本書從檢測繫統設計與應用工程師需要掌握的核心技能出發，繫統介紹了檢測技術基礎知識及基本概念，包括檢測繫統組成、檢測繫統特性分析、靜動態特性測試、誤差分析、經典傳感器技術、傳感器信號調理與采集等， 並對近年來廣泛應用的數字脈衝傳感器、半導體集成傳感器、輻射測溫技術、激光測距技術、機器視覺等現代檢測繫統做了較為深入的闡述。為了培養學生的檢測繫統綜合設計能力，書中引入３ 個不同架構類型（嵌入式、總線式、計算機擴展式） 的檢測繫統開發案例，嵌入二維碼講解視頻，對現代檢測繫統的設計開發流程及開發平臺做了詳細的介紹。

本書可作為普通高等院校自動化專業、測控技術及儀器專業的本科生課程教材， 也可作為自動化繫統工程師、儀器工程師的技術參考書使用。

目錄

前言

第１ 章緒論……………………………………………………………………………………… １

１. １現代檢測技術概述…………………………………………………………………… １

１. ２現代檢測技術的應用………………………………………………………………… ３

１. ３檢測繫統的組成……………………………………………………………………… ５

１. ３. １傳感器…………………………………………………………………………… ６

１. ３. ２信號采集與處理…………………………………………………………………… ７

１. ３. ３數字顯示裝置…………………………………………………………………… ８

１. ４現代檢測技術的發展趨勢…………………………………………………………… ８

１. ４. １高精度和極限測量範圍的檢測技術………………………………………………… ９

１. ４. ２集成化…………………………………………………………………………… ９

１. ４. ３智能化………………………………………………………………………… １０

１. ４. ４網絡化………………………………………………………………………… １０

１. ４. ５虛擬測量技術…………………………………………………………………… １０

１. ４. ６壓縮傳感技術…………………………………………………………………… １２

１. ５習題…………………………………………………………………………………… １３

第２ 章檢測繫統特性………………………………………………………………………… １４

２. １檢測繫統的靜態特性………………………………………………………………… １４

２. １. １靜態特性的數學描述…………………………………………………………… １４

２. １. ２靜態特性指標…………………………………………………………………… １５

２. ２檢測繫統的動態特性……………………………………………………………… １８

２. ２. １動態特性………………………………………………………………………… １８

２. ２. ２一階繫統………………………………………………………………………… １９

２. ２. ３二階繫統………………………………………………………………………… ２１

２. ３檢測繫統的標定……………………………………………………………………… ２３

２. ３. １靜態標定………………………………………………………………………… ２３

２. ３. ２動態標定………………………………………………………………………… ２５

２. ４習題…………………………………………………………………………………… ２８

第３ 章檢測誤差分析………………………………………………………………………… ２９

３. １測量誤差的基本概念………………………………………………………………… ２９

３. ２誤差的表示方法……………………………………………………………………… ３０

３. ２. １*對誤差………………………………………………………………………… ３０

３. ２. ２相對誤差………………………………………………………………………… ３０

３. ２. ３引用誤差與*大引用誤差………………………………………………………… ３１

Ⅴ

３. ２. ４容許誤差………………………………………………………………………… ３１

３. ３誤差的類型…………………………………………………………………………… ３１

３. ３. １繫統誤差………………………………………………………………………… ３１

３. ３. ２隨機誤差……………………………………………………………………… ３２

３. ３. ３粗大誤差………………………………………………………………………… ３２

３. ４誤差分析……………………………………………………………………………… ３２

３. ４. １繫統誤差的分析與處理………………………………………………………… ３３

３. ４. ２隨機誤差的分析與處理………………………………………………………… ３４

３. ４. ３粗大誤差的判斷………………………………………………………………… ３７

３. ５誤差合成……………………………………………………………………………… ３９

３. ５. １繫統誤差合成…………………………………………………………………… ３９

３. ５. ２隨機誤差的合成………………………………………………………………… ３９

３. ６測量不確定度………………………………………………………………………… ４０

３. ６. １標準不確定度…………………………………………………………………… ４０

３. ６. ２擴展不確定度…………………………………………………………………… ４２

３. ７習題…………………………………………………………………………………… ４２

第４ 章電參數傳感器………………………………………………………………………… ４４

４. １電阻式傳感器………………………………………………………………………… ４４

４. １. １應變型電阻傳感器……………………………………………………………… ４４

４. １. ２半導體壓阻傳感器……………………………………………………………… ５１

４. １. ３電阻式溫度傳感器……………………………………………………………… ５２

４. １. ４光敏電阻………………………………………………………………………… ５６

４. １. ５磁敏電阻………………………………………………………………………… ５６

４. ２電感式傳感器………………………………………………………………………… ５７

４. ２. １自感式傳感器…………………………………………………………………… ５７

４. ２. ２互感式傳感器…………………………………………………………………… ６２

４. ２. ３電渦流式傳感器………………………………………………………………… ６６

４. ３電容式傳感器………………………………………………………………………… ６８

４. ３. １電容式傳感器的主要類型……………………………………………………… ６９

４. ３. ２電容式傳感器的等效電路………………………………………………………… ７１

４. ３. ３電容式傳感器的性能及特點……………………………………………………… ７２

４. ３. ４電容式傳感器的檢測電路………………………………………………………… ７２

４. ３. ５電容式傳感器的應用…………………………………………………………… ７６

４. ４習題…………………………………………………………………………………… ７７

第５ 章電能量型傳感器……………………………………………………………………… ７９

５. １熱電傳感器…………………………………………………………………………… ７９

５. １. １熱電偶測溫原理………………………………………………………………… ７９

５. １. ２熱電偶的基本定律……………………………………………………………… ８０

５. １. ３熱電偶的冷端處理和補償………………………………………………………… ８２

Ⅵ

５. １. ４熱電偶的應用…………………………………………………………………… ８３

５. ２壓電傳感器…………………………………………………………………………… ８５

５. ２. １工作原理………………………………………………………………………… ８６

５. ２. ２件的等效電路及連接方式………………………………………………… ８７

５. ２. ３壓電傳感器的檢測電路………………………………………………………… ８８

５. ２. ４壓電傳感器的應用……………………………………………………………… ８９

５. ３磁電傳感器…………………………………………………………………………… ９０

５. ３. １電磁感應式磁電傳感器………………………………………………………… ９０

５. ３. ２霍爾傳感器……………………………………………………………………… ９１

５. ４光電傳感器…………………………………………………………………………… ９５

５. ４. １光電二極管……………………………………………………………………… ９６

５. ４. ２光電晶體管……………………………………………………………………… ９８

５. ４. ３光電倍增管……………………………………………………………………… ９９

５. ４. ４光電圖像傳感器………………………………………………………………… １００

５. ５習題………………………………………………………………………………… １０４

第６ 章信號調理與采集……………………………………………………………………… １０５

６. １信號調理…………………………………………………………………………… １０５

６. １. １信號放大……………………………………………………………………… １０５

６. １. ２信號濾波……………………………………………………………………… １１４

６. １. ３信號變換……………………………………………………………………… １２２

６. ２信號采樣和量化…………………………………………………………………… １２５

６. ２. １信號的采樣…………………………………………………………………… １２５

６. ２. ２信號的量化…………………………………………………………………… １２６

６. ２. ３ＡＤＣ …………………………………………………………………………… １２７

６. ３習題………………………………………………………………………………… １２８

第７ 章數字化傳感器………………………………………………………………………… １３０

７. １數字脈衝式傳感器………………………………………………………………… １３０

７. １. １編碼器………………………………………………………………………… １３０

７. １. ２光柵傳感器…………………………………………………………………… １３３

７. １. ３磁柵位移傳感器………………………………………………………………… １３７

７. １. ４感應同步器（Ｉｎｄｕｃｔ－Ｓｙｎ） …………………………………………………… １３９

７. ２半導體集成數字傳感器…………………………………………………………… １４２

７. ２. １半導體集成溫度傳感器………………………………………………………… １４３

７. ２. ２半導體集成壓力傳感器………………………………………………………… １４８

７. ２. ３半導體集成加速度傳感器……………………………………………………… １５１

７. ３習題………………………………………………………………………………… １５６

第８ 章輻射測溫與激光測距………………………………………………………………… １５７

８. １輻射測溫…………………………………………………………………………… １５７

８. １. １熱輻射的基本定律……………………………………………………………… １５７

Ⅶ

８. １. ２輻射測溫儀器………………………………………………………………… １６０

８. ２激光測距…………………………………………………………………………… １６７

８. ２. １脈衝式激光測距儀……………………………………………………………… １６７

８. ２. ２相位式激光測距儀……………………………………………………………… １６８

８. ３激光雷達（ＬｉＤＡＲ） ……………………………………………………………… １７３

８. ４習題………………………………………………………………………………… １７５

第９ 章機器視覺……………………………………………………………………………… １７６

９. １機器視覺繫統的組成……………………………………………………………… １７６

９. ２光源與照明………………………………………………………………………… １７７

９. ３圖像采集繫統……………………………………………………………………… １７８

９. ３. １光學成像繫統………………………………………………………………… １７９

９. ３. ２圖像傳感器…………………………………………………………………… １８１

９. ３. ３采集電路／圖像采集卡………………………………………………………… １８１

９. ４圖像處理…………………………………………………………………………… １８２

９. ５攝像機標定………………………………………………………………………… １８３

９. ５. １透視成像模型（小孔成像模型） ……………………………………………… １８３

９. ５. ２Ｆａｕｇｅｒａｓ 標定法………………………………………………………………… １８５

９. ５. ３Ｔｓａｉ 氏標定法…………………………………………………………………… １８６

９. ５. ４張正友標定法………………………………………………………………… １８９

９. ６習題………………………………………………………………………………… １９１

第１０ 章現代檢測繫統設計與應用案例…………………………………………………… １９２

１０. １基於單片機的紅外點溫儀………………………………………………………… １９２

１０. １. １硬件設計……………………………………………………………………… １９２

１０. １. ２軟件設計…………………………………………………………………… １９８

１０. １. ３信號處理……………………………………………………………………… ２００

１０. ２基於采集模塊的多通道壓力／溫度檢測繫統…………………………………… ２０６

１０. ２. １傳感器與采集模塊…………………………………………………………… ２０７

１０. ２. ２Ｍｏｄｂｕｓ－ＲＴＵ 協議…………………………………………………………… ２０８

１０. ２. ３上位機軟件…………………………………………………………………… ２０９

１０. ３基於ＣＣＤ 的定日鏡跟日誤差檢測繫統………………………………………… ２１０

１０. ３. １繫統設計……………………………………………………………………… ２１２

１０. ３. ２硬件設計與實現……………………………………………………………… ２１３

１０. ３. ３光斑檢測軟件設計與實現……………………………………………………… ２１４

１０. ３. ４ＯＰＣ 數據通信………………………………………………………………… ２２２

參考文獻………………………………………………………………………………………… ２２４