传感器原理、设计与应用 第3版PDF电子书下载

目录 1

第一章 传感器概论 1

1.1 传感器的组成与分类 1

1.1.1 传感器的定义 1

1.1.2 传感器的组成 1

1.1.3 传感器的分类 1

1.2 传感器在科技发展中的重要性 2

1.2.1 传感器的作用与地位 2

1.2.2 传感器技术是信息技术的基础与支柱 2

1.3 传感器技术的发展动向 3

1.2.3 科学技术的发展与传感器技术的密切关系 3

1.4 机电模拟及双向传感器的统一理论 4

1.4.1 变量的分类 5

1.4.2 机电模拟 5

1.4.3 双向传感器的统一理论 8

第二章 传感器的一般特性 9

2.1 传感器的静态特性 9

2.1.1 线性度 19

2.1.2 灵敏度 21

2.1.3 迟滞（迟环） 21

2.2.1 动态参数测试的特殊问题 22

2.1.4 重复性 22

2.2 传感器的动态特性 22

2.2.2 研究传感器动态特性的方法及其指标 23

2.2.3 传感器的数学模型 24

2.2.4 传递函数 25

2.2.5 频率响应函数 25

2.2.6 脉冲响应函数 26

2.3 传感器动态特性分析 27

2.3.1 传感器的频率响应 27

2.3.2 传感器的瞬态响应 30

2.4 传感器的无失真测试条件 33

第三章 传感器中的弹性敏感元件 35

3.1 引言 35

3.2 弹性敏感元件的基本特性 35

3.2.1 弹性特性 35

3.2.2 弹性滞后 36

3.2.3 弹性后效 36

3.2.4 固有振动频率 37

3.3 弹性敏感元件的材料 37

3.4 弹性敏感元件的特性参数计算 38

3.4.1 弹性圆柱（实心或空心） 38

3.4.2 悬臂梁 39

3.4.3 扭转棒 41

3.4.4 圆形膜片和膜盒 42

3.4.5 弹簧管 43

3.4.6 波纹管 45

3.4.7 薄壁圆筒 46

4.2 电阻应变片的工作原理 48

4.2.1 金属的应变效应 48

4.2.2 电阻应变片的结构和工作原理 48

4.1 电阻应变式传感器的工作原理 48

第四章 电阻应变式传感器 48

4.2.3 电阻应变片的横向效应 51

4.3 电阻应变片的种类、材料和参数 52

4.3.1 电阻应变片的种类 52

4.3.2 电阻应变片的材料 54

4.3.3 应变片的主要参数 55

4.4 电阻应变片的动态响应特性 56

4.4.1 应变波的传播过程 57

4.4.2 应变计的可测频率的估算 57

4.5 粘合剂和应变片的粘贴技术 59

4.5.1 粘合剂 59

4.5.2 应变计粘贴工艺 60

4.6.1 温度误差及其产生原因 62

4.6 电阻应变式传感器的温度误差及其补偿 62

4.6.2 温度补偿方法 63

4.7 电阻应变式传感器的信号调节电路及电阻应变仪 64

4.7.1 测量电桥的工作原理 64

4.7.2 电阻应变仪 68

4.8 电阻应变式传感器 69

4.8.1 电阻应变式力传感器 69

4.8.2 应变式压力传感器 75

4.8.3 应变式加速度传感器 78

5.1 电容式传感器的工作原理及结构形式 79

第五章 电容式传感器 79

5.1.1 变间隙的电容式传感器 80

5.1.2 变面积的电容式传感器 84

5.1.3 变介电常数的电容式传感器 84

5.2 电容式传感器的等效电路 85

5.3 电容式传感器的信号调节电路 87

5.3.1 运算放大器式电路 87

5.3.2 电桥电路 87

5.3.3 调频电路 88

5.3.5 二极管T型网络 89

5.3.4 谐振电路 89

5.3.6 脉冲宽度调制电路 90

5.4 影响电容传感器精度的因素及提高精度的措施 92

5.4.1 温度对结构尺寸的影响 92

5.4.2 温度对介质介电常数的影响 92

5.4.3 漏电阻的影响 92

5.4.4 边缘效应与寄生参量的影响 92

5.4.5 增加原始电容值、减少寄生电容和漏电的影响 93

5.5 电容传感器的应用 93

5.5.1 膜片电极式压力传感器 94

5.5.2 电容式加速度传感器 95

5.5.3 电容式应变计 96

5.5.4 荷重传感器 96

5.5.5 振动、位移测量仪 96

5.5.6 电容测厚仪 97

第六章 电感式传感器 98

6.1 变磁阻式传感器 98

6.1.1 工作原理 98

6.1.2 等效电路 99

6.1.3 输出特性分析 102

6.1.4 传感器的信号调节电路 104

6.1.5 影响传感器精度的因素分析 105

6.1.6 电感式传感器的应用 106

6.2 差动变压器 106

6.2.1 螺管形差动变压器 107

6.2.2 差动变压的信号调节电路 112

6.2.3 差动变压器的应用 114

6.3 涡流式传感器 114

6.3.1 高频反射式涡流传感器 115

6.3.2 低频透射式涡流传感器 118

6.3.3 涡流式传感器的应用 119

7.1.1 压电效应 121

7.1 压电式传感器的工作原理 121

第七章 压电式传感器 121

7.1.2 压电常数和表面电荷的计算 123

7.2 压电材料 125

7.2.1 压电晶体 125

7.2.2 压电陶瓷 125

7.3 压电式传感器的等效电路 128

7.4 压电式传感器的信号调节电路 129

7.4.1 电压放大器（阻抗变换器） 130

7.4.2 电荷放大器 133

7.5.1 工作原理 134

7.5 压电式加速度传感器 134

7.5.3 频率特性 135

7.5.2 灵敏度 135

7.5.4 压电式加速度传感器的结构 137

7.6 压电式测力传感器 138

第八章 磁电式传感器 140

8.1 磁电式传感器的工作原理 140

8.2 动圈式磁电传感器 140

8.2.1 动圈式磁电传感器工作原理 140

8.2.3 信号调节电路和记录仪器 141

8.2.2 动圈式磁电传感器结构 141

8.3 磁阻式磁电传感器 142

8.4 磁电式传感器的频率响应特性 143

第九章 热电式传感器 145

9.1 热电偶 145

9.1.1 热电偶的基本原理 145

9.1.2 热电偶的类型及结构 153

9.1.3 热电势的测量及热电偶的标定 157

9.1.4 热电偶的传热误差和动态误差 162

9.2.1 金属热电阻 165

9.2 热电阻 165

9.2.2 半导体热敏电阻 169

9.3 晶体管和集成温度传感器 172

9.3.1 工作原理 172

9.3.2 集成温度传感器的典型应用 174

附录1 铂铑10—铂热电偶分度表 177

附录2 镍铬—镍硅（镍铝）热电偶分度表 179

附录3 镍铬—考铜热电偶分度表 182

附录4 铂铑30—铂铑6热电偶分度表 184

附录5 铂热电阻分度表（R0＝46Ω） 188

附录6 铂热电阻分度表（R0＝100Ω） 190

附录7 铜热电阻分度表（R0＝50Ω） 192

附录8 铜热电阻分度表（R0＝100Ω） 193

第十章 光电式传感器 194

10.1 光电管 194

10.2 光电倍增管 195

10.3 光敏电阻 196

10.3.1 光敏电阻的工作原理 196

10.3.2 光敏电阻的结构 196

10.3.3 光敏电阻的主要参数 196

10.3.4 光敏电阻的基本特性 197

10.4.1 工作原理 199

10.4 光敏二极管和光敏晶体管 199

10.4.2 基本特性 200

10.5 光电池 202

10.5.1 工作原理 202

10.5.2 基本特性 203

10.6 光电式传感器的应用 204

10.6.1 模拟式光电传感器的应用 205

10.6.2 脉冲式光电传感器的应用 206

11.2 智能式传感器的构成 208

11.1 概述 208

第十一章 智能式传感器 208

11.3 压阻式压力传感器智能化 209

11.3.1 智能式压阻压力传感器硬件结构 209

11.3.2 智能式压阻压力传感器的软件设计 210

11.3.3 非线性与温度误差的修正 210

11.3.4 实验结果与结论 212

11.4 智能式传感器的发展方向与途径 212

11.4.1 集成智能式传感器 212

11.4.2 我国研究与开发智能式传感器的途径 213

12.1.3 光纤传感器的光探测器 214

12.1.2 光纤传感器的光源 214

12.1.4 光纤传感器的分类 214

12.1 概论 214

12.1.1 光纤传感技术的形成及其特点 214

第十二章 光导纤维传感器 214

12.2 光导纤维以及光在其中的传输 215

12.2.1 光导纤维及其传光原理 215

12.2.2 光在普通光导纤维内的传输 216

12.2.3 光在特殊光导纤维内的传输 217

12.3 光调制技术 218

12.3.1 相位调制与干涉测量 219

12.3.2 频率调制 220

12.4 光纤位移传感器 221

12.4.1 光纤开关与定位装置 221

12.4.2 传光型光纤位移传感器 224

12.4.3 受抑全内反射光纤位移传感器 226

12.4.4 光纤微弯位移传感器 228

12.4.5 光纤干涉型位移传感器 230

12.5 光纤速度、加速度传感器 230

12.5.1 光纤激光渡越速度计 231

12.5.2 利用马赫-泽德干涉仪的光纤加速度计 231

12.5.3 倾斜镜式光纤加速度计 232

12.6 光纤振动传感器 234

12.6.1 相位调制光纤振动传感器 235

12.6.2 利用光弹效应的光纤振动传感器 237

12.7 光纤温度传感器 239

12.7.1 相位调制型光纤温度传感器 239

12.7.2 热辐射光纤温度传感器 242

12.7.3 传光型光纤温度传感器 244

12.8 光纤流量、流速传感器 246

12.8.1 光纤旋涡流量计 246

12.8.2 光纤激光多普勒测速计 248

12.9.1 利用马赫-泽德干涉仪制作的光纤压力传感器 249

12.9 光纤压力传感器 249

12.9.2 偏振型光纤压力传感器 251

第十三章 固态图像传感器 254

13.1 引言 254

13.2 固态图像传感器的敏感器件 255

13.2.1 电荷耦合器件（CCD） 255

13.2.2 电荷注入器件（CID） 259

13.2.3 戽链式器件（BBD） 260

13.2.4 MOS式光电变换器件 260

13.3.2 线型固态图像传感器 261

13.3 固态图像传感器 261

13.3.1 固态图像传感器的分类 261

13.3.3 面型固态图像传感器 263

13.3.4 固态图像传感器主要特性 270

13.3.5 固态图像传感器的应用 274

第十四章 气体传感器 278

14.1 概述 278

14.1.1 气体传感器及气体检测方法 278

14.1.2 气体传感器的分类 278

14.2.2 主要特性及其改善 280

14.2.1 半导体气体传感器及其分类 280

14.2 半导体气体传感器 280

14.2.3 表面控制型电阻式传感器 283

14.2.4 体控制型电阻式传感器 286

14.2.5 非电阻式半导体气体传感器 287

14.2.6 半导体气体传感器的应用 289

14.3 红外吸收式气敏传感器 292

14.4 接触燃烧式气敏传感器 293

14.5 热导率变化式气体传感器 295

14.6 湿式气敏传感器 295

15.1 湿度及湿度传感器 297

15.1.1 湿度及其表示方法 297

第十五章 湿度传感器 297

15.1.2 湿度传感器及其特性参数 298

15.1.3 湿度传感器的分类 299

15.2 电解质系湿度传感器 299

15.2.1 无机电解质湿度传感器 299

15.2.2 高分子电解质湿度传感器 302

15.3 半导体及陶瓷湿度传感器 304

15.3.1 涂覆膜型 304

15.3.2 烧结体型 305

15.3.3 薄膜型 307

15.4 有机物及高分子聚合物湿度传感器 308

15.4.1 胀缩性有机物湿敏元件 308

15.4.2 高分子聚合物薄膜湿敏元件 309

15.5 湿度传感器的应用及发展动向 310

第十六章 红外传感器 312

16.1 红外辐射的基本知识 312

16.1.1 红外辐射 312

16.1.2 红外辐射术语 313

16.1.3 红外辐射源 314

16.2.1 常见红外传感器 316

16.2 红外传感器 316

16.2.2 红外传感器的性能参数 318

16.2.3 红外传感器使用中应注意的问题 319

16.3 红外测温 320

16.3.1 红外测温的特点 320

16.3.2 红外测温原理 320

16.4 红外成像 321

16.4.1 红外成像原理 321

16.4.2 红外成像仪 322

16.5 红外分析仪 322

16.6.1 焊接缺陷的无损检测 324

16.6 红外无损检测 324

16.6.2 铸件内部缺陷探测 325

16.6.3 疲劳裂纹探测 325

第十七章 固态压阻式传感器 327

17.1 半导体的压阻效应 327

17.1.1 压阻效应 327

17.1.2 压阻系数 328

17.2 固态压阻式压力传感器 330

17.3 固态压阻式加速度传感器 331

17.4 固态压阻式传感器的输出特性及补偿方法 331

17.4.1 电桥平衡失调与零位温漂补偿 331

17.4.2 灵敏度温度系数补偿 332

17.4.3 非线性及其补偿 334

第十八章 微波传感器 335

18.1 微波的基本知识简介 335

18.1.1 微波的性质与特点 335

18.1.2 微波振荡器与微波天线 335

18.2.3 微波传感器的特点与存在的问题 336

18.3 微波传感器的应用 336

18.3.1 微波湿度（水分）传感器 336

18.2.2 遮断式微波传感器 336

18.2.1 反射式微波传感器 336

18.2 微波传感器及其分类 336

18.3.2 微波液位计 337

18.3.3 微波物位计 337

18.3.4 微波测厚仪 337

18.3.5 微波温度传感器 339

第十九章 超导传感器 340

19.1 超导光传感器 340

19.1.1 超导可见光传感器 340

19.1.2 超导红外传感器 340

19.2 超导微波传感器 341

19.3 超导磁场传感器 341

20.2 液晶传感器 342

20.1.2 液晶的分类与性质 342

20.2.1 液晶电磁场传感器 342

第二十章 液晶传感器 342

20.1 液晶及其性质 342

20.1.1 液晶的概念 342

20.2.2 液晶电压传感器 343

20.2.3 液晶超声波传感器 343

20.2.4 液晶温度传感器 343

21.1.1 静态标准条件 344

21.1.3 静态特性标定的方法 344

21.1.2 标定仪器设备的精度等级的确定 344

21.1 传感器的静态特性标定 344

第二十一章 传感器的标定 344

21.2 传感器的动态特性标定 345

21.3 测振传感器的标定 347

21.3.1 绝对标定法 347

21.3.2 比较标定法 347

21.4 压力传感器的标定 348

21.4.1 动态标定压力源 348

21.4.2 激波管标定法 349

参考文献 355