传感器原理及其应用PDF电子书下载

第一章　传感器的一般特性 1

1.1　传感器的定义和组成 1

1.1.1 传感器的定义和重要性 1

1.1.2　传感器的组成 1

1.2　传感器的静态特性 2

1.3　传感器的准确度 11

1.4　力学量传感器的种类及其性能 12

第二章　磁传感器概述 14

2.1　磁传感器的定义和分类 14

2.2　磁传感器的发展动向及展望 16

第三章　霍尔元件 19

3.1　霍尔效应 19

3.2　霍尔元件及其效率 21

3.3　霍尔元件的设计 24

3.3.1 几何尺寸对霍尔输出电压的影响 24

3.3.2 霍尔电压电极宽度对霍尔输出电压的影响 27

3.3.3 霍尔元件的不等位电势及其影响因素 28

3.4　霍尔元件的电磁特性 28

3.4.1　VH-B关系 29

3.4.2 VH-I关系 29

3.4.3　R-B关系 30

3.5　霍尔元件的温度特性 30

3.5.1 一般分析 30

3.5.2　温度补偿 32

3.5.3 最大允许控制电流 34

3.6　霍尔元件的频率特性 35

3.7　霍尔元件参数的测试方法 36

3.7.1 常用参数 36

3.7.2　测试方法 37

3.8　霍尔元件的应用 39

3.8.1　磁钢 39

3.8.2　无刷直流电机 41

参考文献 43

第四章　磁敏电阻 44

4.1　半导体磁阻效应 44

4.1.1　物理磁阻效应 44

4.1.2　几何磁阻效应 45

4.1.3　磁阻比特性 46

4.2　半导体磁敏电阻 47

4.2.1　磁敏电阻的材料 47

4.2.2 圆板型磁敏电阻 48

4.2.3　栅格状磁敏电阻 48

4.2.4　InSb-NiSb共晶磁敏电阻 50

4.3　特性及其补偿 52

4.3.1　磁敏电阻的特性参数 52

4.3.2　磁阻比特性 52

4.3.3 温度特性 53

4.4　强磁性金属磁敏电阻的工作原理 54

4.4.1 强磁性金属的磁阻效应 54

4.4.2　强磁性金属磁敏电阻的工作原理 55

4.4.3　磁场强度——输出电压特性 57

4.5　强磁性金属磁敏电阻及其特性 57

4.5.1　元件的构成 57

4.5.2　强磁性金属磁敏电阻的工作特性 59

第五章　磁敏二极管 62

5.1　磁敏二极管工作原理 62

5.2　磁敏二极管的设计原则 67

5.2.1　材料选择 67

5.2.2　尺寸选择 67

5.3　磁敏二极管的制备工艺 69

5.3.1　锗磁敏二极管的制备工艺 69

5.3.2　硅磁敏二极管制备工艺 70

5.4　磁敏二极管特性与测试方法 71

5.4.1　磁灵敏度及其测试方法 71

5.4.2　输出电压随磁场变化的特性 73

5.4.3 温度特性 74

5.4.4　频率特性 75

5.4.5　噪声 76

5.5　温度补偿方法 76

参考文献 81

第六章　磁敏三极管 82

6.1　磁敏三极管的工作原理 82

6.2　磁敏三极管的设计原则 86

6.3　磁敏三极管的制备工艺 87

6.3.1　锗磁敏三极管的制备工艺 87

6.3.2　硅磁敏三极管3CCM的制备工艺 88

6.3.3 采用MEMS技术制造硅磁敏三极管 88

6.4　磁敏三极管的特性与测试方法 92

6.4.1　磁灵敏度 92

6.4.2　温度特性 94

6.4.3　频率特性 96

6.5　磁敏三极管的温度补偿方法 97

6.5.1 差分补偿方法 97

6.5.2　用三极管做温度补偿的方法 97

6.5.3 在无触点开关方面的应用 98

参考文献 99

第七章　其他磁传感器 100

7.1　韦根德元件 100

7.1.1 韦根德效应和韦根德元件 100

7.1.2 韦根德元件应用举例 101

7.2　约瑟夫逊效应 103

7.2.1 直流的约瑟夫逊效应 105

7.2.2　磁场对直流约瑟夫逊效应的影响 105

第八章　压电效应与压阻效应 107

8.1　压电效应 107

8.1.1　应力的概念 107

8.1.2　应变的概念 107

8.1.3 正应力与正应变的概念 107

8.1.4　切应力与切应变的概念 109

8.1.5　应力张量和应变张量的概念 109

8.1.6　应变分量与位移分量之间的关系 110

8.1.7 石英晶体的介电性质 111

8.1.8 石英晶体的压电效应 115

8.2　压阻效应 119

8.2.1 压阻系数 120

8.2.2　液体静压强作用下的效应 122

8.2.3 单轴拉伸或压缩下的压阻效应 124

8.2.4　压阻效应的应用 126

8.2.5 影响压阻系数大小的因素 129

第九章　弹性元件的力学分析 130

9.1　梁式弹性元件分析 130

9.1.1 梁式弹性元件正应力 130

9.1.2 弯矩和剪力 132

9.2　对称载荷下的圆板弯曲 132

9.3　圆板应力和位移的确定 136

9.4　矩形板的弯曲 139

9.5　硅弹性膜片形状的选择 140

第十章　压电式传感器 142

10.1　压电式加速度传感器 142

10.1.1 工作原理 142

10.1.2　灵敏度 142

10.1.3　频响特性 144

10.1.4　结构特点 148

10.1.5 应用 150

10.2　压电式力传感器和压力传感器 150

10.2.1 压电式力传感器 150

10.2.2　压电式压力传感器 151

10.3　压电式传感器的误差 154

10.3.1 环境温度的影响 154

10.3.2　环境湿度的影响 156

10.3.3　横向灵敏度 156

10.3.4 电缆噪声 157

10.3.5　接地回路噪声 158

第十一章　压阻式传感器 159

11.1　压阻式压力传感器 159

11.1.1　压阻系数 159

11.1.2　压阻式压力传感器原理 160

11.2　压阻式加速度传感器 165

11.3　压阻式传感器的输出 166

11.3.1 恒压源供电 166

11.3.2　恒流源供电 167

11.4　扩散电阻的阻值与几何尺寸的确定 167

11.5　温度漂移的补偿 169

11.5.1 传感器零位温漂的补偿 170

11.5.2　传感器灵敏度温漂的补偿 171

11.5.3 最佳灵敏度温度补偿原理分析 172

11.5.4　非对称基区梳状晶体管的结构设计 174

第十二章　电容式传感器 179

12.1　工作原理及结构型式 179

12.2　主要特性 180

12.2.1 特性曲线、灵敏度、非线性 180

12.2.2　等效电路 184

12.2.3 高阻抗、小功率特性 184

12.2.4　静电引力 185

12.3 电容式压力传感器性能指标简介 187

12.4　电容式加速度传感器性能指标简介 189

12.5　温度误差分析 190

12.5.1 温度变化对结构尺寸的影响 190

12.5.2　温度变化对介质介电常数的影响 191

12.6　绝缘和屏蔽问题 192

12.6.1 绝缘问题 192

12.6.2　屏蔽问题 193

第十三章　硅各向异性腐蚀技术 195

13.1　硅各向异性腐蚀技术简介 195

13.2　硅各向异性腐蚀技术工艺规范 196

13.3　EPW各向异性腐蚀工艺 199

13.3.1 EPW腐蚀液 199

13.3.2　最佳浓度的确定 200

13.3.3 实验与工艺流程 203

13.4　KOH各向异性腐蚀工艺 203

13.4.1 腐蚀设备 204

13.4.2 氢氧化钾溶液的实验结果 204

13.5　实验结果的理论解释 206

附录Ⅰ　压阻系数 211

附录Ⅱ 应力与应变的关系-弹性定律 216

附录Ⅲ 223

附录Ⅳ 国际单位制主要单位及换算表 224

附录Ⅴ　主要压力单位换算表 227

参考文献 228

第十四章　温（热）敏元器件 231

14.1　温（热）敏元器件概述 231

14.2　热敏瓷和热敏电阻的分类 234

14.3　负温度系数热半导瓷电阻 235

14.3.1　NTC热敏陶瓷的发展 235

14.3.2 NTC热敏电阻的阻温特性和导电机理 236

14.3.3 NTC热敏半导体陶瓷 237

14.3.4 NTC热敏陶瓷的制造工艺 244

14.3.5　NTC热敏电阻的应用 245

14.4　正温度系数热敏半导瓷电阻 246

14.4.1 钛酸钡热敏电阻和阻温特性 246

14.4.2　BaTiO3PTC热敏电阻材料 248

14.4.3 BaTiO3热敏电阻的应用 251

14.5　温敏二极管及其应用 253

14.5.1　工作原理 253

14.5.2　基本特性 254

参考文献 259

第十五章　温敏晶体管与温敏集成电路及其应用 260

15.1　工作原理和基本电路 260

15.1.1 基极-发射极电压的温度特性 260

15.1.2　基本电路 261

15.2　典型应用 262

15.3　集成电路温度传感器 264

15.3.1　PTAT核心电路 265

15.3.2 电流输出型温度传感器 267

参考文献 271