传感器原理及应用PDF电子书下载

前言 1

教学建议 1

第1章 概论 1

1.1 传感器的作用和地位 1

1.2 传感器现状和发展趋势 2

1.3 传感器的定义、组成、分类及图形符号 3

1.3.1 传感器定义 3

1.3.2 传感器组成 5

1.3.3 传感器分类 5

1.3.4 传感器图形符号与命名方法 6

思考题和习题 7

第2章 传感器的基本特性 8

2.1 传感器的静态特性 8

2.1.1 线性度 9

2.1.2 迟滞 10

2.1.3 重复性 11

2.1.4 灵敏度 11

2.1.5 分辨力和阈值 12

2.1.6 稳定性 12

2.1.7 漂移 13

2.2 传感器的动态特性 13

2.2.1 传感器动态误差 13

2.2.2 传递函数 14

2.2.3 一阶传感器系统 16

2.2.4 二阶传感器系统 18

思考题和习题 20

第3章 电阻应变式传感器 22

3.1 电阻应变片结构原理 22

3.1.1 电阻应变效应与应变片结构 22

3.1.2 电阻应变片的基本原理 22

3.1.3 压阻效应和压阻式传感器 23

3.1.4 应变片种类 24

3.2 金属应变片的主要特性 25

3.2.1 应变片的灵敏系数 25

3.2.2 横向效应 25

3.2.3 应变片温度误差及补偿方法 26

3.3 电阻应变片测量电路 28

3.3.1 直流电桥工作原理 28

3.3.2 交流电桥工作原理 30

3.3.3 电阻应变仪原理 33

3.3.4 相敏检波器 34

3.4 应变式传感器的应用 36

3.4.1 力传感器（测力与秤重） 36

3.4.2 膜片式压力传感器 38

3.4.3 应变式加速度传感器 39

3.4.4 硅压阻式压力传感器 40

思考题和习题 42

第4章 电容式传感器 44

4.1 电容式传感器的工作原理和结构类型 44

4.1.1 工作原理 44

4.1.2 结构类型 44

4.2 电容式传感器的输出特性 45

4.2.1 变极距型 45

4.2.2 平板变面积型 47

4.2.3 变介电常数型 48

4.3 测量电路 49

4.3.1 电容式传感器等效电路 49

4.3.2 电桥电路 50

4.4 应用举例 55

4.4.1 压差式电容压力传感器 56

4.4.2 电容测厚仪 56

4.4.3 力平衡式加速度传感器 57

4.4.4 电容传声器 58

4.4.5 硅电容式集成传感器 59

4.4.6 电容式指纹传感器 59

思考题和习题 60

第5章 电感式传感器 62

5.1 变磁阻式传感器（自感式传感器） 62

5.1.1 工作原理 62

5.1.2 输出特性 63

5.1.3 差动变间隙式电感传感器结构原理 64

5.1.4 测量转换电路 65

5.1.5 变磁阻式传感器的应用 67

5.2 差动变压器式传感器（互感式传感器） 68

5.2.1 螺线管式差动变压器结构和工作原理 68

5.2.2 基本特性 69

5.2.3 零点残余电压 70

5.2.4 差动变压器测量电路 71

5.2.5 应用举例 72

5.3 电涡流式传感器 73

5.3.1 工作原理 74

5.3.2 等效电路分析 74

5.3.3 涡流的分布和强度 75

5.3.4 测量电路 76

5.3.5 电涡流传感器的应用 77

思考题和习题 79

第6章 磁电式传感器 80

6.1 磁电感应式传感器（电动式） 80

6.1.1 工作原理和结构形式 80

6.1.2 磁电感应式传感器的基本特性 81

6.1.3 磁电感应式传感器的测量电路 82

6.1.4 磁电感应式传感器的应用 83

6.2 霍尔传感器 84

6.2.1 霍尔效应 85

6.2.2 霍尔元件 86

6.2.3 霍尔元件的误差及补偿 87

6.2.4 霍尔元件的应用 88

6.2.5 集成霍尔传感器 90

6.3 磁敏元件 93

6.3.1 磁敏电阻器 93

6.3.2 磁敏晶体管 97

6.3.3 集成磁敏元件 99

思考题和习题 102

第7章 压电式传感器 103

7.1 压电效应 103

7.2 压电材料 104

7.2.1 石英晶体 104

7.2.2 压电陶瓷（多晶体） 106

7.2.3 聚偏氟乙烯压电材料 107

7.3 压电元件结构形式 108

7.4 等效电路与测量电路 108

7.4.1 压电传感器等效电路 108

7.4.2 压电传感器测量电路 109

7.5 压电传感器的应用 112

思考题和习题 113

第8章 光电效应及光敏器件 115

8.1 光电效应 115

8.1.1 外光电效应 115

8.1.2 内光电效应 116

8.2 光电器件 117

8.2.1 光电管 117

8.2.2 光电倍增管 118

8.2.3 光敏电阻 119

8.2.4 光敏二极管和光敏三极管 121

8.2.5 光电池 124

8.2.6 其他特性的光电器件 126

8.2.7 半导体色敏传感器 127

8.2.8 应用实例 129

8.3 光栅式传感器 132

8.3.1 光栅莫尔条纹 132

8.3.2 光栅测量装置 133

思考题和习题 136

第9章 新型光电传感器 138

9.1 新型固态光电传感器 138

9.1.1 普通光敏器件阵列 138

9.1.2 PSD光电位置传感器 141

9.1.3 SSPD自扫描光电二极管阵列 141

9.2 CCD电荷耦合器件 145

9.2.1 CCD工作原理及特性 145

9.2.2 CCD器件 148

9.2.3 CCD传感器的应用 152

9.3 光纤传感器 154

9.3.1 光纤的结构和传输原理 155

9.3.2 光纤的性能（几个重要参数） 155

9.3.3 光波调制技术 157

9.3.4 光纤传感器 160

思考题和习题 164

第10章 半导体式化学传感器 165

10.1 气敏传感器 165

10.1.1 电阻型半导体气敏传感器 166

10.1.2 非电阻型半导体气敏器件 169

10.1.3 气敏传感器的应用 171

10.2 湿敏传感器 173

10.2.1 湿度及表示方法 173

10.2.2 氯化锂湿敏电阻 175

10.2.3 半导体陶瓷湿敏电阻 175

10.2.4 湿度传感器的特性参数 176

10.2.5 湿度传感器的应用 177

10.3 离子敏传感器 178

10.3.1 离子场效应晶体管 179

10.3.2 离子敏传感器工作原理 179

10.3.3 离子敏传感器测量电路 180

10.3.4 离子敏传感器的应用 180

思考题和习题 181

第11章 波与射线式传感器 182

11.1 超声波传感器 182

11.1.1 超声波及其物理性质 182

11.1.2 超声波传感器的结构原理 183

11.1.3 超声波传感器的应用 185

11.2 红外传感器 190

11.2.1 红外辐射 190

11.2.2 红外探测器 191

11.2.3 红外传感器的应用 193

11.3 核辐射传感器 195

11.3.1 物理基础 195

11.3.2 射线式传感器 196

11.3.3 核辐射传感器的应用 200

思考题和习题 205

第12章 热电式传感器 207

12.1 温度传感器的分类及温标 207

12.1.1 分类方法 207

12.1.2 温度单位 208

12.2 热电偶 208

12.2.1 热电偶的工作原理和热电效应 209

12.2.2 热电偶的基本定律 211

12.2.3 热电偶的分类和结构 212

12.2.4 热电偶测量电路及应用 213

12.3 热电阻与热敏电阻 214

12.3.1 热电阻 214

12.3.2 热敏电阻 216

12.3.3 应用举例 217

12.4 集成温度传感器 217

12.4.1 集成温度传感器的测温原理 218

12.4.2 PTAT集成温度传感器的信号输出方式 218

12.5 基于1-WIRE总线的DS18B20型智能温度传感器 221

思考题和习题 223

第13章 传感器实验与综合练习 225

13.1 传感器实验 225

13.1.1 基本实验 225

13.1.2 设计型实验 239

13.1.3 综合性工程实验 243

13.2 综合练习 248

13.2.1 填空 248

13.2.2 选择填空 249

13.2.3 分析与计算 250

13.2.4 简述题 251

参考文献 252