传感器和信号调节PDF电子书下载

目录 1

第1章利用传感器的测量系统简介 1

1.1一般概念和术语 1

1.1.1测量系统 1

1.1.2换能器、传感器和执行器 2

1.1.3信号调节和显示 3

1.1.4接口、数据域和变换 4

1.2传感器的分类 5

1.3通用输入－输出配置 9

1.3.1干扰输入和调整输入 9

1.3.2补偿技术 10

1.4.1精确度、精密度和灵敏度 11

1.4测量系统的静态特性 11

1.4.2其他特性：线性和分辨率 14

1.4.3系统误差 15

1.4.4随机误差 16

1.5动态特性 18

1.5.1零阶测量系统 19

1.5.2一阶测量系统 19

1.5.3二阶测量系统 22

1.6传感器的其他特性 26

1.6.1输入特性：阻抗 27

1.6.2可靠性 28

1.7初级传感器 30

1.7.1温度传感器：双金属传感器 31

1.7.2压力传感器 32

1.7.3流速和流量传感器 34

1.7.4液位传感器 41

1.7.5力和转矩传感器 42

1.7.6加速度和倾斜传感器 43

1.7.7速度传感器 44

1.8传感器使用的材料 45

1.8.1导体、半导体和电介质 47

1.8.2磁性材料 50

1.9微传感器工艺 52

1.9.1厚膜工艺 52

1.9.2薄膜工艺 53

1.9.3微机械加工工艺 54

习题 57

参考文献 59

第2章电阻式传感器 61

2.1 电位器 61

2.2应变计 67

2.2.1基本原理：压阻效应 67

2.2.2类型和应用 71

2.3电阻式温度检测器 74

2.4热敏电阻 79

2.4.1模型 79

2.4.2热敏电阻的类型和应用 86

2.4.3线性化 90

2.5磁敏电阻 92

2.6光敏电阻（LDR） 96

2.7电阻式湿度计 101

2.8电阻式气体传感器 103

2.9液体电导率传感器 107

习题 109

参考文献 111

第3章电阻式传感器的信号调节 113

3.1电阻的测量 113

3.2分压器 118

3.2.1 电位器 120

3.2.2用于热敏电阻 123

3.2.3动态测量 125

3.2.4分压器用的放大器 126

3.3惠斯登电桥：平衡测量 128

3.4.1灵敏度和线性 130

3.4惠斯登电桥：偏转测量 130

3.4.2电阻式传感器电桥的模拟线性化 133

3.4.3传感器电桥的校准和平衡 134

3.4.4差值测量、平均值测量和补偿 135

3.4.5惠斯登电桥的电源 139

3.4.6惠斯登电桥的检测方法 142

3.5差动放大器和仪表放大器 143

3.5.1差动放大器 143

3.5.2利用两个运算放大器的仪表放大器 148

3.5.3利用三个运算放大器的仪表放大器 150

3.6干扰 155

3.6.1干扰的类型和抑制 155

3.6.2信号电路接地 158

3.6.3屏蔽接地 159

3.6.4隔离放大器 163

习题 165

参考文献 173

第4章变电抗式传感器和磁电式传感器 174

4.1电容式传感器 174

4.1.1可变电容器 174

4.1.2差动电容器 181

4.2电感式传感器 184

4.2.1变磁阻式传感器 184

4.2.2涡流式传感器 189

4.2.3线性可调差接变压器（LVDT） 192

4.2.4可调变压器：自动同步器、分解器和感应同步器 199

4.2.5磁弹性传感器和磁致伸缩传感器 210

4.2.6威甘德（Wiegand）传感器和脉冲－合金线传感器 213

4.2.7饱和磁心（磁通闸门）传感器 215

4.2.8超导量子干涉器件（SQUID） 216

4.3磁电式传感器 218

4.3.1基于法拉第定律的传感器 218

4.3.2霍耳式传感器 223

习题 227

参考文献 229

第5章变抗式传感器的信号调节 232

5.1问题和解决方案 232

5.2交流电桥 236

5.2.1灵敏度和线性 236

5.2.2电容性电桥的模拟线性化 239

5.2.3交流放大器和电源去耦 240

5.2.4静电屏蔽和有源屏蔽 245

5.2.5交直流信号变换器 247

5.3.1载波放大器的工作原理和结构 251

5.3载波放大器和相干检波 251

5.3.2相敏检波器 257

5.3.3在线性可调差接变压器中的应用 261

5.4供电容式传感器使用的特殊信号调节器 263

5.5分解器－数字变换器和数字－分解器变换器 266

5.5.1 自动同步器－分解器变换器 266

5.5.2数字－分解器变换器 269

5.5.3分解器－数字变换器 270

习题 271

参考文献 275

6.1热电式传感器：热电偶 277

6.1.1可逆的热电效应 277

第6章有源传感器 277

6.1.2常用的热电偶 281

6.1.3实用的热电偶定律 284

6.1.4热电偶回路中的冷端补偿 287

6.2压电式传感器 290

6.2.1压电效应 290

6.2.2压电材料 293

6.2.3应用 294

6.3热电式传感器 300

6.3.1热电效应 300

6.3.2热电材料 302

6.3.3 辐射定律：普朗克定律、维恩定律和斯忒藩－玻尔兹曼定律 302

6.3.4应用 304

6.4.1光电效应 306

6.4光电式传感器 306

6.4.2材料和应用 307

6.5电化学传感器 308

习题 311

参考文献 314

第7章有源传感器的信号调节 316

7.1斩波放大器和低漂移放大器 316

7.1.1运算放大器中的失调和漂移 316

7.1.2斩波放大器 322

7.1.3自动调零放大器 323

7.1.4组合放大器 325

7.1.5仪表放大器的失调和漂移 326

7.2静电计放大器和互阻抗放大器 327

7.2.1互阻抗放大器 328

7.2.2通过积分进行电流测量 331

7.2.3设计静电计电路时的注意事项 332

7.3电荷放大器 333

7.4放大器的噪声 338

7.4.1噪声的基础知识 339

7.4.2运算放大器的噪声 342

7.4.3互阻抗放大器的噪声 349

7.4.4电荷放大器的噪声 350

7.4.5仪表放大器的噪声 352

7.5电阻器的噪声和漂移 354

7.5.1 固定电阻器的漂移 354

7.5.2可调电阻器（电位器）的漂移 356

7.5.3电阻器的噪声 357

习题 358

参考文献 363

第8章数字式传感器和智能传感器 365

8.1位置编码器 365

8.1.1增量位置编码器 365

8.1.2绝对位置编码器 372

8.2谐振式传感器 376

8.2.1基于石英谐振器的传感器 377

8.2.2表面声波（SAW）传感器 382

8.2.3振动金属丝应变计 383

8.2.4振动圆筒传感器 384

8.2.5数字式流量计 385

8.3可变振荡器 387

8.3.1正弦振荡器 388

8.3.2张弛振荡器 389

8.3.3可变CMOS振荡器 391

8.3.4可变振荡器的线性 393

8.4变换成频率、周期或持续时间 395

8.4.1电压－频率变换 395

8.4.2检测量－频率直接变换 397

8.4.3检测量－持续时间直接变换 400

8.5传感器－微控制器直接连接 402

8.5.1频率测量 402

8.5.2周期和时间间隔测量 404

8.5.3计算和补偿 407

8.5.4速度测量——数字式转速计 408

8.6传感器的通信系统 409

8.6.1 电流遥测术：4mA～20mA电流环路 411

8.6.2同时进行模拟和数字通信 412

8.6.3传感器总线：现场总线 413

8.7智能传感器 415

习题 417

参考文献 420

第9章其他检测方法 422

9.1基于半导体结的传感器 422

9.1.1基于半导体结的温度计 422

9.1.2磁敏二极管和磁敏晶体管 428

9.1.3光电二极管 428

9.1.4位置灵敏探测器（PSD） 436

9.1.5光电晶体管 437

9.1.6半导体结核辐射探测器 438

9.2基于MOSFET的传感器 440

9.3 电荷耦合式传感器和CMOS图像传感器 442

9.3.1工作原理 442

9.3.2 CCD和CMOS图像传感器的类型及应用 446

9.4光纤传感器 449

9.4.1光纤的基础知识 449

9.4.2光纤传感器技术和应用 450

9.5超声波传感器 454

9.5.1超声波传感器的基础知识 454

9.5.2基于超声波的检测方法和应用 456

9.6生物传感器 458

习题 460

参考文献 463

习题答案 465