传感器原理 设计及应用 4版PDF电子书下载

第一章 传感器概论 1

1.1传感器的组成与分类 1

1.1.1传感器的定义 1

1.1.2传感器的组成 1

1.1.3传感器的分类 1

1.2传感器在科技发展中的重要性 2

1.2.1传感器的作用与地位 2

1.2.2传感器技术是信息技术的基础与支柱 2

1.2.3科学技术的发展与传感器技术的密切关系 3

1.3传感器技术的发展动向 3

1.4机电模拟及双向传感器的统一理论 4

1.4.1变量的分类 5

1.4.2机电模拟 5

1.4.3双向传感器的统一理论 8

第二章 传感器的一般特性分析与标定 19

2.1传感器的静态特性 19

2.1.1线性度 19

2.1.2灵敏度 21

2.1.3迟滞（迟环） 21

2.1.4重复性 22

2.2传感器的动态特性 22

2.2.1动态参数测试的特殊问题 22

2.2.2研究传感器动态特性的方法及其指标 23

2.2.3传感器的数学模型 24

2.2.4传递函数 25

2.2.5频率响应函数 26

2.2.6脉冲响应函数 26

2.3传感器动态特性分析 27

2.3.1传感器的频率响应 27

2.3.2传感器的瞬态响应 31

2.4传感器的无失真测试条件 33

2.5传感器的标定 34

2.5.1传感器的静态特性标定 34

2.5.2传感器的动态特性标定 35

2.5.3振动传感器的标定 37

2.5.4压力传感器的标定 38

第三章 传感器中的弹性敏感元件 46

3.1引言 46

3.2弹性敏感元件的基本特性 46

3.2.1弹性特性 46

3.2.2弹性滞后 47

3.2.3弹性后效 47

3.2.4固有振动频率 48

3.3弹性敏感元件的材料 48

3.4弹性敏感元件的特性参数计算 49

3.4.1弹性圆柱（实心或空心） 49

3.4.2悬臂梁 50

3.4.3扭转棒 52

3.4.4圆形膜片和膜盒 53

3.4.5弹簧管 54

3.4.6 波纹管 56

3.4.7薄壁圆筒 57

第四章 电阻应变式传感器 59

4.1电阻应变式传感器的工作原理 59

4.2电阻应变片的工作原理 59

4.2.1金属的应变效应 59

4.2.2电阻应变片的结构和工作原理 59

4.2.3电阻应变片的横向效应 62

4.3电阻应变片的种类、材料和参数 63

4.3.1电阻应变片的种类 63

4.3.2电阻应变片的材料 65

4.3.3应变片的主要参数 66

4.4电阻应变片的动态响应特性 67

4.4.1应变波的传播过程 68

4.4.2应变计的可测频率的估算 68

4.5粘合剂和应变片的粘贴技术 70

4.5.1粘合剂 70

4.5.2应变计粘贴工艺 71

4.6电阻应变式传感器的温度误差及其补偿 73

4.6.1温度误差及其产生原因 73

4.6.2温度补偿方法 74

4.7电阻应变式传感器的信号调节电路及电阻应变仪 75

4.7.1测量电桥的工作原理 75

4.7.2电阻应变仪 79

4.8电阻应变式传感器 80

4.8.1电阻应变式力传感器 81

4.8.2应变式压力传感器 87

4.8.3应变式加速度传感器 89

第五章 电容式传感器 90

5.1电容式传感器的工作原理及结构形式 90

5.1.1变间隙的电容式传感器 91

5.1.2变面积的电容式传感器 95

5.1.3变介电常数的电容式传感器 95

5.2电容式传感器的等效电路 96

5.3电容式传感器的信号调节电路 98

5.3.1运算放大器式电路 98

5.3.2电桥电路 98

5.3.3调频电路 99

5.3.4谐振电路 100

5.3.5二极管T型网络 100

5.3.6脉冲宽度调制电路 101

5.4影响电容传感器精度的因素及提高精度的措施 103

5.4.1温度对结构尺寸的影响 103

5.4.2温度对介质介电常数的影响 103

5.4.3漏电阻的影响 103

5.4.4边缘效应与寄生参量的影响 103

5.4.5增加原始电容值，减少寄生电容和漏电的影响 104

5.5电容传感器的应用 104

5.5.1膜片电极式压力传感器 105

5.5.2电容式加速度传感器 106

5.5.3电容式应变计 107

5.5.4荷重传感器 107

5.5.5振动、位移测量仪 107

5.5.6电容测厚仪 108

第六章 电感式传感器 109

6.1变磁阻式传感器 109

6.1.1工作原理 109

6.1.2等效电路 110

6.1.3输出特性分析 113

6.1.4传感器的信号调节电路 115

6.1.5影响传感器精度的因素分析 116

6.1.6电感式传感器的应用 117

6.2差动变压器 117

6.2.1螺管形差动变压器 118

6.2.2差动变压的信号调节电路 123

6.2.3差动变压器的应用 126

6.3涡流式传感器 126

6.3.1高频反射式涡流传感器 126

6.3.2低频透射式涡流传感器 129

6.3.3涡流式传感器的应用 130

第七章 压电式传感器 132

7.1压电式传感器的工作原理 132

7.1.1压电效应 132

7.1.2压电常数和表面电荷的计算 134

7.2压电材料 136

7.2.1压电晶体 136

7.2.2压电陶瓷 136

7.3压电式传感器的等效电路 139

7.4压电式传感器的信号调节电路 140

7.4.1电压放大器（阻抗变换器） 141

7.4.2电荷放大器 144

7.5压电式加速度传感器 145

7.5.1工作原理 145

7.5.2灵敏度 146

7.5.3频率特性 146

7.5.4压电式加速度传感器的结构 148

7.6压电式测力传感器 149

第八章 磁电式传感器 151

8.1磁电式传感器的工作原理 151

8.2动圈式磁电传感器 151

8.2.1动圈式磁电传感器工作原理 151

8.2.2动圈式磁电传感器结构 152

8.2.3信号调节电路和记录仪器 152

8.3磁阻式磁电传感器 153

8.4磁电式传感器的频率响应特性 154

第九章 热电式传感器 156

9.1热电偶 156

9.1.1热电偶的基本原理 156

9.1.2热电偶的类型及结构 164

9.1.3热电势的测量及热电偶的标定 168

9.1.4热电偶的传热误差和动态误差 173

9.2热电阻 176

9.2.1金属热电阻 176

9.2.2半导体热敏电阻 180

9.3晶体管和集成温度传感器 183

9.3.1工作原理 183

9.3.2集成温度传感器的典型应用 185

附录1 铂铑10-铂热电偶分度表 188

附录2 镍铬-镍硅（镍铝）热电偶分度表 190

附录3 镍铬-考铜热电偶分度表 193

附录4 铂铑30-铂铑6热电偶分度表 195

附录5 铂热电阻分度表（R0＝46Ω） 199

附录6 铂热电阻分度表（R0＝100Ω） 201

附录7 铜热电阻分度表（R0 ＝ 50Ω） 203

附录8 铜热电阻分度表（R0 ＝ 100Ω） 204

第十章 光电式传感器 205

10.1光电管 205

10.2光电倍增管 206

10.3光敏电阻 207

10.3.1光敏电阻的工作原理 207

10.3.2光敏电阻的结构 207

10.3.3光敏电阻的主要参数 207

10.3.4光敏电阻的基本特性 208

10.4光敏二极管和光敏晶体管 210

10.4.1工作原理 210

10.4.2基本特性 211

10.5光电池 213

10.5.1工作原理 213

10.5.2基本特性 214

10.6光电式传感器的应用 215

10.6.1模拟式光电传感器的应用 216

10.6.2脉冲式光电传感器的应用 217

第十一章 智能式传感器 219

11.1概述 219

11.2智能式传感器的构成 219

11.3压阻式压力传感器智能化 220

11.3.1智能式压阻压力传感器硬件结构 220

11.3.2智能式压阻压力传感器的软件设计 221

11.3.3非线性与温度误差的修正 221

11.3.4实验结果与结论 223

11.4智能式传感器的发展方向与途径 223

11.4.1集成智能式传感器 223

11.4.2我国研究与开发智能式传感器的途径 224

第十二章 光导纤维传感器 225

12.1概论 225

12.1.1光纤传感技术的形成及其特点 225

12.1.2光纤传感器的光源 225

12.1.3光纤传感器的光探测器 225

12.1.4光纤传感器的分类 225

12.2光导纤维以及光在其中的传输 226

12.2.1光导纤维及其传光原理 226

12.2.2光在普通光导纤维内的传输 227

12.2.3光在特殊光导纤维内的传输 228

12.3光调制技术 229

12.3.1相位调制与干涉测量 230

12.3.2频率调制 231

12.4光纤位移传感器 232

12.4.1光纤开关与定位装置 232

12.4.2传光型光纤位移传感器 235

12.4.3受抑全内反射光纤位移传感器 237

12.4.4光纤微弯位移传感器 239

12.4.5光纤干涉型位移传感器 241

12.5光纤速度、加速度传感器 241

12.5.1光纤激光渡越速度计 242

12.5.2利用马赫-泽德干涉仪的光纤加速度计 242

12.5.3倾斜镜式光纤加速度计 243

12.6光纤振动传感器 245

12.6.1相位调制光纤振动传感器 246

12.6.2利用光弹效应的光纤振动传感器 248

12.7光纤温度传感器 250

12.7.1相位调制型光纤温度传感器 250

12.7.2热辐射光纤温度传感器 253

12.7.3传光型光纤温度传感器 255

12.8光纤流量、流速传感器 257

12.8.1光纤旋涡流量计 257

12.8.2光纤激光多普勒测速计 259

12.9光纤压力传感器 260

12.9.1利用马赫-泽德干涉仪制作的光纤压力传感器 260

12.9.2偏振型光纤压力传感器 262

第十三章 固态图像传感器 265

13.1引言 265

13.2固态图像传感器的敏感器件 266

13.2.1电荷耦合器件（CCD） 266

13.2.2电荷注入器件（CID） 270

13.2.3 戽链式器件（BBD） 271

13.2.4 MOS式光电变换器件 271

13.3固态图像传感器 272

13.3.1固态图像传感器的分类 272

13.3.2线型固态图像传感器 272

13.3.3面型固态图像传感器 274

13.3.4固态图像传感器主要特性 281

13.3.5固态图像传感器的应用 285

第十四章 气体传感器 289

14.1概述 289

14.1.1气体传感器及气体检测方法 289

14.1.2气体传感器的分类 289

14.2半导体气体传感器 291

14.2.1半导体气体传感器及其分类 291

14.2.2主要特性及其改善 291

14.2.3表面控制型电阻式传感器 294

14.2.4体控制型电阻式传感器 297

14.2.5非电阻式半导体气体传感器 298

14.2.6半导体气体传感器的应用 300

14.3红外吸收式气敏传感器 303

14.4接触燃烧式气敏传感器 304

14.5热导率变化式气体传感器 306

14.6湿式气敏传感器 306

第十五章 湿度传感器 308

15.1湿度及湿度传感器 308

15.1.1湿度及其表示方法 308

15.1.2湿度传感器及其特性参数 308

15.1.3湿度传感器的分类 310

15.2电解质系湿度传感器 310

15.2.1无机电解质湿度传感器 310

15.2.2高分子电解质湿度传感器 313

15.3半导体及陶瓷湿敏传感器 315

15.3.1涂覆膜型 315

15.3.2烧结体型 316

15.3.3薄膜型 318

15.4有机物及高分子聚合物湿度传感器 319

15.4.1胀缩性有机物湿敏元件 319

15.4.2高分子聚合物薄膜湿敏元件 320

15.5湿度传感器的应用及发展动向 321

第十六章 红外传感器 323

16.1红外辐射的基本知识 323

16.1.1红外辐射 323

16.1.2红外辐射术语 324

16.1.3红外辐射源 325

16.2红外传感器 327

16.2.1常见红外传感器 327

16.2.2红外传感器的性能参数 329

16.2.3红外传感器使用中应注意的问题 330

16.3红外测温 331

16.3.1红外测温的特点 331

16.3.2红外测温原理 331

16.4红外成像 332

16.4.1红外成像原理 332

16.4.2红外成像仪 333

16.5红外分析仪 334

16.6红外无损检测 335

16.6.1焊接缺陷的无损检测 335

16.6.2铸件内部缺陷探测 336

16.6.3疲劳裂纹探测 336

第十七章 固态压阻式传感器 338

17.1半导体的压阻效应 338

17.1.1压阻效应 338

17.1.2压阻系数 339

17.2固态压阻式压力传感器 341

17.3固态压阻式加速度传感器 342

17.4固态压阻式传感器的输出特性及补偿方法 342

17.4.1电桥平衡失调与零位温漂补偿 342

17.4.2灵敏度温度系数补偿 343

17.4.3非线性及其补偿 345

第十八章 微波传感器 346

18.1微波的基本知识简介 346

18.1.1微波的性质与特点 346

18.1.2微波振荡器与微波天线 346

18.2微波传感器及其分类 347

18.2.1反射式微波传感器 347

18.2.2遮断式微波传感器 347

18.2.3微波传感器的特点与存在的问题 347

18.3微波传感器的应用 347

18.3.1微波湿度（水分）传感器 347

18.3.2微波液位计 348

18.3.3微波物位计 348

18.3.4微波测厚仪 348

18.3.5微波温度传感器 349

第十九章 超导传感器 351

19.1超导光传感器 351

19.1.1超导可见光传感器 351

19.1.2超导红外传感器 351

19.2超导微波传感器 352

19.3超导磁场传感器 352

第二十章 液晶传感器 353

20.1液晶及其性质 353

20.1.1液晶的概念 353

20.1.2液晶的分类与性质 353

20.2液晶传感器 353

20.2.1液晶电磁场传感器 353

20.2.2液晶电压传感器 354

20.2.3液晶超声波传感器 354

20.2.4液晶温度传感器 354

第二十一章 生物传感器 355

21.1概述 355

21.2生物传感器原理、特点与分类 355

21.2.1生物传感器的基本原理 355

21.2.2生物敏感膜 356

21.2.3生物传感器的特点 356

21.2.4生物传感器的分类 356

21.3生物反应基本知识 357

21.3.1酶反应 357

21.3.2酶作用机理 358

21.3.3微生物反应 360

21.3.4免疫学反应 361

21.3.5生物学反应中的物理量变化 362

21.4生物活性材料固定化技术 362

21.5酶传感器 363

21.6微生物传感器 366

21.6.1呼吸机能型微生物传感器 366

21.6.2代谢机能型微生物传感器 367

21.7免疫传感器 368

21.8生物组织传感器 369

21.9半导体生物传感器 370

21.9.1酶光敏二极管 370

21.9.2 酶 FET 371

21.10生物传感器应用与未来 372

第二十二章 机器人传感器 373

22.1概述 373

22.1.1机器人与传感器 373

22.1.2机器人传感器的分类 373

22.2触觉传感器 374

22.2.1触觉 375

22.2.2压觉 377

22.2.3力觉 378

22.2.4滑觉 383

22.3接近觉传感器 385

22.4视觉传感器 387

22.4.1机器人视觉 387

22.4.1视觉传感器 388

22.5听觉、嗅觉、味觉及其他传感器 390

参考文献 392