传感器技术及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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钟柱培 编

图书标签:

• 传感器技术
• 传感器应用
• 测量技术
• 自动化
• 电子技术
• 仪器仪表
• 物联网
• 智能硬件
• 工业控制
• 信号处理

出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040409826

版次：1

商品编码：11959575

包装：平装

丛书名： “十二五”职业教育国家规划教材·电子技术应用专业

开本：16开

出版时间：2015-08-01

用纸：胶版纸

页数：215

字数：340000

正文语种：中文

内容简介

　　《传感器技术及应用》是“十二五”职业教育国家规划教材，依据教育部《中等职业学校电子技术应用专业教学标准》，并参照相关的国家职业技能标准和行业职业技能鉴定规范编写。
　　《传感器技术及应用》采用项目式编写方式，主要内容包括认识传感器，光电传感器应用，电容、电感接近式传感器应用，磁感应式传感器应用，电热式传感器应用，气敏传感器应用，应变式传感器应用，认识新型传感器和传感器综合应用等。
　　《传感器技术及应用》可作为中等职业学校电子技术应用及相关专业教材，也可作为相关行业培训用书。

目录

项目一 认识传感器
任务一 认识传感器的基础知识

项目二 光电传感器应用
任务一 自动语音迎宾——热释电传感器应用
任务二 工件靠近检测——反射式光电传感器应用
任务三 工件计数——对射式光电传感器应用
任务四 工件色差检测——光纤传感器应用

项目三 电容、电感接近式传感器应用
任务一 工件靠近检测——电容、电感接近式传感器应用
任务二 工件村米斗识别——电容、电感接近式传感器应用己
任务三 工件计数——电容、电感接近式传感器应用

项目四 磁感应式传感器应用
任务一 气缸行程定位检测——磁性开关、干簧继电器应用
任务二 电机速度检测——霍尔传感器应用
任务三 旋转角度检测——光电旋转编码器、旋转变压器应用

项目五 电热式传感器应用
任务一 温度检测——热电偶应用
任务二 温度报警——热电阻应用

项目六 气敏传感器应用
任务一 煤气泄漏报警——气敏电阻应用
任务二 电子式温湿度计——湿敏电阻应用

项目七 应变式传感器应用
任务一 电子秤——电阳应变式传感器应用
任务二 振动报警器——压电式传感器应用

项目八 认识新型传感器
任务一 认识图像传感器
任务二 认识身份识别传感器
任务三 认识生物传感器
任务四 认识微波传感器

项目九 传感器综合应用
任务一 室内恒温恒湿系统安装调试
任务二 住宅安防系统安装与调试——热释电传感器、图像传感器、身份识别传感器综合应用

《工业自动化控制系统集成与优化》 内容简介 在现代工业飞速发展的浪潮中，自动化控制系统已成为提升生产效率、保障产品质量、降低运营成本的核心驱动力。本书《工业自动化控制系统集成与优化》深入探讨了当前工业自动化领域最前沿的技术理念、工程实践以及未来发展趋势，旨在为广大工业自动化工程师、系统集成商、项目管理者以及相关领域的研究者提供一本全面、深入且实用的参考手册。 本书的写作初衷源于对当前工业自动化技术发展中普遍存在的系统集成复杂性、数据孤岛现象以及优化升级瓶颈的深刻洞察。我们认识到，单个自动化设备或子系统的先进性固然重要，但将它们有机地、高效地整合成一个协同工作的整体，并能根据实际运行情况进行智能化的优化调整，才是实现工业4.0时代智能制造目标的关键所在。因此，本书的重点并非聚焦于某一特定类型的传感器或执行器，而是将视角放诸于整个自动化控制系统的生命周期，从系统设计、硬件选型、软件开发、集成部署，直至运行监控、性能分析和持续优化，进行全方位的剖析。 第一部分：工业自动化控制系统架构与设计原则 本部分将首先对现代工业自动化控制系统的基本架构进行系统性阐述。我们将从传统的集散控制系统（DCS）、可编程逻辑控制器（PLC）系统入手，逐步过渡到更具柔性、智能化和网络化特征的分布式控制系统（DCS）、基于PC的控制系统（PCC）以及新兴的基于云和边缘计算的控制架构。我们将详细分析不同架构的特点、优势、适用场景以及它们之间的协同关系。 在系统设计方面，本书将强调“模块化”、“标准化”和“可扩展性”的设计原则。我们会深入讲解如何根据具体的工业流程和生产需求，合理划分控制层级，设计高效的网络拓扑结构，以及如何选择具备良好互操作性的硬件和软件平台。此外，还将探讨故障容错设计、冗余策略以及信息安全在系统设计中的重要性，确保系统的稳定可靠运行。 第二部分：核心自动化技术解析与选型策略 在系统架构的基础上，本部分将聚焦于构成自动化控制系统的核心技术要素，但不是孤立地介绍，而是从集成和协同的角度来分析。 数据采集与通信： 重点不在于某一种传感器的工作原理，而是如何从各种工业现场获取可靠、准确的数据。我们将深入研究工业以太网（如EtherNet/IP, PROFINET, Modbus TCP/IP）、现场总线技术（如PROFIBUS, DeviceNet, CANopen）以及新兴的物联网（IoT）通信协议（如MQTT, CoAP）在自动化系统中的应用。我们将分析不同通信技术的带宽、实时性、可靠性、功耗以及网络安全特性，为系统集成商提供科学的选型依据。同时，也会涉及数据的预处理、滤波和去噪技术，以确保进入控制系统的原始数据具有可用性。 控制算法与逻辑实现： 本部分将涵盖PID控制、模糊逻辑控制、模型预测控制（MPC）等经典和先进的控制算法。我们将探讨这些算法在不同工业应用场景下的性能表现、调优方法以及如何通过软件平台实现。更重要的是，我们将重点关注如何将这些控制逻辑进行模块化设计，以便于在复杂系统中进行高效的部署和管理。我们将深入分析PLC编程语言（Ladder Diagram, Function Block Diagram, Structured Text）的特点及其在不同控制任务中的应用，以及如何利用高级编程环境实现更复杂的控制策略。 执行机构与人机交互： 尽管本书不侧重于单一的传感器，但对执行机构的理解是自动化系统闭环控制的必然要求。我们将简要介绍伺服驱动、变频器、比例阀等执行机构的性能特点、接口规范以及如何将其集成到控制系统中。在人机交互（HMI）方面，我们将探讨如何设计直观、易用的操作界面，实现对生产过程的可视化监控、参数设置和报警管理。重点将放在HMI与PLC/DCS系统的数据交互机制、画面设计规范以及用户权限管理等方面，确保操作人员能够高效、安全地与系统进行交互。 第三部分：工业自动化控制系统的集成与部署 本部分将是本书的重中之重，详细阐述如何将前述的技术要素有机地整合起来，并成功地部署到实际工业环境中。 系统集成方法论： 我们将介绍多种有效的系统集成方法，包括自顶向下设计、自底向上构建以及混合集成策略。我们将强调需求分析、系统规范制定、软硬件接口定义、集成测试和验证的重要性。特别地，我们会深入探讨如何在异构系统中实现数据的无缝交换和指令的统一发布，解决不同厂商设备之间的兼容性问题。 网络架构与通信集成： 详细讲解如何构建稳定、可靠、安全的工业通信网络。我们将分析不同通信协议在网络层面的协同工作，如何设计冗余通信链路以提高系统的可用性。还将涉及网络安全防护措施，如防火墙、VPN、访问控制等，以应对日益严峻的网络攻击威胁。 软件集成与平台选择： 探讨不同自动化软件平台（如SCADA系统、MES系统、Historian系统）之间的集成。我们将分析如何利用标准接口（如OPC UA）实现数据的共享和集成，构建统一的生产数据管理平台。还将介绍如何开发定制化的软件模块，以满足特定工业过程的特殊需求。 现场部署与调试： 详细阐述现场设备安装、布线、系统连接、参数配置以及系统调试的流程和关键注意事项。我们将提供实用的调试技巧和故障排除指南，帮助工程师快速定位和解决系统集成过程中出现的问题。 第四部分：工业自动化控制系统的性能监控、维护与优化 一个高效的自动化控制系统并非一成不变，而是需要持续的监控、维护和优化。 性能监控与诊断： 本部分将介绍各种性能监控指标（如系统响应时间、控制精度、设备利用率、能耗等）的定义和计算方法。我们将探讨如何利用SCADA系统、数据采集与分析工具，对系统的运行状态进行实时监控和历史数据分析，及时发现潜在的性能下降或故障隐患。 预测性维护与故障管理： 引入预测性维护的概念，通过对设备运行数据的分析，预测设备可能发生的故障，并提前采取维护措施，从而减少非计划停机时间。我们将介绍故障模式与影响分析（FMEA）、设备可靠性分析等方法在系统维护中的应用。 系统优化策略： 针对实际运行中可能出现的性能瓶颈，本书将提供一系列优化策略。这包括对控制算法参数的动态调整、生产流程的改进、能源效率的提升、以及引入人工智能（AI）和机器学习（ML）技术对系统进行自主优化。我们将举例说明如何利用数据挖掘技术，从海量生产数据中发现优化机会，并将其转化为可执行的改进方案。 系统升级与改造： 随着技术的进步和业务需求的变化，自动化控制系统也需要进行升级和改造。本部分将探讨如何对现有系统进行评估，制定合理的升级改造方案，最小化对生产过程的影响，并确保新旧系统之间的平滑过渡。 第五部分：未来趋势与发展展望 最后，本书将对工业自动化控制系统的未来发展趋势进行展望。 工业物联网（IIoT）与边缘计算： 深入分析IIoT如何改变工业自动化系统的架构和数据流。我们将探讨边缘计算在降低延迟、提升实时性、以及实现本地智能决策方面的优势。 人工智能与机器学习在自动化中的应用： 展望AI和ML如何在故障诊断、预测性维护、过程优化、机器人协同以及自主决策等方面发挥越来越重要的作用。 数字孪生（Digital Twin）技术： 探讨数字孪生技术如何为自动化系统的设计、仿真、监控和优化提供强大的支持。 网络安全与数据隐私： 强调在数字化转型的背景下，网络安全和数据隐私将成为工业自动化系统设计的重中之重。 本书特色： 系统性与综合性： 本书并非机械地罗列技术点，而是将工业自动化控制系统视为一个整体，从宏观架构到微观细节，进行系统性的阐述。 工程实践导向： 大量引用实际工业项目中的案例和经验，提供切实可行的解决方案和技术指导。 前瞻性与创新性： 关注行业最新技术动态和发展趋势，为读者提供未来发展方向的思考。 易读性与深度兼顾： 在保证技术深度和专业性的同时，力求语言通俗易懂，结构清晰，便于读者学习和理解。 《工业自动化控制系统集成与优化》不仅是一本技术手册，更是一部关于如何构建、运行和持续提升现代化工业生产核心能力的指南。我们希望通过本书的阅读，能够帮助读者深刻理解工业自动化控制系统的本质，掌握系统集成和优化的关键技术，从而在日益激烈的工业竞争中，不断推动企业的技术进步和管理升级。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出版，无疑为我们这些在自动化和智能制造领域摸爬滚打多年的工程师们带来了一股清流。虽然我个人的工作重心更多地聚焦在工业机器人和运动控制系统上，但我一直深信，理解底层传感器的工作原理和最新发展趋势，是提升系统性能、解决棘手问题的关键。这本书的出现，恰恰填补了我在这方面的知识空白。我尤其对书中关于MEMS传感器（微机电系统传感器）在惯性导航和姿态测量方面的应用章节印象深刻。MEMS传感器体积小、功耗低、成本相对较低，这使得它们在无人机、智能穿戴设备以及各种便携式电子产品中得到了广泛应用。书中详细介绍了陀螺仪、加速度计、磁力计等MEMS传感器的基本工作原理，并通过具体的应用案例，展示了如何将这些传感器的数据融合，实现高精度的定位和导航。例如，在无人机领域，MEMS传感器的数据可以帮助无人机在GPS信号弱甚至缺失的情况下，依然保持稳定飞行和精准定位。此外，书中还探讨了传感器在环境监测方面的应用，比如用于检测空气质量、水质以及土壤状况的传感器。这些内容对于我们这些关注可持续发展和环境保护的工程师来说，具有极大的参考价值。尽管我目前的工作与这些具体应用场景有所区别，但通过阅读这些章节，我能够清晰地感受到传感器技术所展现出的巨大潜力，也为我未来的职业发展方向提供了新的启示。

评分☆☆☆☆☆

作为一个在光学工程领域深耕多年的研究者，我对这本书中关于光学传感器的部分产生了浓厚的兴趣。虽然我主要关注的是图像传感器和光谱分析技术，但这本书所涵盖的光学传感器的广泛性，着实让我眼前一亮。书中对CCD（耦合电荷器件）和CMOS（金属氧化物半导体）图像传感器的深入剖析，以及它们在工业视觉、医疗成像等领域的应用，为我提供了宝贵的参考。特别是关于传感器在低光照环境下成像性能的提升，以及噪声抑制技术的研究，都与我目前的研究方向息息相关。此外，书中关于激光雷达（LiDAR）和结构光传感器的介绍，也引起了我的极大关注。这些传感器在三维扫描、自动驾驶和机器人导航等领域扮演着至关重要的角色。通过书中对这些传感器工作原理的详细阐述，我得以更清晰地理解它们如何通过发射和接收激光或结构光来构建环境的三维模型。虽然我目前的应用场景主要集中在二维图像处理，但对三维感知的理解，无疑将极大地拓展我的视野，并可能为我未来的研究方向带来新的灵感。书中还提到了光纤传感器的原理及其在分布式传感领域的应用，这对于监测长距离结构物的形变和温度变化具有重要意义，也为我提供了一个跨学科思考的视角。

评分☆☆☆☆☆

这本书的章节结构安排得非常合理，即便我不是传感器领域的专业人士，也能从中获得相当多的知识。我一直对物联网（IoT）的发展趋势非常关注，而传感器作为物联网感知层的关键组成部分，其重要性不言而喻。我特别喜欢书中关于无线传感器网络（WSN）在智能家居和智慧城市建设中的应用案例。书中详细介绍了不同类型的无线传感器，如温湿度传感器、光照传感器、人体感应传感器等，以及它们如何通过低功耗无线通信技术，将收集到的数据传输到云端进行分析和处理。这让我深刻理解了如何构建一个互联互通的智能环境。例如，在智能家居场景中，通过对这些传感器数据的整合分析，可以实现灯光、空调、安防等设备的智能化控制，从而提高居住的舒适度和能源利用效率。在智慧城市建设方面，无线传感器网络则可以用于交通流量监测、环境污染监测、公共设施管理等方面，为城市管理者提供决策依据。虽然我目前的工作主要集中在嵌入式软件开发，侧重于用户界面的设计和功能的实现，但对底层硬件和数据采集的深入了解，能够帮助我更好地设计出高效、易用的物联网应用。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的评价，是基于其在半导体制造和集成电路设计领域的关联性。我主要从事的是超大规模集成电路（VLSI）的设计工作，尤其是在高性能计算芯片的架构设计方面。虽然我直接接触的传感器硬件开发较少，但我深知，先进的传感器技术往往与半导体工艺和芯片设计息息相关。书中关于传感器件的材料科学、制造工艺以及封装技术的部分，为我提供了一个全新的视角。我了解到，许多新型传感器的性能提升，离不开材料学的突破和制造工艺的进步，例如纳米材料在传感器中的应用，以及微纳加工技术的发展。此外，书中关于传感器接口电路和信号处理芯片的设计，也与我的专业领域有所关联。高效的接口电路设计能够降低传感器的数据传输延迟，而优化的信号处理算法则能够提高传感器的精度和抗干扰能力。这些内容让我更加清晰地认识到，传感器技术的发展并非孤立存在，而是与半导体产业的整体发展紧密相连。书中对传感器功耗优化和小型化设计的要求，也与我司在移动设备和可穿戴设备芯片设计上的挑战不谋而合，让我思考如何从芯片设计的角度来支持传感器技术的发展。

评分☆☆☆☆☆

作为一名生物医学工程师，我一直对传感器在生命科学和医疗健康领域的应用抱有极大的热情。这本书中关于生物传感器的章节，无疑是我最感兴趣的部分。书中对化学传感器、生物电化学传感器以及生物光子传感器的介绍，让我看到了传感器技术在疾病诊断、药物监测和生命体征监测方面的巨大潜力。例如，血糖传感器、心电传感器以及各种体外诊断用的生物芯片，都极大地改善了医疗服务的效率和准确性。书中详细阐述了这些生物传感器的工作原理，以及它们在生物分子识别、信号放大和数据采集等方面的关键技术。这对于我正在进行的疾病标志物检测项目，提供了宝贵的理论基础和技术参考。此外，书中关于微流控技术与传感器结合的应用，也引起了我的高度关注。微流控技术能够实现微量样品的处理和分析，与微型传感器结合，可以构建出高度集成化的生物分析平台，为疾病的早期诊断和个性化治疗提供了可能。尽管我个人的研究方向集中在生物信号的采集与分析，但对传感器本身原理和应用场景的深入了解，能够帮助我更好地选择和优化传感器，从而推动生物医学工程的进步。