传感技术与应用PDF电子书下载

绪论 1

0.1 传感技术的地位 1

0.2 传感技术的作用 2

0.3 传感技术的特点 3

0.4 传感技术的发展趋势 4

第1章 传感技术的基本概念与特性 6

1.1 传感技术的定义 6

1.2 传感器的组成 7

1.3 传感器的分类与要求 7

1.4 传感技术的基本定律 9

1.5 新型敏感材料 10

1.6 传感器的静态特性 11

1.7 传感器无失真测试条件 14

复习思考题 15

第2章 电阻传感器 16

2.1 电位器式传感器 16

2.1.1 线绕电位器的结构和工作原理 16

2.1.2 非线绕电位器式传感器 17

2.2 金属应变式传感器 19

2.2.1 应变效应 19

2.2.2 金属电阻应变片的结构与工作原理 19

2.2.3 金属电阻应变片的静态特性 22

2.2.4 金属电阻应变片的测量电路 23

2.2.5 金属电阻应变片的温度误差及其补偿 29

2.3 压阻式传感器 33

2.3.1 压阻效应 33

2.3.2 半导体应变片的工作原理 33

2.3.3 半导体应变片的主要特性 34

2.3.4 半导体应变片的温度补偿方法 36

2.4 电阻式传感器的应用 37

2.4.1 电阻应变仪 37

2.4.2 电位器式压力传感器 37

2.4.3 金属电阻应变式传感器 38

复习思考题 42

第3章 电容传感器 43

3.1 电容传感器的工作原理、类型和特点 43

3.1.1 电容传感器的工作原理和特点 43

3.1.2 变极距型电容传感器 44

3.1.3 变面积型电容传感器 47

3.1.4 变介质型电容传感器 49

3.2 电容传感器的等效电路 53

3.3 电容传感器的测量电路 54

3.3.1 调频电路 54

3.3.2 谐振电路 55

3.3.3 脉冲电路 55

3.3.4 运算放大器电路 56

3.3.5 一般交流电桥电路 56

3.3.6 紧耦合电桥电路 57

3.3.7 变压器电桥电路 58

3.3.8 二极管双T交流电桥电路 59

3.3.9 脉冲调宽电路 60

3.4 引起电容传感器测量误差的因素及改进措施 62

3.4.1 温度对电容器结构尺寸的影响 62

3.4.2 电容电场边缘效应的影响 63

3.4.3 寄生电容与分布电容的影响 64

3.4.4 外界干扰的影响 65

3.4.5 温度对介质的介电常数的影响 66

3.4.6 漏电阻的影响 66

3.5 电容传感器的应用 66

3.5.1 电容法测泥料水分 66

3.5.2 电容测厚传感器在板材轧制中的应用 67

3.5.3 电容式液位计 68

3.5.4 电容式料位计 69

3.5.5 电容式压力传感器 70

3.5.6 电容式振动、位移测量仪 71

3.5.7 电容式荷重传感器 71

复习思考题 72

第4章 电感传感器 73

4.1 自感式传感器 73

4.1.1 自感式传感器的结构与工作原理 73

4.1.2 电感传感器的等效电路及并联电容C的影响 74

4.1.3 变气隙厚度式自感传感器 75

4.1.4 差动式变气隙厚度自感传感器 76

4.1.5 变气隙面积式自感传感器 77

4.1.6 自感式传感器的测量电路 78

4.1.7 影响自感传感器精度的因素及改进措施 81

4.2 互感式传感器 83

4.2.1 互感式传感器的结构与工作原理 83

4.2.2 互感式传感器等效电路 84

4.2.3 互感式传感器测量电路 87

4.3 电涡流式传感器 89

4.3.1 电涡流传感器的基本结构与工作原理 90

4.3.2 电涡流的形成范围 90

4.3.3 电涡流传感器的等效电路与阻抗特性 91

4.3.4 电涡流传感器的测量电路 93

4.3.5 低频透射式电涡流传感器 95

4.4 压磁式传感器 96

4.4.1 压磁效应 96

4.4.2 压磁传感器的工作原理 96

4.4.3 压磁式测力传感器的结构 97

4.4.4 压磁传感器的特性 98

4.4.5 压磁传感器的测量电路 99

4.5 电感式传感器的应用 100

4.5.1 自感式传感器的应用 100

4.5.2 差动变压器的应用 100

4.5.3 电涡流传感器的应用 102

4.5.4 压磁传感器的应用 105

复习思考题 106

第5章 压电传感器 107

5.1 压电效应与压电材料 107

5.1.1 压电效应 107

5.1.2 压电材料 108

5.1.3 石英晶体的压电特性 110

5.1.4 压电陶瓷的压电特性 112

5.2 压电传感器的等效电路和测量电路 113

5.2.1 压电晶片的连接方式 113

5.2.2 压电传感器的等效电路 114

5.2.3 压电传感器的测量电路 115

5.3 压电传感器的应用 118

5.3.1 压电式测力传感器 118

5.3.2 测表面粗糙度 119

5.3.3 压电引爆 119

5.3.4 煤气灶电子点火装置 120

复习思考题 120

第6章 磁电传感器 121

6.1 磁电感应式传感器 121

6.1.1 磁电感应式传感器的工作原理 121

6.1.2 磁电感应式传感器的结构及要求 122

6.2 霍尔传感器 123

6.2.1 霍尔效应和工作原理 123

6.2.2 霍尔元件的主要技术参数及类型 125

6.2.3 霍尔元件的连接方式和输出电路 127

6.3 磁敏电阻器 128

6.3.1 磁阻效应 128

6.3.2 磁敏电阻器的分类、结构及工作原理 128

6.4 磁敏二极管和磁敏三极管 130

6.4.1 磁敏二极管 130

6.4.2 磁敏三极管 132

6.5 磁电传感器的应用 134

6.5.1 霍尔传感器的应用 134

6.5.2 磁敏电阻的应用 138

6.5.3 磁敏二极管漏磁探伤仪 139

6.5.4 磁敏三极管电位器 139

复习思考题 140

第7章 热电传感器 141

7.1 热电偶传感器 141

7.1.1 热电效应 141

7.1.2 热电偶的工作原理 143

7.1.3 热电势性质与热电偶的基本定律 145

7.1.4 热电偶的结构、种类和特点 147

7.1.5 热电偶测温原理 151

7.1.6 热电偶实用测量电路 151

7.1.7 热电偶冷端温度误差及其补偿 154

7.2 热电阻传感器 157

7.2.1 热电阻材料的特点 157

7.2.2 电阻与温度的关系 157

7.2.3 常用热电阻 158

7.2.4 热电阻的测温电路 160

7.2.5 使用热电阻时应注意的事项 161

7.3 热敏电阻传感器 161

7.3.1 热敏电阻的工作原理 161

7.3.2 热敏电阻的结构形式与基本类型 162

7.3.3 热敏电阻的主要参数与特性 164

7.3.4 热敏电阻输出特性的线性化处理 166

7.4 PN结温度传感器 168

7.4.1 温敏二极管 168

7.4.2 温敏三极管 170

7.4.3 温控晶闸管 171

7.5 热释电红外传感器 171

7.5.1 热释电效应 172

7.5.2 热释电红外传感器结构与技术参数 172

7.5.3 热释电红外探测模块 174

7.6 热电传感器的应用 175

复习思考题 178

第8章 光电传感器 179

8.1 光源 179

8.1.1 光的特性 179

8.1.2 常用光源及特性 180

8.2 光电效应 183

8.3 外光电效应及器件 183

8.3.1 外光电效应 183

8.3.2 光电管 185

8.3.3 光电倍增管 186

8.4 光电导效应及器件 188

8.4.1 光电导效应 188

8.4.2 光敏电阻 189

8.4.3 光敏二极管 192

8.4.4 光敏三极管 193

8.4.5 光敏晶闸管 195

8.4.6 光敏集成器件 196

8.5 光生伏特效应及器件 196

8.5.1 光生伏特效应 196

8.5.2 光电池 197

8.6 新型光电传感器 200

8.6.1 PIN结光电二极管 200

8.6.2 雪崩式光电二极管（APD） 200

8.6.3 色敏光电传感器 201

8.6.4 光电位置传感器 202

8.7 光图像传感器 205

8.7.1 电荷耦合器件（CCD） 205

8.7.2 CCD图像传感器 207

8.8 光电码盘 208

8.9 光电传感器的应用 210

8.9.1 光电传感器应用的几种基本形式 210

8.9.2 烟尘浊度监测仪 211

8.9.3 光电转速传感器 212

8.9.4 光电池在路灯控制器中的应用 213

8.9.5 光电传感器在输液监测中的应用 213

8.9.6 声控光敏延时开关电路 215

8.9.7 条形码扫描笔 215

复习思考题 216

第9章 化学传感器 217

9.1 离子敏传感器 217

9.1.1 MOSFET场效应管的结构与特性 217

9.1.2 离子敏传感器的结构与工作原理 218

9.1.3 ISFET的特点和参数 220

9.1.4 ISFET的应用 222

9.2 半导体气敏传感器 222

9.2.1 半导体气敏传感器的分类 222

9.2.2 半导体气敏传感器的工作原理 223

9.2.3 半导体气敏传感器的结构及特性 224

9.2.4 接触燃烧式气敏传感器 227

9.2.5 电化学式气敏传感器 227

9.2.6 红外线气敏传感器 228

9.2.7 固体电解质氧气传感器 229

9.2.8 电阻式气敏传感器 229

9.2.9 氢敏MOS场效应管 230

9.2.10 气敏二极管 233

9.2.11 气敏传感器的应用 233

9.3 湿敏传感器 236

9.3.1 湿度与湿敏传感器的分类 236

9.3.2 水分子亲和力型湿敏传感器 237

9.3.3 非水分子亲和力型湿敏传感器 245

9.3.4 湿敏传感器的应用 247

9.4 电化学传感器 251

复习思考题 252

第10章 光纤传感器 253

10.1 光纤的基本知识 253

10.1.1 什么是光纤 253

10.1.2 光纤的结构 253

10.1.3 光纤的种类 254

10.1.4 光纤的传光原理 255

10.1.5 光纤的主要参数 257

10.2 光纤传感器的基本原理、分类及结构 259

10.2.1 光纤传感器的基本原理 259

10.2.2 光纤传感器分类 259

10.2.3 光纤传感器的特点 263

10.2.4 光纤传感器的结构 264

10.3 光纤传感器的应用 266

10.3.1 光纤传感器的应用特点 266

10.3.2 光纤传感器的构成、工作原理与检测方法 267

10.4 功能型光纤传感器举例 268

10.4.1 相位调制型光纤传感器 268

10.4.2 光强调制型光纤传感器 269

10.4.3 偏振态调制型光纤传感器 270

10.4.4 光纤磁场传感器 271

10.5 非功能型光纤传感器 272

10.5.1 传输光强调制型光纤传感器 272

10.5.2 反射光强调制型光纤传感器 273

10.5.3 频率调制型光纤传感器 274

10.5.4 光纤液位传感器 275

10.5.5 光纤位移传感器 276

10.5.6 光纤温度传感器 276

复习思考题 277

第11章 辐射传感器 278

11.1 红外线光电传感器 278

11.1.1 红外光的特点 278

11.1.2 光电红外传感器 278

11.1.3 红外检测的物理基础 279

11.1.4 红外辐射检测技术的应用 280

11.2 紫外线光电传感器 283

11.3 激光传感器 284

11.3.1 激光的形成 284

11.3.2 激光的特性 285

11.3.3 常用激光器及其特点 285

11.3.4 激光检测技术的应用 285

11.4 超声波传感器 287

11.4.1 超声波的传播速度 287

11.4.2 超声波的物理性质 289

11.4.3 超声波传感器 290

11.4.4 超声波检测技术的应用 291

11.5 微波传感器 299

11.5.1 微波的基础知识 299

11.5.2 微波传感器 299

11.5.3 微波传感器的应用 300

11.6 核辐射传感器 303

11.6.1 核辐射传感器的物理基础 304

11.6.2 核辐射传感器 306

11.6.3 核辐射传感器的应用 308

复习思考题 309

附录 310

附表7-1 铂铑10-铂热电偶的分度表 310

附表7-2 镍铬-镍硅（镍铬-镍铝）热电偶分度表 314

附表7-3 WZB铂热电阻分度特性表 318

附表7-4 铜热电阻分度特性表 320

参考文献 321