传感器原理与应用PDF电子书下载

1 传感器概论 1

1.1传感器概述 1

1.1.1传感器的定义 1

1.1.2传感器的基本定律 1

1.1.3传感器的构成 2

1.1.4传感器的类型 4

1.1.5传感器的功能 5

1.1.6传感器的发展趋势 6

1.2传感器技术基础 8

1.2.1传感器的一般数学模型 8

1.2.2传感器的静态特性 11

1.2.3传感器的动态特性 15

1.2.4改善传感器性能的技术途径 21

1.3传感器的合理选用 24

1.3.1合理选择传感器的基本原则与方法 25

1.3.2传感器的正确使用 26

1.3.3无合适传感器时可供选用时的对策（举例） 27

1.3.4传感器的标定与校准 27

习题与思考题 30

2 应变式传感器 31

2.1电阻应变片的结构、原理和类型 31

2.1.1电阻应变的效应与应变片结构 31

2.1.2电阻应变片工作原理 31

2.1.2应变片的类型 32

2.2金属应变片的主要特性 33

2.2.1灵敏系数 33

2.2.2横向效应 33

2.2.2温度误差及补偿方法 34

2.3电阻应变片测量电路 36

2.3.1直流电桥工作原理 36

2.3.2交流电桥工作原理 39

2.4应变式传感器测量电路 41

2.4.1电阻应变仪 41

2.4.2相敏检波器 42

2.5应变式传感器的应用 43

2.5.1力传感器（测力与称重） 43

2.5.2膜片式压力传感器 46

2.5.3应变式加速度传感器 47

2.5.4压阻式传感器 47

习题与思考题 49

3 超声波传感器 50

3.1概述 50

3.2超声波及其物理性质 51

3.2.1超声波的波型及传播速度 51

3.2.2超声波的反射和折射 52

3.2.3超声波的衰减 53

3.3超声波传感器的结构 54

3.4超声波传感器的应用 54

3.4.1超声波物位传感器 54

3.4.2超声波流量传感器 55

习题与思考题 57

4 电容式传感器 58

4.1基本工作原理 58

4.2电容式传感器的类型 58

4.2.1变极距型电容式传感器 58

4.2.2变面积型电容式传感器 60

4.2.3变介质型电容式传感器 61

4.3测量电路 62

4.3.1交流电桥（调幅电路 62

4.3.2运算放大器式电路 63

4.3.3调频电路 63

4.4电容式传感器的应用 64

4.4.1位移的测量 65

4.4.2电容式压力传感器 65

4.4.3电容式条干仪 66

习题与思考题 69

5 电感式传感器 70

5.1自感式电感传感器 70

5.1.1工作原理 70

5.1.2变气隙式自感传感器的输出特性 71

5.1.3变面积式电感传感器 72

5.1.4螺管式电感传感器 73

5.1.5差动式电感传感器 73

5.1.6电感式传感器的测量电路 74

5.2互感式电感传感器 75

5.2.1变隙式差动变压器 76

5.2.2螺管式差动变压器 78

5.3电涡流式传感器 81

5.3.1工作原理 81

5.3.2测量电路 83

5.3.3电涡流式传感器的应用 84

习题与思考题 86

6 压电式传感器 87

6.1压电效应及材料 87

6.1.1压电效应 87

6.1.2压电材料 88

6.2压电方程及压电常数 90

6.2.1石英晶片的切型及符号 90

6.2.2压电方程及压电常数矩阵 91

6.3等效电路及测量电路 94

6.3.1等效电路 94

6.3.2测量电路 95

6.4压电式传感器及其应用 98

6.4.1应用类型、形式和特点 98

6.4.2压电式加速度传感器 99

6.4.3压电式力和压力传感器 104

习题与思考题 107

7 热电式传感器 108

7.1热电阻传感器 108

7.1.1热电阻 108

7.1.2热敏电阻 109

7.2热电偶传感器 111

7.2.1热电效应及其工作定律 111

7.2.2热电偶 114

7.3热电式传感器的应用 116

7.3.1测量管道流量 116

7.3.2热电式继电器 116

习题与思考题 116

8 磁电式传感器 117

8.1磁电感应式传感器（电动式） 117

8.1.1工作原理和结构形式 117

8.1.2基本特性 118

8.1.3测量电路 119

8.1.4磁电感应式传感器的应用 120

8.2霍尔式传感器 121

8.2.1霍尔效应 121

8.2.2霍尔元件 123

8.2.3霍尔元件的误差及补偿 123

8.2.4霍尔元件的结构形式 125

8.2.5霍尔元件的应用 125

8.2.6霍尔集成传感器 126

8.3磁敏电阻传感器 128

8.3.1磁敏电阻器 128

8.3.2磁敏晶体管 131

习题与思考题 134

9 光电式传感器 135

9.1概述 135

9.2光源 136

9.2.1对光源的要求 136

9.2.2常用光源 136

9.3常用光电器件 138

9.3.1外光电效应及器件 138

9.3.2内光电效应及器件 139

9.3.3光电器件的特性 141

9.4光敏器件 144

9.4.1位置敏感器件（PSD） 144

9.4.2集成光敏器件 145

9.4.3固态图像传感器 145

9.4.4高速光电器件 149

9.4.5半导体色敏器件 149

9.5光电式传感器 151

9.5.1光电式传感器的类型 151

9.5.2光电式传感器的应用 152

9.6太阳能电池 157

9.6.1太阳能电池的概念与工作原理 157

9.6.2太阳能电池的应用 158

9.6.3太阳能电池产业现状 161

9.6.4太阳能电池的类型 163

9.6.5太阳能电池（组件）的生产工艺 164

习题与思考题 166

10 光纤传感器 168

10.1概述 168

10.2光纤传光原理及其特性 168

10.3光纤的特性 170

10.3.1光纤的传输损耗 170

10.3.2光纤的传输频带特性 172

10.3.3光纤的强度 173

10.4光强度调制光纤传感器 173

10.4.1迅衰场光纤传感器 173

10.4.2反射系数光纤传感器 174

10.4.3移动光栅光纤传感器 174

10.4.4双金属光纤温度传感器 175

10.4.5微弯光纤传感器 176

10.5光相位调制光纤传感器 177

10.5.1工作原理 177

10.5.2应用 177

10.5.3空气光路干涉仪 177

10.5.4光纤干涉传感器 179

10.6光频率调制光纤传感器 180

习题与思考题 181

11 汽车传感器 182

11.1概述 182

11.1.1汽车传感器的功能 182

11.1.2汽车传感器的类型 183

11.1.3汽车传感器的性能要求 184

11.1.4汽车传感器的未来发展 184

11.2汽车温度传感器 185

11.2.1汽车温度传感器的性能与类型 185

11.2.2热敏电阻式温度传感器的结构与检修 187

11.2.3气体温度传感器的结构与检修 194

11.2.4热敏铁氧体温度传感器的结构与检修 196

11.2.5温度传感器检修实例 197

11.3汽车压力传感器 205

11.3.1汽车压力传感器的功能和类型 205

11.3.2真空开关的结构与检修 205

11.3.3油压开关的结构与检修 206

11.3.4油压传感器的结构与检修 207

11.3.5绝对压力型高压传感器的结构与检修 207

11.3.6相对压力型高压传感器的结构与检修 208

11.3.7进气支管压力传感器的结构与检修 208

11.3.8涡轮增压传感器的结构与检修 211

11.3.9制动总泵压力传感器的结构与检修 212

11.3.10压力传感器检修实例 213

11.4汽车其他传感器 214

11.4.1空气流量传感器 214

11.4.2气体浓度传感器 215

11.4.3转速传感器 216

11.4.4位置与角速度传感器 216

11.4.5加速度与振动传感器 217

习题与思考题 217

12 检测电路 218

12.1概述 218

12.2电压和电流放大电路 218

12.2.1信号源及其等效电路 218

12.2.2集成运算放大器 219

12.2.3比例放大电路 219

12.2.4仪用放大器 220

12.2.5三运放测量放大器 221

12.3电桥及其放大电路 225

12.3.1电桥 225

12.3.2电桥放大器 226

12.4高输入阻抗放大器 227

12.4.1自举反馈型高输入阻抗放大器 227

12.4.2场效应管高输入阻抗差动放大器及计算 230

12.4.3高输入阻抗放大器信号保护 232

12.4.4高输入阻抗放大器制作装配工艺 233

12.5低噪声放大电路 234

12.5.1噪声的基本知识 234

12.5.2噪声电路计算 236

12.5.3信噪比与噪声系数 237

12.5.4晶体三极管的噪声 239

12.5.5低噪声电路设计原则 243

习题与思考题 244

13 传感器的技术处理 245

13.1概述 245

13.2传感器的匹配技术 245

13.2.1高输入阻抗放大器 245

13.2.2变压器匹配 246

13.2.3电荷放大器 246

13.3传感器的非线性校正技术 247

13.3.1用硬件电路实现非线性特性的线性化 247

13.3.2用软件实现非线性特性线性化 250

13.3.3应用范例——利用曲线拟合方法进行磁传感器的非线性处理 255

13.4传感器的抗干扰处理方法 256

13.4.1供电系统的抗干扰设计 256

13.4.2采用滤波技术消除干扰 257

13.4.3采用接地技术抑制干扰 258

13.4.4信号传输通道的抗干扰设计 258

13.4.5从元器件方面消除干扰的措施 259

13.5正确选用传感器的原则 260

13.5.1与传感器特性有关的因素 261

13.5.2根据实际用途选择传感器 261

习题与思考题 262

参考文献 263