Introduction to Mechatronics and Measurement Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:McGraw-Hill College

作者:Alciatore, David G./ Histand, Michael B.

出品人:

页数:544

译者:

出版时间:2005-11

价格:$ 250.01

装帧:HRD

isbn号码:9780072963052

丛书系列:

图书标签:

• 工具书
• Mechatronics
• Measurement Systems
• Engineering
• Automation
• Robotics
• Sensors
• Control Systems
• Instrumentation
• Mechanical Engineering
• Electrical Engineering

传感器原理与应用：从基础到前沿 作者：[此处可填写一个假想的作者姓名，例如：张伟、李明] 出版社：[此处可填写一个假想的出版社名称，例如：科技文献出版社、精密仪器出版社] 内容简介 本书旨在为读者提供一套全面而深入的传感器科学与技术知识体系，涵盖了从基础物理原理到尖端应用的全过程。我们致力于打造一本结构严谨、内容详实、兼具理论深度与工程实践价值的教材或参考手册，以满足工程技术人员、科研人员以及高等院校师生的需求。 第一部分：传感器基础理论与信号调理 本部分奠定了理解现代传感系统的基石。 第一章 传感器概论与分类 本章首先界定了传感器的核心概念，区分了“传感器”与“变送器”的异同，并详细探讨了传感器的基本功能——将物理量转化为可测量的电信号。我们将深入剖析传感器的分类体系，包括但不限于：根据工作原理（如电阻式、电容式、电感式、压电式、光电式等）、根据测量对象（如力学量、热学量、光学量、化学量等）以及根据输出信号形式（模拟与数字）进行系统划分。重点讨论了传感器的关键性能指标，例如灵敏度、线性度、迟滞、重复性、分辨率、漂移以及动态响应特性，为后续的器件分析提供量化标准。 第二章 传感器的工作原理：物理效应的电学转化 这是本书理论核心之一。我们将系统梳理将各种物理输入转化为电输出的物理基础。 电阻式传感： 深入分析电阻应变效应，讨论金属电阻应变片和半导体应变片的工作机制。详细介绍热敏电阻（RTD和热敏电阻）、光敏电阻的工作特性曲线、温度系数及非线性补偿方法。 电容式传感： 探讨电容随距离、面积或介电常数变化的原理。重点讲解了可变电容传感器在位移、液位测量中的应用，以及如何处理寄生电容和干扰问题。 电感式传感： 阐述互感、自感变化在位移和振动测量中的应用，包括LVDT（线性可变差动变压器）的结构、工作原理及其高精度线性输出的优势。 压电效应与热电效应： 分析晶体材料在机械应力下产生电荷的机理（压电效应），及其在加速度计和声波传感器中的应用。同时，详细介绍塞贝克效应（热电效应），重点分析热电偶的冷端补偿技术和材料选择对测量范围的影响。 第三章 信号采集与调理电路 传感器输出的原始信号往往微弱、含有噪声且需要特定的激励电压。本章聚焦于如何将这些信号转化为可被微处理器或数据采集卡（DAQ）处理的标准信号。 激励电源设计： 讨论桥式电路（Wheatstone Bridge）的平衡与不平衡工作状态分析，重点介绍如何为电阻式传感器提供稳定的激励电流或电压，以及如何消除温度漂移对激励源的影响。 放大技术： 详细介绍仪表放大器（Instrumentation Amplifier）的结构和优势，如何实现高共模抑制比（CMRR）以应对现场干扰。探讨斩波放大器在处理低频、微弱信号时的应用。 滤波技术： 阐述有源滤波器（如Sallen-Key拓扑）和无源滤波器的设计原则，用于去除高频噪声和工频干扰。分析低通、高通和带阻滤波器的频率响应特性。 模数转换（ADC）： 介绍不同ADC架构（如SAR、Sigma-Delta、Flash）的特点、转换速度与有效位数（ENOB）。重点讨论采样定理在离散化过程中的重要性，以及量化误差的控制。 第二部分：关键物理量传感技术详解 本部分深入到特定领域传感器的设计与应用，强调实际工程中的挑战与解决方案。 第四章 力学量传感器：应变、压力与扭矩 详细阐述如何测量力和力矩。 应变测量： 不仅限于电阻应变片，还包括光纤光栅传感（Fiber Bragg Grating, FBG）技术，探讨其分布式测量能力和抗电磁干扰的特性。 压力与流量： 介绍绝对压力、表压和差压传感器的结构，包括薄膜式传感器（如MEMS硅压阻式）的制造工艺和补偿技术。分析涡街式、超声波式和热式流量计的工作原理。 振动与加速度： 深入研究MEMS加速度计（电容式和压阻式）的原理，以及如何通过积分获得速度和位移信号。探讨动圈式速度传感器的设计。 第五章 热学量传感器与温湿度测量 本章聚焦于温度和湿度的精确测量。 温度传感器： 除了基础的热电偶和RTD，重点分析半导体集成温度传感器（如集成电路型），其线性化电路和高精度输出的实现。探讨红外辐射测温的黑体辐射定律和发射率校正。 湿度传感： 区分绝对湿度和相对湿度。详细分析容积式、电阻式和热导式湿度传感器的机理及其在不同环境下的适用性，包括吸湿材料的选择和标定过程。 第六章 典型光学与化学传感器 本章探讨光电转换与化学识别技术。 光电传感器： 介绍光电二极管、光电三极管和光敏电阻的响应特性。深入探讨光纤传感器在光强、光纤布拉格光栅（FBG）以及光电倍增管（PMT）在弱光检测中的应用。 气体与化学传感： 重点分析半导体氧化物（MOS）气体传感器的工作机制，讨论其选择性差和漂移问题，以及如何通过加热和多阵列技术进行改善。介绍电化学式传感器（如氧气传感器）的工作原理和寿命限制。 第三部分：传感器系统集成与智能 本部分关注现代传感器网络的构建和数据处理的前沿方法。 第七章 传感器网络与数据传输 本章从系统集成角度出发，讨论多传感器数据的集成与通信。 有线与无线接口： 详细对比I2C、SPI、UART、CAN总线在传感器数据传输中的应用场景和协议规范。 无线传感网络（WSN）： 探讨低功耗无线通信技术（如ZigBee, LoRa, Bluetooth LE）在传感器部署中的优势与挑战，包括功耗管理、网络拓扑和数据可靠性。 第八章 传感器的数据处理与误差分析 强调信号处理在提升测量精度中的关键作用。 噪声抑制与信号增强： 深入探讨数字信号处理技术，如移动平均、卡尔曼滤波（Kalman Filtering）在状态估计和噪声去除中的应用。 非线性补偿与校准： 讲解多项式拟合、查找表（Look-up Table）以及基于模型的补偿方法，用于消除由温度、老化引起的传感器非线性输出。系统介绍多点校准流程与不确定度分析。 第九章 微纳传感器技术前沿 展望传感器的未来发展方向。 MEMS技术： 深入分析微机电系统（MEMS）传感器（如惯性传感器、微流控芯片传感器）的制造工艺（如深反应离子刻蚀 DRIE），及其对传感器小型化、集成化的贡献。 智能传感器： 讨论传感器系统中嵌入微处理器或DSP的意义，实现本地数据预处理、自校准和决策功能，从传统传感器向智能节点转变的架构设计。 本书特色： 本书结构严谨，从电学基础到物理效应，再到系统集成，层层递进。我们强调通过大量的工程实例和具体的电路分析来巩固理论知识。每章节末均配备思考题和设计挑战，鼓励读者将理论应用于实际问题中，确保本书不仅是知识的传递者，更是解决实际工程问题的有力工具。本书内容紧密结合工业4.0和物联网（IoT）对高精度、低功耗传感系统的迫切需求，旨在培养下一代具备全面传感系统设计与分析能力的工程师。

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