传感器原理及应用PDF电子书下载

第1章 概述 1

1.1 传感器的作用和地位 1

1.1.1 什么是传感器 1

1.1.2 传感器的作用 2

1.2 传感器现状和发展趋势 3

1.2.1 传感器现状 3

1.2.2 传感器的发展 4

1.3 传感器的定义、组成、分类及图形符号 5

1.3.1 传感器定义 5

1.3.2 传感器组成 6

1.3.3 传感器分类 6

1.3.4 传感器图形符号与命名 7

思考题 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 线性度 10

2.1.2 迟滞特性 11

2.1.3 重复性 12

2.1.4 灵敏度 12

2.1.5 漂移和稳定性 13

2.1.6 分辨率和阈值 13

2.2 传感器的动态特性 14

2.2.1 传感器动态误差 14

2.2.2 传递函数 15

2.2.3 一阶传感器系统 17

2.2.4 二阶传感器系统 19

2.3 传感器的校准 21

思考题 22

第3章 电阻式传感器 23

3.1 金属丝电阻应变片 23

3.1.1 金属丝电阻应变片结构和种类 23

3.1.2 金属丝电阻应变片工作原理 24

3.1.3 金属丝电阻应变片的主要特性 25

3.2 电阻应变片测量电路 27

3.2.1 直流电桥 28

3.2.2 交流电桥 30

3.2.3 电阻应变仪原理 32

3.2.4 相敏检波电路 34

3.3 电阻式传感器的应用 35

3.3.1 测力与称重传感器 35

3.3.2 膜片式压力传感器 37

3.3.3 应变式加速度传感器 38

3.3.4 电子秤 39

3.4 半导体压阻式传感器 40

3.4.1 压阻效应 40

3.4.2 压阻式传感器 41

思考题 42

第4章 电容式传感器 44

4.1 电容式传感器概述 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 转换电路 50

4.4 应用举例 54

4.4.1 压差式电容压力传感器 55

4.4.2 电容测厚仪 56

4.4.3 电容传声器测声 56

4.5 电容式集成传感器 57

4.5.1 硅电容式集成传感器 57

4.5.2 新型电容式指纹传感器 59

思考题 62

第5章 电感式传感器 63

5.1 变磁阻式传感器（自感式） 63

5.1.1 工作原理 63

5.1.2 输出特性 64

5.1.3 差动变间隙式传感器结构原理 65

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） 68

5.2.1 螺线管式差动变压器工作原理 68

5.2.2 基本特性 69

5.2.3 零点残余电压 70

5.2.4 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 73

5.3.2 等效电路分析 73

5.3.3 涡流的分布和强度 74

5.3.4 测量电路 75

5.3.5 电涡流传感器的应用 77

思考题 79

第6章 磁电、磁敏式传感器 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 基本特性 81

6.1.3 测量电路 82

6.1.4 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 霍尔元件的应用 87

6.2.4 集成霍尔传感器 89

6.3 磁敏元件 91

6.3.1 磁敏电阻器 91

6.3.2 磁敏晶体管 95

思考题 98

第7章 压电元件与超声波传感器 99

7.1 压电效应 99

7.1.1 正压电效应 99

7.1.2 逆压电效应 99

7.2 压电材料 100

7.2.1 石英晶体 100

7.2.2 压电陶瓷 101

7.2.3 聚偏氟乙烯压电材料 103

7.3 测量电路 103

7.3.1 压电元件结构 103

7.3.2 压电传感器等效电路 104

7.3.3 压电传感器测量电路 105

7.4 压电传感器的应用 107

7.4.1 压电加速度计传感器 108

7.4.2 压电式玻璃破碎报警器 108

7.4.3 压电引信 108

7.5 超声波传感器 109

7.5.1 超声波及其物理性质 109

7.5.2 超声波传感器结构原理 111

7.5.3 超声波传感器的应用 112

思考题 118

第8章 光电效应及光电器件 119

8.1 光电效应 119

8.1.1 外光电效应 119

8.1.2 内光电效应 120

8.2 光电器件 121

8.2.1 光电管 121

8.2.2 光电倍增管 121

8.2.3 光敏电阻 123

8.2.4 光敏二极管和光敏三极管 125

8.2.5 光电池 128

8.2.6 其他特性的光电器件 130

8.2.7 半导体色敏传感器 131

8.3 光电器件应用实例 132

8.3.1 遥控器检测电路 132

8.3.2 光敏电阻脉搏测量计 132

8.3.3 光电鼠标 133

8.3.4 光电开关用于智能电动小车 134

8.3.5 红外报警器 135

8.4 光栅式传感器 136

8.4.1 莫尔条纹 136

8.4.2 光栅测量装置 138

思考题 140

第9章 新型光敏传感器 142

9.1 新型固态光敏传感器 142

9.1.1 普通光敏器件阵列 142

9.1.2 PSD光敏位置传感器 144

9.1.3 SSPD自扫描光敏二极管阵列 145

9.2 CCD 148

9.2.1 CCD工作原理及特性 148

9.2.2 CCD器件 151

9.2.3 CCD传感器的应用 155

9.3 光纤传感器 157

9.3.1 光纤的结构和传光原理 158

9.3.2 几个重要参数 158

9.3.3 光波调制技术 160

9.3.4 光纤传感器的应用 163

思考题 166

第10章 半导体式化学传感器 168

10.1 气敏传感器 168

10.1.1 电阻型半导体气敏传感器 169

10.1.2 非电阻型半导体气敏器件 172

10.1.3 气敏传感器的应用 173

10.2 湿敏传感器 176

10.2.1 湿度及其表示方法 176

10.2.2 氯化锂湿敏电阻 177

10.2.3 半导体陶瓷湿敏电阻 178

10.2.4 湿度传感器的特性参数 178

10.2.5 湿度传感器的应用 179

10.3 离子敏传感器 181

10.3.1 MOSFET场效应晶体管 181

10.3.2 离子敏传感器工作原理 182

10.3.3 离子敏传感器测量电路 182

10.3.4 离子敏传感器的应用 182

思考题 183

第11章 射线式传感器 184

11.1 核辐射物理基础 184

11.1.1 放射性同位素 185

11.1.2 核辐射与物质间的相互作用 185

11.2 射线式传感器 186

11.2.1 辐射源 187

11.2.2 核辐射探测器 187

11.3 射线式传感器的应用 192

11.3.1 测厚 192

11.3.2 物位测量 193

11.3.3 烟雾报警器（电离室） 193

11.3.4 探伤 194

11.3.5 X射线荧光分析仪 194

11.3.6 CT技术 195

11.3.7 核子秤 197

思考题 197

第12章 热电式传感器 198

12.1 温度传感器的分类及温标 198

12.1.1 温度传感器分类方法 198

12.1.2 温度单位 199

12.2 热电偶 199

12.2.1 工作原理和热电效应 199

12.2.2 热电偶基本定律 202

12.2.3 热电偶的分类和结构 203

12.2.4 热电偶测量电路及应用 204

12.3 热电阻与热敏电阻 205

12.3.1 热电阻 205

12.3.2 热敏电阻 206

12.3.3 应用举例 207

12.4 集成温度传感器 208

12.4.1 测温原理 208

12.4.2 PTAT信号输出方式 209

12.5 红外传感器 211

12.5.1 红外辐射 211

12.5.2 红外探测器 212

12.5.3 红外传感器的应用 214

思考题 217

第13章 生物传感器 219

13.1 概述 219

13.1.1 生物传感器的工作原理 219

13.1.2 生物传感器的分类 221

13.1.3 生物传感器的特点 221

13.2 酶传感器 222

13.2.1 酶的特性 222

13.2.2 酶传感器的结构及原理 222

13.2.3 酶的固化技术 224

13.2.4 酶传感器的应用 225

13.3 免疫传感器 226

13.3.1 免疫传感器的基本原理 226

13.3.2 抗体的固定 228

13.3.3 免疫传感器的应用 229

13.4 微生物传感器 229

13.4.1 微生物传感器的原理 230

13.4.2 微生物的固定化 231

13.4.3 微生物传感器的应用 231

13.5 其他常见生物传感器及应用 233

13.5.1 血糖测试仪 233

13.5.2 水源监测光纤阵列传感器 235

思考题 236

第14章 集成智能传感器 237

14.1 概述 237

14.1.1 基本特点 237

14.1.2 发展趋势 238

14.1.3 主要产品 240

14.2 单片智能温度传感器 240

14.2.1 基于1-Wire总线的DS18B20型智能温度传感器 240

14.2.2 基于SMBus的MAX6654型智能温度传感器 243

14.3 集成湿度传感器 244

14.3.1 HM1500/HM1520型电压输出式集成湿度传感器 245

14.3.2 SHT10型数字湿度／温度传感器 247

14.4 单片硅压力传感器 249

14.4.1 MPX2100/4100/5100/5700系列集成硅压力传感器 249

14.4.2 ST3000系列智能压力传感器 251

14.5 单片集成磁场传感器 253

14.5.1 HMC系列集成磁场传感器 253

14.5.2 AD22151型线性输出集成磁场传感器 256

思考题 258

第15章 无线传感器网络与物联网 259

15.1 物联网概述 259

15.1.1 物联网的体系结构 259

15.1.2 支持物联网发展的技术 261

15.2 无线传感器网络 261

15.2.1 智能传感器与无线传感器 262

15.2.2 无线传感网络的概念 263

15.2.3 无线传感网络技术 264

15.3 典型行业应用的物联网传感器 266

15.3.1 周界防护物联网传感器 266

15.3.2 智能家居物联网传感器 268

15.3.3 环境监测物联网传感器 269

15.3.4 PPT系列网络化智能压力传感器 269

思考题 273

第16章 实验指南与综合练习 274

16.1 传感器实验 274

16.1.1 基本实验 275

16.1.2 设计型实验 287

16.1.3 综合性工程实验 291

16.2 综合练习 299

16.2.1 填空 299

16.2.2 选择填空 300

16.2.3 分析与计算 301

16.2.4 简述题 303

参考文献 305