传感器与检测技术PDF电子书下载

第1章　传感器与检测技术基础 1

1.1　传感器的定义、组成及分类 1

1.1.1　传感器的定义和组成 1

1.1.2　传感器的分类 2

1.2　传感器的应用领域和发展趋势 3

1.2.1　传感器的应用 3

1.2.2　传感器的发展状况 4

1.3　传感器的特性 5

1.3.1　传感器的静态特性 5

1.3.2　传感器的动态特性 7

1.4　传感器的标定和校准 9

1.4.1　传感器的标定 9

1.4.2　传感器的校准 9

1.5　测量的一般知识 10

1.5.1　测量方法 10

1.5.2　测量数据的处理及表述 11

1.6　误差理论基础 13

1.6.1　误差的定义 13

1.6.2　误差的分类 14

1.6.3　误差的表示方法 14

习题 15

第2章 电阻式传感器 16

2.1 电阻应变式传感器 16

2.1.1 电阻应变片的工作原理 16

2.1.2 电阻应变片的主要特性及参数 17

2.1.3 电阻应变片的种类 18

2.1.4　测量电路 20

2.2　压阻式传感器 25

2.2.1　半导体的压阻效应与压阻系数 25

2.2.2　影响压阻系数的因素 26

2.2.3　压阻传感器的测量电路与温度补偿 27

2.2.4　压阻传感器举例 29

2.3 电位器式传感器 31

2.3.1 电位器式传感器的工作原理 31

2.3.2 电位器式传感器的输出特性 32

2.3.3 电位器式传感器的结构 33

2.4 电阻式传感器应用举例 33

2.4.1　测力传感器 33

2.4.2　压力传感器 34

2.4.3　扭矩传感器 34

2.4.4 电位器式位移传感器 35

习题 35

第3章　电容式传感器 36

3.1 电容式传感器的工作原理和分类 36

3.1.1　变极距型电容传感器 36

3.1.2　变面积型电容传感器 40

3.1.3　变介质型电容传感器 41

3.2 电容式传感器的测量电路 42

3.2.1　等效电路 42

3.2.2　测量电路 43

3.3 电容式传感器的主要性能特点 45

3.4 电容式传感器的应用 46

3.4.1 电容式加速度传感器 47

3.4.2 电容式液位（料位）传感器 47

3.4.3 电容式压力传感器 48

3.4.4　容栅式传感器 49

习题 50

第4章　电感式传感器 51

4.1 自感式电感传感器 51

4.1.1 工作原理 51

4.1.2　输出特性 52

4.1.3　测量电路 53

4.2　差动变压器式传感器 55

4.2.1 工作原理 55

4.2.2　差动变压器式传感器测量电路 56

4.3 电涡流式传感器 57

4.3.1　工作原理 57

4.3.2 电感传感器的应用 57

习题 59

第5章　磁电式传感器 60

5.1　磁电感应式传感器 60

5.1.1　磁电式传感器的工作原理 60

5.1.2　动圈式传感器的基本结构和工作原理 60

5.1.3　磁阻式传感器的基本结构和工作原理 61

5.1.4　磁电感应式传感器的测量电路 62

5.2　霍尔式传感器 63

5.2.1 霍尔效应 63

5.2.2　霍尔元件的基本结构和主要技术参数 64

5.2.3　霍尔元件的测量误差及其补偿 66

5.2.4　霍尔式传感器的应用 69

5.3　感应同步器 70

5.3.1 感应同步器的基本结构与工作原理 71

5.3.2　感应同步器输出信号的检测 72

5.4　磁电式传感器应用举例 73

5.4.1 CD-1型振动速度传感器 73

5.4.2　磁电感应式转速传感器 74

5.4.3　磁电感应式扭矩仪 75

习题 75

第6章　热电式传感器 76

6.1　热电偶 76

6.1.1　热电偶的工作原理 76

6.1.2　热电偶的基本定律 77

6.1.3　热电偶的类型 78

6.1.4　热电偶的结构形式 80

6.1.5　热电偶冷端的温度补偿 81

6.2　热电阻 82

6.2.1　金属热电阻传感器 82

6.2.2　半导体热敏电阻 84

习题 84

第7章　光电式传感器 85

7.1 光电效应与光电器件 85

7.1.1　光电效应及分类 85

7.1.2　光电器件 86

7.1.3　光电器件的应用 91

7.2　光纤传感器 92

7.2.1 光纤 92

7.2.2　光纤传感器 93

7.3　光栅式传感器 95

7.3.1　光栅的结构 95

7.3.2　光栅的基本工作原理 96

7.3.3　光栅式传感器的应用 99

7.4　红外线传感器 99

7.4.1 红外辐射 100

7.4.2　红外传感系统 100

7.4.3　热释电型红外线传感器 101

7.5　激光传感器 102

7.5.1　激光的形成 102

7.5.2　激光的特点 103

7.5.3　常用的激光器 104

7.5.4　激光检测技术的应用 104

7.6　光电编码器 106

7.6.1　增量式光电编码器 107

7.6.2　绝对式光电编码器 107

7.6.3　光电编码器的应用 109

7.7 光电式传感器及其应用实例 111

7.7.1 光电式传感器的应用类型 111

7.7.2 应用实例 111

习题 112

第8章　其他传感器简介 114

8.1　气体传感器 114

8.1.1　接触燃烧式气体传感器 114

8.1.2　半导体式气体传感器 116

8.1.3　氧化锆氧气传感器 116

8.1.4　气体传感器的应用 117

8.2　湿度传感器 118

8.2.1　湿度表示法 118

8.2.2　湿度传感器的分类及工作原理 118

8.2.3　湿度传感器的测量电路 119

8.3　微波传感器 120

8.3.1　微波传感器及其分类 121

8.3.2　微波传感器的结构及工作原理 121

8.3.3　微波传感器的应用——微波温度传感器 121

8.4　图像传感器 122

8.4.1 CCD图像传感器 122

8.4.2 CMOS图像传感器 124

8.5　生物传感器 125

8.5.1　生物传感器的基本原理 125

8.5.2 生物传感器的分类 125

8.5.3　酶传感器 126

8.5.4　微生物传感器 126

8.5.5　免疫传感器 127

8.6　机器人传感器 127

8.6.1 内部检测传感器 127

8.6.2　外界检测传感器 128

习题 130

第9章　传感器信号的处理 131

9.1　传感器信号的预处理 131

9.1.1 传感器输出信号的特点 131

9.1.2　传感器信号的预处理方法 131

9.2　传感器信号的放大电路 132

9.2.1　高精度、低漂移运算放大器 132

9.2.2　高输入阻抗运算放大电路及仪表放大器 132

9.2.3　隔离放大器和隔离放大系统 133

9.2.4　程控增益放大器 134

9.3　信号的调制与解调 135

9.3.1　信号调制的概念 135

9.3.2 电桥调幅的原理 135

9.3.3 电桥调幅波的解调 136

9.3.4　应用举例 137

9.4　滤波电路 137

9.5　传感器信号的非线性校正 138

9.5.1　校正曲线的求取 138

9.5.2　模拟量的非线性校正 139

9.5.3　数字量的非线性校正 139

9.6 A/D转换器的选择 140

9.6.1 A/D转换器的性能指标 140

9.6.2 A/D转换器的选择 141

9.7　抗干扰技术 141

9.7.1　干扰的来源 142

9.7.2　抗电磁干扰技术 142

习题 145

第10章 自动检测系统设计 146

10.1 自动检测技术概述 146

10.1.1　检测仪表的组成 146

10.1.2　检测仪表的分类 146

10.1.3　变送器 147

10.2　自动检测系统设计 148

10.2.1　传感器的选择 148

10.2.2　主计算机选型 149

10.2.3　输入、输出通道设计 150

10.2.4　软件设计 150

10.2.5　计算机检测系统设计的基本步骤 151

10.3　基于单片机的自动检测系统设计实例 151

10.3.1 电阻炉自动温度控制系统 152

10.3.2　转速的实时测量及数据处理 155

10.3.3　车载信息系统 157

10.4 自动检测系统的可靠性 161

10.4.1　可靠性的基本概念 162

10.4.2　提高可靠性的措施 163

附录一　CSY型传感器试验仪实验指导 165

实验一 电阻应变片性能实验 165

实验二　差动变面积式电容传感器的应用 166

实验三 差动变压器式电感传感器的应用——测位移 167

实验四 电涡流式传感器的应用 169

实验五　霍尔传感器的应用 170

实验六　光纤传感器的应用 171

实验七　单臂、半桥、全桥功能比较 172

附录二　热电偶分度表 175

参考文献 178