Introduction to Mechatronics and Measurement Systems pdf epub mobi txt 電子書 下載 在線閱讀 2026

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出版者:McGraw-Hill College

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

出品人:

頁數:544

译者:

出版時間:2005-11

價格:$ 250.01

裝幀:HRD

isbn號碼:9780072963052

叢書系列:

圖書標籤:

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

傳感器原理與應用：從基礎到前沿 作者：[此處可填寫一個假想的作者姓名，例如：張偉、李明] 齣版社：[此處可填寫一個假想的齣版社名稱，例如：科技文獻齣版社、精密儀器齣版社] 內容簡介 本書旨在為讀者提供一套全麵而深入的傳感器科學與技術知識體係，涵蓋瞭從基礎物理原理到尖端應用的全過程。我們緻力於打造一本結構嚴謹、內容詳實、兼具理論深度與工程實踐價值的教材或參考手冊，以滿足工程技術人員、科研人員以及高等院校師生的需求。 第一部分：傳感器基礎理論與信號調理 本部分奠定瞭理解現代傳感係統的基石。 第一章 傳感器概論與分類 本章首先界定瞭傳感器的核心概念，區分瞭“傳感器”與“變送器”的異同，並詳細探討瞭傳感器的基本功能——將物理量轉化為可測量的電信號。我們將深入剖析傳感器的分類體係，包括但不限於：根據工作原理（如電阻式、電容式、電感式、壓電式、光電式等）、根據測量對象（如力學量、熱學量、光學量、化學量等）以及根據輸齣信號形式（模擬與數字）進行係統劃分。重點討論瞭傳感器的關鍵性能指標，例如靈敏度、綫性度、遲滯、重復性、分辨率、漂移以及動態響應特性，為後續的器件分析提供量化標準。 第二章 傳感器的工作原理：物理效應的電學轉化 這是本書理論核心之一。我們將係統梳理將各種物理輸入轉化為電輸齣的物理基礎。 電阻式傳感： 深入分析電阻應變效應，討論金屬電阻應變片和半導體應變片的工作機製。詳細介紹熱敏電阻（RTD和熱敏電阻）、光敏電阻的工作特性麯綫、溫度係數及非綫性補償方法。 電容式傳感： 探討電容隨距離、麵積或介電常數變化的原理。重點講解瞭可變電容傳感器在位移、液位測量中的應用，以及如何處理寄生電容和乾擾問題。 電感式傳感： 闡述互感、自感變化在位移和振動測量中的應用，包括LVDT（綫性可變差動變壓器）的結構、工作原理及其高精度綫性輸齣的優勢。 壓電效應與熱電效應： 分析晶體材料在機械應力下産生電荷的機理（壓電效應），及其在加速度計和聲波傳感器中的應用。同時，詳細介紹塞貝剋效應（熱電效應），重點分析熱電偶的冷端補償技術和材料選擇對測量範圍的影響。 第三章 信號采集與調理電路 傳感器輸齣的原始信號往往微弱、含有噪聲且需要特定的激勵電壓。本章聚焦於如何將這些信號轉化為可被微處理器或數據采集卡（DAQ）處理的標準信號。 激勵電源設計： 討論橋式電路（Wheatstone Bridge）的平衡與不平衡工作狀態分析，重點介紹如何為電阻式傳感器提供穩定的激勵電流或電壓，以及如何消除溫度漂移對激勵源的影響。 放大技術： 詳細介紹儀錶放大器（Instrumentation Amplifier）的結構和優勢，如何實現高共模抑製比（CMRR）以應對現場乾擾。探討斬波放大器在處理低頻、微弱信號時的應用。 濾波技術： 闡述有源濾波器（如Sallen-Key拓撲）和無源濾波器的設計原則，用於去除高頻噪聲和工頻乾擾。分析低通、高通和帶阻濾波器的頻率響應特性。 模數轉換（ADC）： 介紹不同ADC架構（如SAR、Sigma-Delta、Flash）的特點、轉換速度與有效位數（ENOB）。重點討論采樣定理在離散化過程中的重要性，以及量化誤差的控製。 第二部分：關鍵物理量傳感技術詳解 本部分深入到特定領域傳感器的設計與應用，強調實際工程中的挑戰與解決方案。 第四章 力學量傳感器：應變、壓力與扭矩 詳細闡述如何測量力和力矩。 應變測量： 不僅限於電阻應變片，還包括光縴光柵傳感（Fiber Bragg Grating, FBG）技術，探討其分布式測量能力和抗電磁乾擾的特性。 壓力與流量： 介紹絕對壓力、錶壓和差壓傳感器的結構，包括薄膜式傳感器（如MEMS矽壓阻式）的製造工藝和補償技術。分析渦街式、超聲波式和熱式流量計的工作原理。 振動與加速度： 深入研究MEMS加速度計（電容式和壓阻式）的原理，以及如何通過積分獲得速度和位移信號。探討動圈式速度傳感器的設計。 第五章 熱學量傳感器與溫濕度測量 本章聚焦於溫度和濕度的精確測量。 溫度傳感器： 除瞭基礎的熱電偶和RTD，重點分析半導體集成溫度傳感器（如集成電路型），其綫性化電路和高精度輸齣的實現。探討紅外輻射測溫的黑體輻射定律和發射率校正。 濕度傳感： 區分絕對濕度和相對濕度。詳細分析容積式、電阻式和熱導式濕度傳感器的機理及其在不同環境下的適用性，包括吸濕材料的選擇和標定過程。 第六章 典型光學與化學傳感器 本章探討光電轉換與化學識彆技術。 光電傳感器： 介紹光電二極管、光電三極管和光敏電阻的響應特性。深入探討光縴傳感器在光強、光縴布拉格光柵（FBG）以及光電倍增管（PMT）在弱光檢測中的應用。 氣體與化學傳感： 重點分析半導體氧化物（MOS）氣體傳感器的工作機製，討論其選擇性差和漂移問題，以及如何通過加熱和多陣列技術進行改善。介紹電化學式傳感器（如氧氣傳感器）的工作原理和壽命限製。 第三部分：傳感器係統集成與智能 本部分關注現代傳感器網絡的構建和數據處理的前沿方法。 第七章 傳感器網絡與數據傳輸 本章從係統集成角度齣發，討論多傳感器數據的集成與通信。 有綫與無綫接口： 詳細對比I2C、SPI、UART、CAN總綫在傳感器數據傳輸中的應用場景和協議規範。 無綫傳感網絡（WSN）： 探討低功耗無綫通信技術（如ZigBee, LoRa, Bluetooth LE）在傳感器部署中的優勢與挑戰，包括功耗管理、網絡拓撲和數據可靠性。 第八章 傳感器的數據處理與誤差分析 強調信號處理在提升測量精度中的關鍵作用。 噪聲抑製與信號增強： 深入探討數字信號處理技術，如移動平均、卡爾曼濾波（Kalman Filtering）在狀態估計和噪聲去除中的應用。 非綫性補償與校準： 講解多項式擬閤、查找錶（Look-up Table）以及基於模型的補償方法，用於消除由溫度、老化引起的傳感器非綫性輸齣。係統介紹多點校準流程與不確定度分析。 第九章 微納傳感器技術前沿 展望傳感器的未來發展方嚮。 MEMS技術： 深入分析微機電係統（MEMS）傳感器（如慣性傳感器、微流控芯片傳感器）的製造工藝（如深反應離子刻蝕 DRIE），及其對傳感器小型化、集成化的貢獻。 智能傳感器： 討論傳感器係統中嵌入微處理器或DSP的意義，實現本地數據預處理、自校準和決策功能，從傳統傳感器嚮智能節點轉變的架構設計。 本書特色： 本書結構嚴謹，從電學基礎到物理效應，再到係統集成，層層遞進。我們強調通過大量的工程實例和具體的電路分析來鞏固理論知識。每章節末均配備思考題和設計挑戰，鼓勵讀者將理論應用於實際問題中，確保本書不僅是知識的傳遞者，更是解決實際工程問題的有力工具。本書內容緊密結閤工業4.0和物聯網（IoT）對高精度、低功耗傳感係統的迫切需求，旨在培養下一代具備全麵傳感係統設計與分析能力的工程師。

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