传感器原理及应用PDF电子书下载

第1章　传感器概述 1

1.1　传感器的定义与作用 1

1.1.1　传感器的定义 1

1.1.2　传感器的作用 2

1.2　传感器的组成与分类 3

1.2.1　传感器的组成 3

1.2.2　传感器的分类 4

1.3　传感器的发展趋势 6

1.3.1　新材料、新功能的开发 6

1.3.2　新工艺、新技术的应用 7

1.3.3　多功能、智能化传感器的研制 7

思考题与习题 8

第2章　传感器的基本特性 9

2.1　传感器的静态特性 9

2.1.1　传感器的静态数学模型 9

2.1.2　传感器的静态标定 11

2.1.3　传感器的静态性能指标 11

2.2　传感器的动态特性 18

2.2.1　传感器的动态数学模型 18

2.2.2　传感器动态特性参数的测定 32

2.2.3　传感器的不失真条件 36

思考题与习题 37

第3章　电阻式传感器 40

3.1　应变式传感器 40

3.1.1　电阻应变效应 40

3.1.2　金属电阻应变片 41

3.1.3　应变片的动态特性 45

3.1.4　应变片的温度误差及其补偿 47

3.1.5　测量电桥 49

3.1.6　应变式传感器的应用 52

3.2　压阻式传感器 57

3.2.1　压阻效应 57

3.2.2　温度误差及其补偿 58

3.2.3　压阻式传感器的应用 58

3.3　电位器式传感器 60

3.3.1　电位器的结构类型 60

3.3.2　电位器的负载效应 60

3.3.3　电位器式传感器的应用 61

思考题与习题 62

第4章 电容式传感器 65

4.1　工作原理及结构类型 65

4.1.1　工作原理 65

4.1.2　结构类型 65

4.2　信号调理电路 70

4.2.1　运算放大器电路 71

4.2.2　电桥电路 71

4.2.3　调频电路 72

4.2.4　双T形电路 73

4.2.5　脉冲调宽电路 74

4.3　电容式传感器的应用 75

4.3.1　电容式压差传感器 75

4.3.2　电容式加速度传感器 76

4.3.3　电容式应变传感器 76

4.3.4　电容式荷重传感器 76

4.3.5　电容式厚度传感器 77

4.3.6　电容式位移传感器 77

4.4　容栅式传感器 78

4.4.1　工作原理 78

4.4.2　结构类型 79

4.4.3　信号调理电路 80

4.5　电容式集成传感器 81

4.5.1　结构类型与工作原理 82

4.5.2　信号调理电路 82

4.5.3　特点与应用 83

思考题与习题 84

第5章 电感式传感器 86

5.1　自感式传感器 86

5.1.1　工作原理 86

5.1.2　结构类型 87

5.1.3　信号调理电路 90

5.1.4　自感式传感器的应用 92

5.2　差动变压器式传感器 93

5.2.1　工作原理 93

5.2.2　信号调理电路 94

5.2.3　零点残余电压 96

5.2.4　差动变压器式传感器的应用 97

5.3　电涡流式传感器 98

5.3.1　电涡流效应 99

5.3.2　信号调理电路 100

5.3.3　电涡流式传感器的应用 101

5.4　感应同步器 104

5.4.1　结构类型与工作原理 104

5.4.2　信号调理电路 106

5.4.3　感应同步器的应用 107

思考题与习题 108

第6章　压电式传感器 110

6.1　工作原理 110

6.1.1　压电效应 110

6.1.2　压电常数 112

6.2　压电材料 113

6.2.1　压电晶体 113

6.2.2　压电陶瓷 114

6.2.3　新型压电材料 114

6.3　等效电路与信号调理电路 115

6.3.1　等效电路 115

6.3.2　信号调理电路 116

6.4　压电式传感器的应用 119

6.4.1　压电式力传感器 119

6.4.2　压电式加速度传感器 119

6.4.3　压电式超声波传感器 123

6.5　声表面波（SAW）传感器 124

6.5.1　SAW传感器的结构类型与工作原理 125

6.5.2　SAW传感器的应用 126

思考题与习题 127

第7章　磁电式传感器 129

7.1　磁电感应式传感器 129

7.1.1　工作原理及结构类型 129

7.1.2　动态特性 131

7.1.3　误差及其补偿 132

7.1.4　信号调理电路 133

7.1.5　磁电感应式传感器的应用 134

7.2　霍尔式传感器 135

7.2.1　霍尔效应与霍尔元件 135

7.2.2　信号调理电路 137

7.2.3　误差及其补偿 138

7.2.4　霍尔式传感器的应用 140

7.3　磁栅式传感器 142

7.3.1　磁栅与磁头 143

7.3.2　信号调理电路 145

7.3.3　磁栅式传感器的应用 149

7.4　磁敏传感器 149

7.4.1　磁敏电阻 149

7.4.2　磁敏二极管和磁敏三极管 151

7.4.3　磁敏传感器的应用 152

思考题与习题 154

第8章　热电式传感器 155

8.1　热电偶传感器 155

8.1.1　热电效应 155

8.1.2　热电偶的基本定律 157

8.1.3　热电偶的冷端补偿 158

8.1.4　常用热电偶 159

8.1.5　热电偶传感器的应用 161

8.2　热电阻传感器 162

8.2.1　金属热电阻 162

8.2.2　热敏电阻 164

8.2.3　热电阻传感器的应用 166

8.3　PN结温度传感器 168

8.3.1　二极管温度传感器 168

8.3.2　晶体管温度传感器 168

8.3.3　PN结温度传感器的应用 169

8.4　集成温度传感器 170

8.4.1　电压输出型 170

8.4.2　电流输出型 171

8.4.3　数字输出型 171

8.4.4　集成温度传感器的应用 174

思考题与习题 175

第9章　光电式传感器 176

9.1　光电器件 176

9.1.1　光电管和光电倍增管 176

9.1.2　光敏电阻 179

9.1.3　光敏二极管、光敏三极管和光电池 179

9.1.4　光电器件的应用 180

9.2　光纤传感器 184

9.2.1　光纤的结构与种类 184

9.2.2　光纤的传光原理 185

9.2.3　光纤传感器的应用 186

9.3　光栅传感器 188

9.3.1　光栅的结构与种类 188

9.3.2　光栅的工作原理 189

9.3.3　辨向原理与细分技术 190

9.3.4　光栅传感器的应用 192

9.4　电荷耦合器件（CCD） 193

9.4.1　CCD的结构与工作原理 193

9.4.2　线阵CCD 194

9.4.3　面阵CCD 195

9.4.4　CCD的应用 196

9.5　位置敏感器件（PSD） 196

9.5.1　PSD的结构与工作原理 197

9.5.2　PSD的特性 198

9.5.3　PSD的应用 199

思考题与习题 200

第10章　生物传感器 202

10.1　生物传感器的原理与分类 202

10.1.1　生物传感器的原理 202

10.1.2　生物传感器的分类 203

10.2　酶传感器 203

10.2.1　酶反应 203

10.2.2　酶电极传感器 204

10.2.3　场效应管酶传感器 206

10.2.4　光纤酶传感器 207

10.3　免疫传感器 208

10.3.1　免疫反应 208

10.3.2　电化学免疫传感器 209

10.3.3　光学免疫传感器 210

10.3.4　压电晶体免疫传感器 211

10.4　基因传感器 211

10.4.1　基因传感器的结构与类型 211

10.4.2　电化学DNA传感器 212

10.4.3　光学DNA传感器 213

10.4.4　压电晶体DNA传感器 214

思考题与习题 216

第11章　化学传感器 217

11.1　气敏传感器 217

11.1.1　电阻型气敏器件 218

11.1.2　非电阻型气敏器件 221

11.1.3　气敏传感器的应用 224

11.2　湿敏传感器 226

11.2.1　绝对湿度与相对湿度 226

11.2.2　氯化锂湿敏电阻 227

11.2.3　半导体陶瓷湿敏电阻 228

11.2.4　湿敏传感器的应用 230

11.3　离子敏传感器 233

11.3.1　MOS场效应管 233

11.3.2　离子敏场效应管 234

11.3.3　离子敏传感器的应用 235

思考题与习题 236

第12章　智能传感器 237

12.1　智能传感器的组成与功能 237

12.1.1　智能传感器的组成 237

12.1.2　智能传感器的功能 238

12.2　智能传感器的硬件结构 238

12.2.1　基本传感器 239

12.2.2　模拟信号调理电路 240

12.2.3　微处理器的接口技术 242

12.3　智能传感器的软件设计 247

12.3.1　标度变换 248

12.3.2　非线性校正 249

12.3.3　零位误差和增益误差校正 251

12.3.4　温度误差补偿 251

12.3.5　数字滤波技术 252

12.4　智能传感器的应用 253

12.4.1　集成智能传感器 254

12.4.2　智能温度传感器 254

12.4.3　智能湿度传感器 255

12.4.4　智能压力传感器 256

12.4.5　智能差压传感器 257

12.4.6　智能超声波传感器 257

思考题与习题 258

第13章　机器人传感技术 259

13.1　机器人触觉传感技术 259

13.1.1　触觉传感器 259

13.1.2　仿生皮肤 263

13.2　机器人接近觉传感技术 264

13.2.1　接近觉传感器 264

13.2.2　接近觉传感器的应用 268

13.3　机器人视觉传感技术 269

13.3.1　视觉传感系统 269

13.3.2　图像处理技术 271

13.3.3　视觉传感系统的应用 273

13.4　机器人嗅觉传感技术 274

13.4.1　气敏传感器 275

13.4.2　电子鼻 275

13.5　机器人味觉传感技术 276

13.5.1　味觉传感器 277

13.5.2　味觉传感器的模式识别 278

13.6　机器人听觉传感技术 278

13.6.1　听觉传感器 278

13.6.2　语音识别技术 279

思考题与习题 280

第14章　传感器应用技术 281

14.1　传感器的选择 281

14.1.1　选择传感器时应考虑的因素 281

14.1.2　选择传感器的一般步骤 281

14.2　供电电源 282

14.2.1　电池 282

14.2.2　稳压电源 282

14.3　抗干扰技术 283

14.3.1　电磁干扰 283

14.3.2　屏蔽、接地、隔离、布线与灭弧技术 284

14.3.3　电源干扰抑制技术 288

思考题与习题 290

参考文献 291