传感器技术及其应用PDF电子书下载

第1章 传感器基础知识 1

1.1 传感器的地位与作用 1

1.2 传感器定义与分类 2

1.2.1 传感器定义 2

1.2.2 传感器分类 3

1.3 传感器与传感技术 3

1.4 传感技术的特点 4

1.5 传感器技术的发展方向 5

1.6 本章小结 6

习题 6

第2章 传感器特性 7

2.1 传感器的静态特性 7

2.1.1 线性度 7

2.1.2 灵敏度 11

2.1.3 迟滞差 12

2.1.4 灵敏度界限（阈值） 12

2.1.5 稳定性 12

2.2 传感器的动态特性 12

2.2.1 传感器动态特性的数学模型 13

2.2.2 传感器的传递函数 15

2.2.3 频率响应函数 15

2.2.4 冲激响应函数 16

2.2.5 频率响应分析 17

2.3 传感器的静态特性标定 21

2.3.1 静态标准条件 21

2.3.2 标定仪器设备的精度等级的确定 21

2.3.3 静态特性标定的方法 21

2.4 传感器的动态特性标定 22

2.5 本章小结 24

习题 25

第3章 电位器式传感器 26

3.1 线性电位器 26

3.1.1 空载特性 26

3.1.2 阶梯特性、阶梯误差和分辨率 28

3.2 非线性电位器 28

3.2.1 变骨架式非线性电位器 29

3.2.2 变节距式非线性电位器 30

3.2.3 分路（并联）电阻式非线性电位器 31

3.3 负载特性与负载误差 32

3.4 结构与材料 34

3.5 电位器式传感器 35

3.5.1 电位器式位移传感器 35

3.5.2 电位器式压力传感器 35

3.5.3 电位器式加速度传感器 36

3.6 电位器式传感器应用设计 36

3.6.1 电位器式液位传感器设计 36

3.6.2 电位器式角度指示仪设计 37

3.6.3 汽车前轮转向角的简易测量系统设计 37

3.6.4 电位器性能测试系统的设计 39

3.7 本章小结 40

习题 41

第4章 应变式传感器 42

4.1 电阻应变计结构及测量原理 42

4.2 电阻应变效应 43

4.3 应变计型号命名规则 44

4.4 应变计主要特性 44

4.4.1 应变计的灵敏度系数 44

4.4.2 横向效应 45

4.4.3 滞后、漂移 46

4.4.4 应变极限、疲劳寿命 46

4.4.5 绝缘电阻、最大工作电流 46

4.4.6 应变片的电阻值 47

4.5 测量电路 47

4.5.1 直流电桥 47

4.5.2 交流电桥 48

4.5.3 应变片的温度误差及其补偿 49

4.6 电阻应变仪 53

4.6.1 电阻应变仪 53

4.6.2 遥测应变仪实例——汽轮机长叶片动应力的遥测 54

4.7 应变式传感器 55

4.7.1 应变式力传感器 55

4.7.2 应变式压力传感器 59

4.7.3 应变式加速度传感器 60

4.8 新型的微应变式传感器 61

4.8.1 压阻效应 61

4.8.2 微型硅应变式传感器 62

4.8.3 X型硅压力传感器 63

4.8.4 薄膜应变式传感器 64

4.9 电阻应变式传感器应用设计 64

4.9.1 设计任务 64

4.9.2 设计目的 64

4.9.3 设计要求 64

4.9.4 设计提示与分析 65

4.10 本章小结 67

习题 68

第5章 电容式传感器 69

5.1 可变电容器 69

5.2 电容式传感器的工作原理 70

5.2.1 变极板间距离式电容传感器 70

5.2.2 变面积式电容传感器 71

5.2.3 变介电常数型电容传感器 71

5.2.4 差动式电容传感器 72

5.3 电容式传感器的测量电路 73

5.3.1 测量电路的基本问题 73

5.3.2 脉宽调制电路 77

5.4 电容式传感器应用 78

5.4.1 电容式液位传感器 78

5.4.2 电容式压力传感器 79

5.4.3 电容式加速度计 79

5.4.4 电容式测厚传感器 80

5.5 本章小结 80

习题 80

第6章 压电传感器 81

6.1 压电效应 81

6.1.1 石英晶体的压电效应 81

6.1.2 压电方程 82

6.2 压电材料 84

6.2.1 石英晶体 84

6.2.2 人工陶瓷 84

6.2.3 新型压电材料 85

6.3 压电传感器的测量电路 86

6.3.1 等效电路 86

6.3.2 电荷放大器 87

6.3.3 电压放大器 88

6.4 压电传感器及其应用 90

6.4.1 基本应用 90

6.4.2 加速度传感器 91

6.5 压电谐振式传感器 93

6.5.1 工作原理 93

6.5.2 石英晶体谐振式温度传感器 93

6.5.3 石英晶体谐振式压力传感器 94

6.5.4 石英晶体谐振式质量传感器 95

6.6 本章小结 96

习题 96

第7章 磁电式传感器 97

7.1 变磁阻式传感器 97

7.1.1 电感式传感器 97

7.1.2 差动电感式传感器 99

7.1.3 差动变压器式传感器 99

7.1.4 电动式传感器 101

7.2 霍尔传感器 102

7.2.1 霍尔磁敏传感器 102

7.2.2 工作原理 102

7.2.3 结构及其特性分析 103

7.2.4 霍尔元件的驱动电路 104

7.2.5 霍尔元件的误差分析及补偿 104

7.2.6 霍尔传感器的应用 105

7.3 磁敏二极管和磁敏三极管 106

7.3.1 磁敏二极管的工作原理和主要特性 106

7.3.2 磁敏三极管的工作原理和主要特性 108

7.4 巨磁电阻磁传感器 110

7.4.1 电子自旋 111

7.4.2 常见的磁电阻体系 111

7.4.3 巨磁电阻传感器的检测电路 112

7.4.4 GMR传感器应用实例 112

7.5 巨磁阻抗磁传感器 113

7.5.1 巨磁阻抗效应原理 113

7.5.2 巨磁阻抗传感器典型电路 115

7.5.3 巨磁阻抗传感器的应用 116

7.6 本章小结 116

习题 116

第8章 热电式传感器 118

8.1 热电偶温度传感器 118

8.1.1 热电偶的基本性质 118

8.1.2 热电偶的结构 120

8.1.3 热电偶的分度表 120

8.1.4 热电偶的冷端温度补偿 121

8.1.5 热电偶测温线路 122

8.2 热电阻温度传感器 123

8.2.1 常用热电阻 123

8.2.2 热电阻的测量电路 125

8.3 半导体温度传感器 126

8.3.1 半导体热敏电阻 126

8.3.2 PN结型热敏器件 132

8.3.3 集成（IC）温度传感器 134

8.3.4 半导体光纤温度传感器 136

8.3.5 非接触型半导体温度传感器 137

8.4 半导体传感器应用设计实例 140

8.4.1 设计任务 140

8.4.2 设计要求 140

8.4.3 设计提示与分析 140

8.5 本章小结 145

习题 145

第9章 光电传感器 146

9.1 概述 146

9.2 光电探测器的物理基础 146

9.2.1 光电探测的物理效应及其特性表示 146

9.2.2 光热效应和光子效应的区别 148

9.2.3 光电探测器的特性表示法 148

9.3 光电探测器 149

9.3.1 光电管 149

9.3.2 光电倍增管 151

9.3.3 光敏电阻 151

9.3.4 光电二极管和光电三极管 152

9.3.5 光电池 152

9.3.6 光电耦合器件 153

9.4 各类光电探测器的性能特点 154

9.4.1 光电子发射探测器的特点 154

9.4.2 光电导探测器的特点 154

9.4.3 光伏探测器的特点 155

9.4.4 热探测器的特点 155

9.5 光电成像器件 156

9.6 电荷耦合器件及其应用系统设计 156

9.6.1 电荷耦合器件工作原理及其应用特点 156

9.6.2 CCD成像器件的特征参量及其评价 161

9.6.3 CCD的工程技术应用 162

9.6.4 CCD图像传感器在微光电视系统中的应用 168

9.7 红外凝视成像系统及应用 169

9.7.1 红外凝视成像系统的组成和工作原理 169

9.7.2 凝视成像系统的优点 171

9.7.3 应用 171

9.8 紫外探测器件及应用 171

9.8.1 紫外探测器件 172

9.8.2 紫外器件的主要应用 174

9.9 光纤传感器 177

9.9.1 光纤传感器的背景 177

9.9.2 光纤传感器的组成及工作原理 177

9.9.3 光纤传感器分类 178

9.9.4 光纤导光原理 178

9.9.5 光纤传感器的应用举例 179

9.9.6 光纤传感器的优点 181

9.10 本章小结 182

习题 182

第10章 化学与生物传感器 183

10.1 概述 183

10.1.1 化学传感器 183

10.1.2 生物传感器 184

10.2 气体传感器 184

10.2.1 气体传感器的分类和工作原理 184

10.2.2 常见气体传感器的原理与应用 185

10.2.3 气体传感器的应用实例 190

10.3 湿敏传感器 192

10.3.1 湿度的定义及其表示方法 192

10.3.2 湿敏传感器的定义、性能参数及特性 192

10.3.3 湿敏传感器的分类 193

10.3.4 常用湿敏传感器的基本原理 193

10.3.5 湿敏传感器的测量电路 196

10.4 生物传感器 198

10.4.1 生物传感器组成及工作原理 199

10.4.2 生物传感器分类 200

10.4.3 生物传感器的特点 201

10.4.4 主要生物传感器介绍 201

10.4.5 生物传感器应用举例 206

10.4.6 生物传感器的发展趋势与展望 208

10.5 本章小结 209

习题 209

第11章 智能化网络化传感器技术 210

11.1 智能传感器的分类 211

11.2 智能传感器的构成、功能与特点 211

11.2.1 智能传感器的构成 211

11.2.2 智能传感器的功能 211

11.2.3 智能传感器的特点 212

11.3 传感器智能化方法 213

11.3.1 非集成智能传感器的实现方法 213

11.3.2 集成智能传感器的实现方法 213

11.4 传感器网络 214

11.5 无线传感器网络 216

11.5.1 无线传感器网络（WSN）的特点 217

11.5.2 WSN的网络结构 218

11.5.3 无线传感器节点 218

11.5.4 无线通信的几种技术方法 219

11.5.5 无线传感器网络标准 222

11.5.6 无线传感器节点的应用介绍 224

11.6 本章小结 225

习题 225

参考文献 226