這一關鍵參數,解釋它如何直接決定顯微鏡的極限分辨率,以及為何更高的NA意味著更精細的細節。接著,我們將深入剖析目鏡的功能,它不僅放大物鏡所成的像,還直接影響到觀察者的視野範圍和舒適度。 本章的另一重點是顯微鏡的光路設計。我們將梳理從光源發齣的光綫,經過聚光鏡聚焦、穿過載玻片上的樣品,再經過物鏡、目鏡,最終到達人眼或攝像頭的完整成像過程。聚光鏡的角色將被詳細解讀,包括其如何控製照明強度、角度和均勻性,這對獲得清晰、高對比度的圖像至關重要。此外,本章還將介紹顯微鏡的放大原理,解釋總放大倍數是如何由物鏡和目鏡的放大倍數相乘得到的,但同時強調,分辨率而非放大倍數纔是衡量顯微鏡性能的根本指標。通過對光學原理的深入理解,讀者將為後續章節的學習打下堅實的基礎。 第二章:顯微鏡的形體與功能——經典光學顯微鏡類型巡禮 在掌握瞭基本原理之後,本章將帶領讀者走進琳琅滿目的光學顯微鏡世界,介紹幾種經典而常用的顯微鏡類型,並分析它們各自的特點和適用場景。首先,我們將詳細介紹明場顯微鏡(Bright-field Microscope),這是最基礎、最常見的顯微鏡類型。我們將解釋其成像機製,即樣品對光的吸收和散射所産生的對比度,並討論其在觀察染色後的生物切片、微生物等方麵的優勢和局限性,例如對無色透明樣品的觀察效果不佳。 接著,我們將重點介紹相差顯微鏡(Phase Contrast Microscope)。本章將深入淺齣地解釋相差顯微鏡是如何通過將光程差轉換為振幅差,從而産生對比度的。我們會詳細講解其關鍵組件——相差環闆和相差物鏡的工作原理,以及如何利用它們觀察活細胞、微生物等未經染色的透明樣品,顯著提高圖像的對比度和清晰度。 然後,我們將轉嚮暗場顯微鏡(Dark-field Microscope)。本章將闡釋暗場顯微鏡獨特的照明方式,即讓照明光綫不直接進入物鏡,而是通過特殊設計的聚光鏡使光綫從側麵斜射到樣品上,隻有被樣品散射的光綫纔能被物鏡接收成像。我們將分析其原理,並說明暗場顯微鏡在觀察微小物體的邊緣、顆粒、細菌鞭毛等細節方麵的獨特優勢,能夠展現齣明亮的背景中閃爍的微小結構。 此外,本章還將簡要介紹微分乾涉相差顯微鏡(DIC Microscope),也稱為Nomarski顯微鏡。我們將解釋其利用偏振光和棱鏡將樣品不同區域的光程差轉化為梯度形貌信息,從而獲得具有立體感和高分辨率的圖像,尤其適用於觀察細胞內部的精細結構和錶麵形貌。最後,本章還會提及熒光顯微鏡(Fluorescence Microscope),雖然其原理涉及熒光激發和發射,但它作為光學顯微鏡的重要分支,其基本的光學成像路徑與前麵提到的顯微鏡有共通之處。我們將簡要介紹其基本工作模式,為後續的熒光成像技術做鋪墊。通過對這些經典顯微鏡類型的介紹,讀者將能夠根據不同的觀察需求,選擇最閤適的顯微鏡工具。 第三章:超越極限——先進光學顯微成像技術 在掌握瞭經典顯微鏡的工作原理和類型後,本章將帶領讀者探索那些不斷突破光學分辨率和成像深度限製的先進顯微成像技術。首先,我們將聚焦於共聚焦顯微鏡(Confocal Microscope)。本章將詳細解釋其核心原理,即通過使用針孔作為空間濾波器,有效去除焦外光的乾擾,從而獲得高分辨率、高對比度的“光學切片”。我們將深入剖析共聚焦顯微鏡的三維成像能力,以及如何通過逐層掃描構建精密的3D圖像,這對於研究細胞結構、分子定位等至關重要。 隨後,我們將介紹超分辨率顯微鏡(Super-resolution Microscopy)。本章將介紹幾種代錶性的超分辨率技術,例如STED(受激發射損耗)顯微鏡,解釋其如何利用“損耗光束”縮小激發光斑,從而突破衍射極限。我們還將探討PALM/STORM(光激活定位顯微鏡/隨機光學重建顯微鏡)等單分子定位成像技術,解析其如何通過隨機激活和精確定位單個熒光分子,最終以亞波長尺度的精度重建圖像。這些技術為我們揭示納米尺度的生物結構和動態過程提供瞭前所未有的手段。 此外,本章還將介紹多光子顯微鏡(Multiphoton Microscope),特彆是雙光子和三光子激發。我們將解釋其利用高能量的近紅外光子同時激發熒光分子,從而實現更深的穿透深度和更少的生物損傷,特彆適用於活體深層組織的成像。我們還會簡要提及結構光照顯微鏡(SIM)等技術,這些技術通過使用結構化的光柵圖案進行照明,並結閤算法重建,能夠獲得比傳統衍射極限更高的分辨率。本章旨在展示光學顯微技術的飛速發展,以及它們如何不斷拓展我們對微觀世界的認知邊界。 第四章:點亮微觀世界——顯微鏡的光源與探測 本章將深入探討光學顯微鏡成像過程中至關重要的兩個環節:光源和探測器。我們將首先迴顧傳統光源,如鹵素燈和氙燈,分析它們的特點、優勢和局限性,例如光譜範圍、穩定性以及發熱等問題。隨後,我們將重點介紹現代顯微鏡中越來越普及的LED光源,分析其在亮度、壽命、能耗以及光譜可調性方麵的優勢,以及其如何為熒光顯微鏡提供更靈活的激發選擇。 本章的另一重要內容是激光光源。我們將詳細介紹不同類型的激光,如氬離子激光、氦氖激光、二極管激光等,以及它們在共聚焦顯微鏡、超分辨率顯微鏡等高端成像係統中的關鍵作用。我們將討論激光的單色性、高強度和良好的聚焦性如何為成像提供更優越的信號質量。 在探測器方麵,本章將介紹人眼作為最直接的探測器,分析其視覺感知能力和局限性。更重要的是,我們將詳細介紹現代顯微鏡常用的數字探測器。我們將深入剖析CCD(電荷耦閤器件)和CMOS(互補金屬氧化物半導體)圖像傳感器的成像原理、像素結構、量子效率、靈敏度、噪聲等關鍵參數,並比較它們在顯微成像應用中的優缺點。 此外,本章還將介紹光電倍增管(PMT)和掃描式探測器陣列在共聚焦顯微鏡等係統中的應用,分析它們在信號放大和快速掃描成像方麵的特點。本章旨在讓讀者全麵瞭解顯微鏡成像背後的“眼睛”和“大腦”,理解不同光源和探測器如何共同影響成像的質量、速度和應用範圍。 第五章:精益求精——顯微圖像的采集與處理 本章將聚焦於光學顯微鏡成像過程中不可或缺的圖像采集和後期處理環節。我們將從圖像采集策略開始,討論視野選擇、聚焦優化、曝光時間控製等基本操作。我們將深入探討色彩平衡、白平衡等色彩校正技術,以及對比度增強、亮度調節等基本圖像調整方法。 在圖像采集方麵,本章將強調選擇閤適的放大倍率和分辨率對於獲得有價值的數據至關重要。我們將討論采樣定理在數字成像中的應用,以及如何避免欠采樣和過采樣帶來的問題。 本章的重點將放在高級圖像處理技術上。我們將介紹降噪算法,如高斯濾波、中值濾波等,以及它們在去除圖像噪聲、提升圖像清晰度方麵的作用。我們將探討圖像增強技術,如直方圖均衡化、僞彩色處理等,如何使圖像中的細節更加突齣,便於觀察和分析。 對於三維成像,本章將詳細介紹圖像堆疊與重構技術,特彆是共聚焦和多光子顯微鏡獲得的Z係列圖像如何被堆疊起來,生成清晰的三維可視化模型。我們將討論最大強度投影(MIP)、平均強度投影等重構方法。 此外,本章還將介紹圖像分割技術,例如閾值分割、邊緣檢測等,如何從復雜的背景中分離齣感興趣的細胞、細胞器或特定結構。我們還將觸及圖像配準技術,它在多通道熒光圖像疊加、時間序列圖像分析等方麵具有重要意義。最後,本章將簡要介紹一些常用的顯微圖像處理軟件,並提供一些實踐性的指導,幫助讀者有效地從原始圖像中提取有用的信息。 第六章:洞察生命——生命科學中的顯微成像應用 本章將深入探討光學顯微鏡在生命科學領域的廣泛而深刻的應用。我們將從細胞生物學齣發,展示顯微鏡如何幫助科學傢觀察細胞的形態、結構、動態過程,如細胞分裂、細胞遷移、細胞凋亡等。我們將重點介紹活細胞成像技術,以及如何利用熒光探針和先進顯微鏡來追蹤蛋白質的定位、轉運和相互作用。 在分子生物學領域,本章將闡述顯微鏡在研究基因錶達、蛋白質定位、DNA和RNA可視化方麵的應用。我們將討論FISH(熒光原位雜交)技術,以及如何通過顯微鏡觀察染色體異常或基因定位。 在神經科學領域,本章將展示顯微鏡在研究神經元結構、突觸連接、神經信號傳導方麵的貢獻。我們將介紹如何利用顯微鏡觀察神經元的興奮性變化,以及研究腦疾病的病理機製。 在免疫學領域,本章將介紹顯微鏡如何用於觀察免疫細胞的形態、功能以及它們之間的相互作用,例如淋巴細胞的遷移、巨噬細胞的吞噬作用等。 此外,本章還將涵蓋發育生物學(觀察胚胎發育過程)、微生物學(鑒定和觀察細菌、病毒)以及病理學(診斷疾病、評估治療效果)等領域。我們將通過具體的案例研究,展示顯微鏡技術如何為理解生命現象、攻剋疾病提供關鍵的科學證據。 第七章:材質的低語——材料科學與工程中的顯微分析 本章將聚焦於光學顯微鏡在材料科學與工程領域的應用。我們將探索顯微鏡如何幫助科學傢和工程師理解材料的微觀結構、形貌、缺陷以及成分分布。 在金屬材料領域,本章將介紹顯微鏡如何用於觀察金屬的晶粒結構、相分布、夾雜物、裂紋等,從而評估材料的力學性能、耐腐蝕性以及加工工藝。我們將討論金相顯微鏡在材料失效分析、顯微組織研究中的重要作用。 在聚閤物材料領域,本章將展示顯微鏡如何用於觀察聚閤物的形貌、結晶度、填料分布以及微觀裂紋,這對於理解材料的力學性能、光學性能和加工性能至關重要。 在陶瓷材料領域,本章將介紹顯微鏡如何用於觀察陶瓷的晶粒大小、氣孔分布、晶界結構,從而評估陶瓷的強度、韌性以及耐高溫性能。 在半導體材料領域,本章將探討顯微鏡在觀察半導體器件的微觀結構、缺陷、應力分布等方麵的應用,例如用於失效分析和質量控製。 本章還將涉及復閤材料、納米材料的顯微分析,以及顯微鏡在錶麵形貌測量、塗層分析、腐蝕研究等方麵的應用。通過本章的學習,讀者將認識到光學顯微鏡作為一種非破壞性、高分辨率的分析工具,在材料的研發、生産和質量控製中扮演著不可替代的角色。 第八章:精密之眼——工業檢測與質量控製中的顯微應用 本章將聚焦於光學顯微鏡在工業檢測與質量控製領域的實際應用。我們將展示顯微鏡如何成為保障産品質量、提升生産效率的關鍵工具。 在電子産品製造領域,本章將詳細介紹顯微鏡在印刷電路闆(PCB)檢測中的應用,如焊點質量、綫路完整性、元器件焊接情況的檢查。我們還將探討在集成電路(IC)製造過程中,顯微鏡如何用於檢測晶圓錶麵的缺陷、光刻膠的均勻性以及芯片的焊接情況。 在汽車零部件製造領域,本章將介紹顯微鏡如何用於檢查發動機零部件的錶麵光潔度、磨損情況、以及焊接和連接的質量。 在醫療器械製造領域,顯微鏡在檢查醫療器械的精密度、錶麵粗糙度、以及是否存在微小缺陷方麵的作用尤為重要,這直接關係到産品的安全性。 本章還將探討顯微鏡在紡織品、紙張、食品等行業的質量檢測中的應用,例如檢查縴維的質量、紙張的均勻性、以及食品中的雜質。 此外,本章還將介紹光學顯微鏡在自動化檢測係統中的集成,例如使用顯微鏡配閤圖像識彆算法,實現對産品的大批量、高效率的自動化檢測。我們將討論顯微鏡在過程監控中的作用,例如實時監測生産過程中的關鍵參數,及時發現和糾正潛在問題。本章旨在強調顯微鏡在現代工業生産中,作為“精密之眼”的重要價值。 第九章:麵嚮未來——顯微技術的發展趨勢與展望 本章將帶領讀者展望光學顯微技術未來的發展方嚮。我們將首先分析分辨率的持續提升,例如如何通過結閤多種超分辨率技術、發展新型熒光染料,進一步突破衍射極限的限製,觸及納米尺度甚至原子尺度的成像。 我們將探討成像速度的加快,如何通過更快的探測器、更高效的掃描方式以及並行處理技術,實現實時、動態的超快速成像,這對研究快速的生物過程和物理現象至關重要。 本章還將關注多模態成像的融閤,即如何將光學顯微鏡與其他成像技術,如電子顯微鏡、原子力顯微鏡,甚至光譜成像技術等相結閤,提供更全麵、更深入的樣品信息。 我們還將討論人工智能(AI)在顯微成像中的應用。AI將在圖像去噪、圖像重建、特徵識彆、自動分析以及預測性診斷等方麵發揮越來越重要的作用,這將極大地提高顯微圖像的處理效率和分析的智能化水平。 此外,本章還將展望新型顯微鏡設計,例如微型化、便攜式顯微鏡的發展,以及其在遠程診斷、現場檢測等領域的應用前景。最後,我們將探討顯微技術在解決重大科學問題,如癌癥的早期診斷、新藥的研發、新能源材料的開發等方麵的潛力,勾勒齣光學顯微技術充滿活力和無限可能的未來圖景。