全书共分十章，第一章介绍了传感器与测试技术的基础知识；第二章至第六章介绍了电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、电动势式传感器、位移-数字传感器等常用传统传感器；第七章介绍了超声波传感器、红外传感器、激光传感器，并简要介绍一些新型传感器；第八章介绍了检测系统的信号处理技术；第九章抗干扰技术；第十章介绍了检测技术的综合应用。每章均附有习题与思考题。

“自动检测技术”是电气相关各专业的一门非常重要的专业基础理论课，为适应高职高专教材改革
的需要，依据教育部颁发的《高职高专教育基础课程教学基本要求》和《高职高专教育专业人才培养目
标及规格》，参照有关行业的职业技能鉴定规范，本书在编写中充分汲取了高职高专教育多年来的教改
成果，体现了应用性和实践性。
本书保留了高职高专类教材理论实用够用的特点，理顺了相关知识点的前后联系，增加了与交通航
运类职业院校专业结构相关的教学内容，如船用测深仪、船用测程仪等船舶电工实用及考证必需的知识
点；在编写过程中，力求做到体系结构完整、内容丰富精练、突出实用性与先进性，使学生通过本书的
学习，能够掌握自动检测技术的基本知识，了解发展动向，成为适应生产一线需要的具有较高专业素质
的应用型专门人才。
全书共分10 章：第1 章介绍了传感器与测试技术的基础知识；第2 章至第6 章介绍了电阻式传
感器、电容式传感器、电感式传感器、电动势式传感器、位移-数字传感器等常用传统传感器；第7
章介绍了超声波传感器、红外传感器、激光传感器，并简要介绍一些新型传感器；第8 章介绍了检测
系统的信号处理技术；第9 章介绍了抗干扰技术；第10 章介绍了检测技术的综合应用。另外，每章
均附有习题。
本书由江苏海事职业技术学院葛君山任主编，由江苏海事职业技术学院郭宝宁、周口职业技术学院
周吉生、柳州铁道职业技术学院雷声勇任副主编。参加编写的还有郭宗莲、杨书杰、王恺、季晓非。其
中，葛君山编写第1 章、第9 章、第10 章及附录，郭宝宁编写第8 章，郭宗莲编写第2 章、第3 章，
周吉生、杨书杰编写第4 章、第5 章，雷声勇、王恺编写第6 章，南京恒天伟智能技术有限公司季晓非
编写第7 章。全书由周涛主审，主审人对全书进行了认真审阅，并提出了许多宝贵意见。
本书是编者结合多年来从事自动检测技术教学、科研的实践与体会，学习、吸收了国内外文献资料
的精华编写的，在编写过程中得到了南京恒天伟智能技术有限公司及江苏海事职业技术学院电气工程系
的大力支持，在此向相关文献作者以及所提及的单位一并致谢。
由于传感器技术发展较快，自动检测技术涉及知识面广，加之作者水平有限，在编写过程中难免存
在遗漏和不妥之处，恳请广大读者提出宝贵意见。
编 者
2013 年1 月

第1章传感器与测试技术基础..................................................................................1
1.1 测试技术概述............................................................................................................1


1.1.1 测试的基本概念 ............................................................................................1


1.1.2 被测量的分类 ................................................................................................1


1.1.3 测试系统的组成 ............................................................................................2


1.1.4 测试技术的任务和内容 .................................................................................2


1.2 测量的基本知识 ........................................................................................................3


1.2.1 测量的方法 ....................................................................................................3


1.2.2 测量误差........................................................................................................4


1.3 传感器的定义、组成及分类 .....................................................................................6


1.3.1 传感器的定义 ................................................................................................6


1.3.2 传感器的组成 ................................................................................................6


1.3.3 传感器的分类 ................................................................................................6


1.4 传感器与测试技术的作用.........................................................................................7


1.5 传感器与测试技术的发展动向 ...........................................................................8


l.5.1 传感器的发展途径 .........................................................................................8


1.5.2 传感器与测试技术的发展方向......................................................................8
习题 ....................................................................................................................................9


第2章电阻式传感器..............................................................................................10
2.1 电位器式和电阻应变片式传感器............................................................................10


2.1.1 电位器式传感器 ..........................................................................................10


2.1.2 电阻应变式传感器.......................................................................................12


2.1.3 电阻式传感器的应用...................................................................................14


2.2 热电阻 .....................................................................................................................16


2.2.1 金属热电阻 ..................................................................................................16


2.2.2 半导体热敏电阻 ..........................................................................................18


2.3 气敏电阻..................................................................................................................19


2.3.1 基本结构......................................................................................................20


2.3.2 工作原理......................................................................................................20


2.4 光敏电阻..................................................................................................................21


2.4.1 传感原理......................................................................................................21
2.4.2 光敏电阻的种类 ..........................................................................................21
2.4.3 光敏电阻的参数及特性 ...............................................................................21
2.5 磁敏电阻..................................................................................................................23
习题 ..................................................................................................................................24


第3章电容式传感器..............................................................................................25
3.1 电容式传感器的工作原理.......................................................................................25


3.2 电容式传感器的类型及特性 ...................................................................................25


3.2.1 变极距型......................................................................................................26


3.2.2 变面积型......................................................................................................27


3.2.3 变介电常数型 ..............................................................................................28


3.3 电容式传感器的测量电路.......................................................................................29


3.3.1 电桥电路......................................................................................................29


3.3.2 谐振电路......................................................................................................29


2

3.3.3 调频电路......................................................................................................30


3.3.4 运算放大器电路 ..........................................................................................30


3.4 电容式传感器的应用...............................................................................................31


3.4.1 电容式压力计 ..............................................................................................31


3.4.2 电容式液位计 ..............................................................................................31


3.4.3 电容式湿度计 ..............................................................................................32


3.4.4 电容式转速传感器.......................................................................................32


3.4.5 电容法测厚度 ..............................................................................................32
习题 ..................................................................................................................................33


第4章电感式传感器..............................................................................................34
4.1 变磁阻式传感器 ......................................................................................................34


4.1.1 工作原理......................................................................................................34


4.1.2 变磁阻式传感器的应用 ...............................................................................36


4.2 互感型差动变压器式电感传感器............................................................................37


4.2.1 工作原理......................................................................................................37


4.2.2 差动变压器式传感器的应用 .......................................................................39


4.3 电涡流式传感器 ......................................................................................................39


4.3.1 电涡流式传感器的工作原理 .......................................................................39


4.3.2 电涡流式传感器的结构 ...............................................................................40


4.3.3 电涡流式传感器的应用 ...............................................................................40
习题 ..................................................................................................................................42


第5章电动势式传感器..........................................................................................43
5.1 磁敏传感器..............................................................................................................43



5.1.1 霍尔器件......................................................................................................43
5.1.2 磁阻器件......................................................................................................44
5.1.3 磁敏传感器的应用.......................................................................................45
5.2 热电偶 .....................................................................................................................46
5.2.1 热电偶的基本工作原理 ...............................................................................46
5.2.2 热电偶的基本定律.......................................................................................47
5.2.3 热电偶的结构 ..............................................................................................48
5.2.4 热电偶冷端的温度补偿 ...............................................................................50
5.3 压电式传感器 ..........................................................................................................51
5.3.1 压电式传感器的工作原理 ...........................................................................51
5.3.2 压电材料及压电元件的结构 .....................................................................52
5.3.3 压电式传感器的测量电路 ...........................................................................54
5.3.4 压电式传感器的应用...................................................................................56
5.4 光电式传感器 ..........................................................................................................57
5.4.1 光电效应及分类 ..........................................................................................58
5.4.2 光电元件及特性 ..........................................................................................58
5.4.3 光电传感器的应用.......................................................................................61
习题 ..................................................................................................................................67
第6章位移-数字传感器.........................................................................................68
6.1 光栅传感器..............................................................................................................68
6.1.1 计量光栅的结构及分类 ...............................................................................68
6.1.2 光栅传感器组成 ..........................................................................................69
6.1.3 工作原理......................................................................................................69
6.1.4 光栅传感器的应用.......................................................................................74
6.2 磁栅传感器..............................................................................................................74
6.2.1 磁栅结构及工作原理...................................................................................74
6.2.2 磁头..............................................................................................................75
6.2.3 测量电路......................................................................................................77
6.2.4 磁栅数显示表及其应用 ...............................................................................78
6.3 光电编码器..............................................................................................................79
6.3.1 增量式编码器 ..............................................................................................80
6.3.2 绝对式光电编码器.......................................................................................80
6.3.3 光电脉冲编码器的应用 ...............................................................................82
6.4 感应同步器..............................................................................................................83
6.4.1 感应同步器的结构和类型 ...........................................................................84
6.4.2 感应同步器的工作原理 ...............................................................................84
目
录



自动检测技


6.4.3 感应同步器在数控机床闭环系统中的应用.................................................86


6.5 旋转变压器..............................................................................................................88


6.5.1 旋转变压器的结构.......................................................................................88


6.5.2 旋转变压器的工作原理 ...............................................................................88
习题 ..................................................................................................................................91


第7章其他传感器.................................................................................................92
7.1 超声波传感器..........................................................................................................92


7.1.1 超声波的物理基础.......................................................................................92


7.1.2 超声波传感器 ..............................................................................................94


7.1.3 超声波在自动检测中的应用 .......................................................................95


7.2 微波传感器..............................................................................................................97


7.2.1 概述..............................................................................................................98


7.2.2 微波传感器的原理与分类 ...........................................................................98


4

7.2.3 微波传感器的组成.......................................................................................98


7.2.4 微波传感器的应用.......................................................................................99


7.3 红外传感器............................................................................................................100


7.3.1 红外辐射的产生和性质.............................................................................101


7.3.2 红外传感器................................................................................................101


7.3.3 红外传感器的应用.....................................................................................103


7.4 新型传感器简介 ....................................................................................................107


7.4.1 高分子有机材料传感器.............................................................................108


7.4.2 固态图像传感器 ........................................................................................108


7.4.3 生物传感器................................................................................................110


7.4.4 智能式传感器 ............................................................................................110
习题 ................................................................................................................................111


第8章检测系统的信号处理技术...........................................................................112
8.1 现代检测技术综述 ................................................................................................112


8.1.1 总线技术....................................................................................................112


8.1.2 虚拟仪器技术 ............................................................................................116


8.1.3 网络化测试技术 ........................................................................................117


8.2 信号的放大与隔离 ................................................................................................118


8.2.1 测量放大器................................................................................................118


8.2.2 隔离放大器................................................................................................120


8.3 各类滤波器............................................................................................................122


8.3.1 滤波器的类型 ............................................................................................122


8.3.2 RC模拟式滤波器分析...............................................................................123



8.4 信号的调制与解调 ................................................................................................124
8.4.1 调幅及其解调 ............................................................................................124
8.4.2 调频及其解调 ............................................................................................124
8.5 信号在传输过程中的变换技术 .............................................................................125
8.5.1 信号在传输过程中变换的意义..................................................................125
8.5.2 常用的信号变换方法.................................................................................126
习题 ................................................................................................................................126
第9章检测装置的干扰抑制技术...........................................................................127
9.1 干扰的来源............................................................................................................127
9.1.1 常见的干扰类型 ........................................................................................127
9.1.2 噪声与信噪比 ............................................................................................128
9.2 干扰的耦合方式及传输途径.................................................................................128
9.2.1 静电耦合....................................................................................................128
9.2.2 电磁耦合....................................................................................................129
9.2.3 共阻抗耦合................................................................................................130
9.2.4 漏电流耦合................................................................................................131
9.3 差模干扰和共模干扰.............................................................................................132
9.3.1 差模干扰....................................................................................................132
9.3.2 共模干扰....................................................................................................133
9.3.3 共模干扰抑制比 ........................................................................................134
9.4 干扰抑制技术........................................................................................................134
9.4.1 屏蔽技术....................................................................................................135
9.4.2 接地技术....................................................................................................135
9.4.3 浮空技术....................................................................................................139
9.4.4 隔离技术....................................................................................................139
9.4.5 滤波器........................................................................................................140
9.4.6 软件干扰抑制技术.....................................................................................141
习题 ................................................................................................................................143
第10章自动检测系统设计与应用.........................................................................144
10.1 自动检测系统的设计原则与步骤........................................................................144
10.1.1 自动检测系统的设计原则 .......................................................................144
10.1.2 自动检测系统的设计步骤 .......................................................................145
10.2 传感器的合理选用 ..............................................................................................146
10.3 传感器在汽车测距中的应用 ...............................................................................147
10.4 传感器在智能楼宇中的应用 ...............................................................................148
10.5 传感器在船舶航行中的应用 ...............................................................................152

自动检测技术
10.5.1 船用测深仪 ..............................................................................................152


10.5.2 船用计程仪介绍.......................................................................................158
习题 ................................................................................................................................163


附录A几种常用传感器的性能比较..................................................................164
附录B铂铑10-铂热电偶分度表.............................................................166
附录C镍铬-铜镍热电偶分度表.........................................................169
附录D镍铬-镍硅热电偶分度表...............................................................170
附录 E 铂电阻分度表 .173
附录 F铜电阻（ Cu50）分度表
...........................................................174
附录 G铜电阻（ Cu100）分度表 175
参考文献176

主要著译者顺序姓名学历职称学科专长通讯地址1葛君山 硕士 副教授 自动检测工作单位江苏海事职业技术学院 邮政编码 电话13605183993 2 工作单位 邮政编码 电话 3 工作单位 邮政编码 电话 审校者（主审者） 学历 工作单位 邮政编码 电话 职称 工作单位 邮政编码 电话 葛君山 ，江苏海事职业技术学院，电气工程系教研室主任，主要讲授电机、自动检测方面的课程，教学效果受到学生好评，有着较为丰富的一线职教经验，出版了《电机及应用技术》等相关教材。

本书保留了高职高专类教材理论实用够用的特点，理顺了相关知识点的前后联系，增加了与交通航
运类职业院校专业结构相关的教学内容，如船用测深仪、船用测程仪等船舶电工实用及考证必需的知识
点；在编写过程中，力求做到体系结构完整、内容丰富精练、突出实用性与先进性，使学生通过本书的
学习，能够掌握自动检测技术的基本知识，了解发展动向，成为适应生产一线需要的具有较高专业素质
的应用型专门人才。