非电量测量与传感器应用PDF电子书下载

目录 1

第1章　非电量测量与传感技术基础 1

1.1　非电量检测技术概论 1

1.1.1 测量 1

1.1.2　测量方法 2

1.1.3　测控系统 3

1.1.4　测量误差 5

1.1.5　测量数据的处理与估算 7

1.2　传感器概论 18

1.2.1　传感器的定义和作用 18

1.2.2　传感器技术 19

1.2.3　传感器的组成 20

1.2.4　传感器的分类 20

1.2.5　现代传感器及其发展方向 22

1.3　传感器的基本特性 24

1.3.1　传感器的静态特性 24

1.3.2　传感器的动态特性 29

第2章　传感器电子学基础 40

2.1　电桥 40

2.1.1　直流电桥 40

2.1.2　交流电桥 43

2.2　电桥的电源 44

2.2.1　直流电桥的电源 44

2.2.2　交流电桥的电源 47

2.3　传感器信号放大 48

第3章　信号分离与转换电路 83

3.1　信号分离电路 83

3.1.1　滤波器的基本知识 83

3.1.2　RC有源滤波电路 85

3.1.3　RC有源滤波器设计 89

3.1.4　集成有源滤波器 90

3.2　信号转换电路 94

3.2.1 电压电流转换电路 94

3.2.2　电压频率变换电路 99

第4章　应变式传感器及其应用 104

4.1　电阻应变计的基本原理与结构 104

4.1.1 电阻应变效应 104

4.1.2　电阻应变片结构与材料 105

4.1.3　电阻应变计的分类 107

4.2　电阻应变计的主要特性 109

4.2.1　静态特性 109

4.2.2　动态特性 111

4.2.3　其他特性参数 112

4.3.2　热输出补偿方法 113

4.3　温度误差及其补偿 113

4.3.1　温度误差产生的原因 113

4.4　测量电路 115

4.4.1　直流电桥 116

4.4.2　交流电桥 117

4.5　电阻应变式传感器 119

4.5.1　称重测力传感器 120

4.5.2　压力传感器 122

4.5.3　应变式加速度传感器 124

4.6　压阻式传感器 124

4.6.1 压阻效应 124

4.6.2　压阻系数 125

4.6.3 固态压阻式传感器 127

5.1.1 变气隙式自感传感器 134

5.1　自感式传感器 134

第5章　变磁阻式传感器及其应用 134

5.1.2　变面积式自感传感器 137

5.1.3　螺管式自感传感器 138

5.1.4　电感线圈的等效电路 139

5.1.5　测量电桥 141

5.1.6 自感式传感器的误差及补偿 146

5.2　互感式传感器 149

5.2.1 结构与类型 149

5.2.2　工作原理与等效电路 150

5.2.3　测量电路 153

5.2.4　互感式传感器的误差及补偿 154

5.3　电感式传感器的应用 156

5.3.1　位移与尺寸测量 156

5.3.2　压力测量 156

5.3.4　振动与加速度测量 157

5.3.3　力和力矩测量 157

5.4　电涡流式传感器 158

5.4.1 工作原理 158

5.4.2　结构类型及线圈参数对性能的影响 160

5.4.3 电涡流传感器的测量电路 163

5.4.4 电涡流式传感器的应用 167

第6章温　度传感器及其应用 173

6.1　温度传感器的分类 173

6.2　热电阻传感器 174

6.2.1　热电阻的工作原理 174

6.2.2　热电阻的基本特性参数 175

6.2.3　铂、铜热电阻 176

6.2.4　其他热电阻 177

6.3　热敏电阻 177

6.3.1 热敏电阻的结构与材料 178

6.3.2 负温度系数（NTC）热敏电阻器 179

6.3.3 正温度系数（PTC）热敏电阻器 179

6.3.4　热敏电阻的伏-安特性 180

6.4　热敏电阻的主要技术参数、型号及应用 181

6.4.1　主要技术参数 181

6.4.2　热敏电阻型号 182

6.4.3　热敏电阻应用 183

6.5　PN结温度传感器 185

6.5.1　PN结温度传感器 185

6.5.2　集成温度传感器 189

6.6　新型温度传感器 194

6.6.1　红外温度传感器 194

6.6.2　石英晶体温度传感器 198

6.7.1　工作原理 200

6.7　光导纤维温度传感器 200

6.7.2　光导纤维温度传感器应用举例 202

第7章　光敏传感器及其应用 208

7.1　光电效应 208

7.1.1　光的性质 208

7.1.2　外光电效应 210

7.1.3 内光电效应 212

7.1.4　光敏电阻 212

7.2　光敏二极管 217

7.2.1　光敏二极管工作原理 217

7.2.2　光敏二极管特性 218

7.2.3　高速光敏二极管 218

7.2.4　光敏二极管应用 219

7.3　光敏三极管 222

7.3.1　光敏三极管工作原理 222

7.3.2　光敏三极管的基本特性 223

7.3.3　光敏三极管应用 224

7.4　光电池 226

7.4.1 光电池的结构、原理 227

7.4.2　光电池的基本特性 227

7.4.3　光电池应用 229

7.5　光控晶闸管 231

7.5.1　光控晶闸管工作原理 231

7.5.2　光控晶闸管主要技术参数 231

7.5.3　光控晶闸管应用 232

7.6　光电耦合器件 234

7.6.1 光电耦合器件的工作原理 234

7.6.2　光电耦合器应用 234

7.6.3　光电开关式传感器 236

7.7.1　热释电效应 237

7.7　热释红外线传感器 237

7.7.2　热释红外线传感器工作原理 238

7.7.3　热释红外线传感器应用 238

7.8　半导体硅色敏传感器 239

7.8.1 工作原理 239

7.8.2　应用举例 240

7.9　固态图像传感器 240

7.9.1 电荷耦合器件的基本工作原理 241

7.9.2　CCD图像传感器 243

7.9.3 固态图像传感器的应用 245

第8章　光导纤维式传感器及其应用 250

8.1　光导纤维导光的基本原理 250

8.1.1　斯乃尔（Snell's Law）定理 250

8.1.2　光导纤维结构 250

8.1.3　光导纤维导光原理 252

8.2　光导纤维传感器结构原理及分类 253

8.2.1　光导纤维传感器结构原理 253

8.2.2　光导纤维传感器的分类 254

8.3　光导纤维传感器的应用 256

8.3.1　位移的检测 256

8.3.2　压力的检测 258

8.3.3　液位、流速、流量的检测 262

8.3.4　电流、电压的检测 266

第9章　压电式传感器及其应用 271

9.1　压电效应与压电材料 271

9.1.1 压电效应 271

9.1.2　压电材料 271

9.2　压电式传感器测量电路 276

9.2.1 压电式传感器的等效电路 276

9.2.2　压电式传感器的测量电路 277

9.3　压电式传感器及其应用 279

9.3.1　压电式传感器主要应用类型、形式 279

9.3.2　压电式传感器应用 280

第10章　磁敏传感器及其应用 286

10.1　霍尔元件 286

10.1.1 霍尔效应与霍尔电势 286

10.1.2　霍尔系数和灵敏度 287

10.1.3　霍尔元件特性 288

10.1.4　霍尔元件的应用 291

10.2　磁阻器件 295

10.3　磁敏二极管和磁敏三极管 296

10.3.1　磁敏二极管 296

10.3.2　磁敏三极管 299

第11章　半导体气敏传感器及其应用 303

11.1.1　表面电阻控制型气敏传感器 304

11.1 电阻型半导体气敏传感器 304

11.1.2　体电阻控制型气敏传感器 307

11.2　非电阻控制型半导体气敏传感器 308

11.2.1 肖特基二极管气敏器件 309

11.2.2　MOS二极管气敏器件 309

11.2.3　Pd-MOSFET气敏器件 310

11.3　半导体气敏传感器的应用 313

11.3.1 气体报警器 313

11.3.2　煤气（CO）报警器 314

第12章　超声波传感器及其应用 316

12.1　超声波及其物理性质 316

12.1.1 声波的波形及其转换 316

12.2　超声波传感器 317

12.1.3　超声波传播过程中的衰减 317

12.1.2　超声波的反射与折射 317

12.2.1　厚度振动换能器 318

12.2.2　圆柱形压电换能器 319

12.2.3　复合棒压电换能器 319

12.2.4　压电陶瓷双叠片弯曲振动换能器 320

12.3　超声波传感器的应用 322

12.3.1　超声波传感器的基本探测电路 322

12.3.2　超声波传感器应用举例 325

第13章　非电量测量的数据处理 334

13.1　数字滤波 334

13.1.1 常用的数字滤波方法 335

13.1.2　各种数字滤波方法的比较 341

13.2　标度变换 341

13.2.1　标度变换原理 341

13.2.3　非线性参数的标度转换 342

13.2.2　线性刻度的标度变换 342

13.3　非线性补偿及误差修正 345

13.3.1　线性插值法 345

13.3.2　二次抛物线插值法 346

13.3.3　查表法 348

13.3.4　传感器温度误差的修正 350

13.3.5　零位漂移的补偿 351

第14章　传感器与单片机的接口技术 353

14.1　单片机测控系统概述 353

14.1.1　单片机测控系统的一般结构 353

14.1.2　测控系统对计算机的选择 354

14.2　传感器与单片机接口的关键技术 356

14.2.1 选择传感器的基本原则 356

14.2.2　传感器的电源配置及抗干扰 357

14.2.3　放大器 361

14.2.4　采样／保持器（S/H） 362

14.2.5　多路模拟开关与抗干扰措施 364

14.3　A/D转换器及其接口 366

14.3.1　A/D转换器 367

14.3.2　A/D转换器与单片机的接口技术 369

14.3.3　CPU与A/D的同步控制方式 370

14.4　C8051F00x单片机在铁路桥梁与桥墩振动测量中的应用 372

14.4.1 传感器——电动式拾振器 372

14.4.2　信号积分放大 374

14.4.3　C8051F000单片机简介 374

14.4.4　铁路桥梁振幅检测仪控制部分硬件设计 375

14.5　非电量测控电路中的抗干扰技术 380

14.5.1 电磁干扰 380

14.5.2　屏蔽、隔离、布线、接地与灭弧技术 382

14.5.3　电源干扰的抑制 390

参考文献 395