传感器原理及应用PDF电子书下载

第1章　传感器的基本知识 1

1.1　传感器的基本概念 2

1.1.1　传感器的定义与组成 3

1.1.2　传感器的分类 4

1.1.3　传感器的物理定律 5

1.2　传感器的基本特性 6

1.2.1　传感器的静态特性 7

1.2.2　传感器的动态数学模型 12

1.2.3　传感器系统实现动态测试不失真的频率响应特性 16

1.2.4　典型传感器系统的动态特性分析 17

1.3　传感器的技术性能指标 24

1.3.1 传感器的主要性能指标 24

1.3.2　改善传感器性能的技术途径 25

1.4　传感器技术的发展 27

1.4.1　传感器需求的新动向 27

1.4.2　传感器技术的发展动向 28

1.5　传感器的选用原则 30

本章小结 32

习题 32

第2章　电阻应变式传感器 34

2.1 电阻应变片的工作原理 35

2.2　电阻应变片的结构、种类和材料 35

2.2.1　电阻应变片的基本结构 35

2.2.2　电阻应变片的种类 36

2.2.3 电阻应变片的材料 37

2.3 电阻应变片的主要参数 39

2.4　电阻应变片的应用 43

2.4.1 电阻应变片的选择 43

2.4.2 电阻应变片的使用 44

2.5　转换电路 45

2.5.1　直流电桥 45

2.5.2　恒流源电桥 48

2.5.3　交流电桥 48

2.6 电阻应变片的温度误差及其补偿 49

2.7 电阻应变式传感器 52

2.7.1　电阻应变式力传感器 52

2.7.2　电阻应变式压力传感器 57

2.7.3 电阻应变式加速度传感器 58

2.8 电阻应变仪 59

2.9　压阻式传感器 61

2.9.1　基本工作原理 62

2.9.2　半导体应变片 63

2.9.3　压阻式传感器 63

2.9.4　压阻式传感器输出信号调理 64

本章小结 66

习题 67

第3章 电感式传感器 70

3.1 自感式传感器工作原理及其特性分析 71

3.1.1 工作原理 71

3.1.2 电感计算与输出特性分析 72

3.1.3　传感器的信号调节电路 76

3.1.4　影响传感器精度的因素分析 78

3.2　差动变压器式传感器 79

3.2.1 螺线管式差动变压器 80

3.2.2　差动变压器的测量电路 84

3.3　涡流式传感器 86

3.4 电感式传感器应用举例 90

3.4.1 自感式传感器的应用 90

3.4.2　差动变压器的应用 92

3.4.3 电涡流传感器的应用 94

本章小结 96

习题 96

第4章 电容式传感器 98

4.1 电容式传感器的工作原理和特性 99

4.1.1　工作原理及类型 99

4.1.2 电容传感器特性分析 99

4.2　电容式传感器的特点及设计要点 107

4.2.1 电容传感器的特点 107

4.2.2 电容传感器设计要点 108

4.3 电容式传感器的等效电路 110

4.4 电容式传感器的测量电路 111

4.4.1 调频测量电路 111

4.4.2　交流电桥测量电路 112

4.4.3　运算放大器式测量电路 113

4.4.4　二极管双T型交流电桥 114

4.4.5　差动脉冲调宽电路 115

4.5 电容式传感器的应用 116

4.6　容栅式传感器 119

本章小结 121

习题 121

第5章　压电式传感器 125

5.1　压电效应 126

5.2　压电材料及其主要特性 127

5.2.1　石英晶体 127

5.2.2　压电陶瓷 130

5.2.3 压电材料的主要特性 132

5.3 压电元件的常的常用结构形式 135

5.3.1 压电元件的基本变形方式 135

5.3.2　压电元件的结构形式 135

5.4　等效电路与测量电路 136

5.4.1 压电式传感器的等效电路 136

5.4.2　压电式传感器的信号调理电路 138

5.5　压电式传感器的应用 143

5.5.1　压电式加速度传感器 143

5.5.2　压电式测力传感器 151

5.5.3　压电式压力传感器 152

本章小结 153

习题 153

第6章　磁电式传感器 155

6.1　磁电感应式传感器 156

6.1.1　恒磁通式磁电感应传感器结构与工作原理 156

6.1.2　变磁通式磁电感应传感器结构与工作原理 157

6.1.3　磁电感应式传感器的应用 158

6.2　霍尔式传感器 160

6.2.1 霍尔传感器的工作原理 160

6.2.2　霍尔元件的误差及补偿 164

6.2.3　霍尔传感器的应用 168

6.3　磁栅式传感器 175

6.3.1 磁栅式传感器的工作原理和结构 175

6.3.2　磁栅式传感器的信号处理方法 178

6.3.3　磁栅式传感器的应用 179

本章小结 179

习题 180

第7章　热电式传感器 181

7.1 概论 182

7.2　热电偶 183

7.2.1　热电偶的工作原理 183

7.2.2　热电偶的常用类型和结构 186

7.2.3　热电偶的冷端温度补偿 190

7.2.4　热电偶的测量电路及应用 194

7.3 热电阻 195

7.3.1　热电阻的工作原理 195

7.3.2　常用热电阻（RTD） 196

7.3.3　热电阻的测量电路 197

7.4　热敏电阻 198

7.4.1　热敏电阻的结构 198

7.4.2　热敏电阻的类型和特性 199

7.4.3　热敏电阻的测量电路及应用 201

7.5　新型温度传感器 202

7.5.1　PN结温度传感器及应用 202

7.5.2　集成温度传感器及应用 203

本章小结 216

习题 216

第8章　光电式传感器 217

8.1 光电效应 218

8.1.1　外光电效应 218

8.1.2　内光电效应 218

8.2　常用光电转换器件 220

8.2.1 外光电效应器件 220

8.2.2　内光电效应器件 223

8.2.3　半导体光电器件的应用选择 231

8.3　位置敏感器件（PSD） 232

8.3.1　PSD的工作原理 232

83.2　PSD的特性 233

8.4　固态图像传感器 235

8.4.1 CCD的结构和基本原理 235

8.4.2 线阵CCD图像传感器 237

8.4.3 面阵CCD图像传感器 237

8.5 光电传感器的应用 238

8.5.1 模拟式光电传感器的应用 238

8.5.2　数字式光电传感器的应用 242

8.6　光栅传感器 243

8.6.1 计量光栅的种类 244

8.6.2　莫尔条纹 244

8.6.3　光栅式传感器 247

8.7　光学编码器 250

8.7.1　绝对编码器 250

8.7.2 增量编码器 252

本章小结 254

习题 254

第9章　光纤传感器 256

9.1 光纤传感器的基本知识 257

9.1.1　光纤的结构 257

9.1.2　光纤的传光原理 257

9.1.3　光纤的种类 259

9.1.4　光纤传感器的基本组成 260

9.2 光纤传感器的分类及其工作原理 262

9.2.1 光纤传感器分类 263

9.2.2　光调制技术 265

9.3 光纤传感器的应用 269

9.3.1 光纤位移传感器 269

9.3.2　光纤液体浓度传感器 271

9.3.3　光纤陀螺仪 271

9.3.4　光纤高温测量系统 273

9.3.5　光纤气体传感器 275

本章小结 277

习题 277

第10章　红外传感器 278

10.1　红外辐射的基本知识 278

10.1.1 红外辐射 278

10.1.2　红外辐射的重要参数 279

10.1.3　黑体、白体和透明体 280

10.1.4　红外辐射的基本定律 281

10.2　红外传感器 283

10.2.1 红外光子传感器 284

10.2.2　红外热传感器 285

10.3　红外传感器的主要性能参数 288

10.4　红外传感器应用举例 291

10.4.1 红外测温 291

10.4.2　热释电红外探测器警戒系统 295

10.4.3　红外气体浓度检测系统 296

本章小结 298

习题 298

第11章　其他传感器 299

11.1　气敏传感器 300

11.1.1　气敏传感器概述 300

11.1.2　半导体气体传感器 300

11.1.3　主要特性及其改善 303

11.1.4　气敏传感器的应用 306

11.2　湿敏传感器 307

11.2.1　绝对湿度与相对湿度 307

11.2.2　湿敏传感器 308

11.2.3　湿敏传感器的应用 311

11.3　超声波传感器 312

11.3.1　超声波的传输特性 312

11.3.2　超声波换能器 312

11.3.3　超声波传感器的应用 313

11.4　微波传感器 316

11.4.1　微波的性质与特点 316

11.4.2　微波传感器的组成及其分类 316

11.4.3　微波传感器的应用 317

11.5 光纤光栅传感器 319

11.5.1　光纤光栅的形成及其分类 319

11.5.2　光纤布拉格光栅传感器的工作原理 320

11.5.3　光纤光栅传感器系统的构成 321

11.5.4　光纤光栅传感器应用 322

11.6　智能传感器 323

11.6.1 概述 323

11.6.2　智能传感器的结构和功能 324

11.6.3　智能传感器数据预处理方法 325

11.6.4　智能传感器的实现途径 327

11.6.5　几种智能传感器示例 329

本章小结 332

习题 333

第12章　传感器的标定 334

12.1　传感器静态特性的标定 334

12.2　传感器动态特性的标定 336

12.3　常用的标定设备 338

12.3.1　静态标定设备 338

12.3.2　动态标定设备 342

12.4　传感器标定举例 344

本章小结 348

习题 348

参考文献 350