传感器技术及其工程应用PDF电子书下载

第1章　传感器技术基础 1

1.1 自动测控系统与传感器 1

1.1.1 自动测控系统 1

1.1.2　传感器 2

1.2　传感器的分类 3

1.2.1　按被测物理量分类 3

1.2.2　按传感器工作原理分类 3

1.3　传感器的数学模型 5

1.3.1　传感器的静态数学模型 5

1.3.2　传感器的动态数学模型 6

1.4　传感器的特性与技术指标 7

1.4.1　静态特性 7

1.4.2　动态特性 9

1.5　传感器的材料与制造 11

1.5.1　传感器的材料 11

1.5.2　传感器制造技术 13

1.6　提高传感器性能的方法 14

1.6.1　传感器性能指标 14

1.6.2　提高性能指标的方法 15

1.7　传感器的标定与校准 16

1.7.1　标定与校准的方法 16

1.7.2　静态标定 16

1.7.3　动态标定 17

1.8　习题 17

第2章　温度传感器 18

2.1　温度测量概述 18

2.2　热电偶传感器 18

2.2.1　热电偶测温原理 19

2.2.2　热电偶的结构形式和标准化热电偶 21

2.2.3　热电偶测温及参考端温度补偿 24

2.3　金属热电阻传感器 26

2.3.1　热电阻的温度特性 26

2.3.2　热电阻传感器的结构 27

2.4　集成温度传感器 27

2.4.1 集成温度传感器基本工作原理 28

2.4.2　电压输出型集成温度传感器 28

2.4.3　电流输出型集成温度传感器 28

2.5　半导体热敏电阻 29

2.5.1　热敏电阻的（Rt—t）特性 29

2.5.2　热敏电阻温度测量非线性修正 29

2.6　负温度系数热敏电阻 30

2.6.1　负温度系数热敏电阻性能 30

2.6.2　负温度系数热敏电阻温度方程 31

2.6.3 负温度系数热敏电阻主要特性 31

2.7　温度传感器应用实例 32

2.7.1　双金属温度传感器的应用 32

2.7.2　热敏电阻温度传感器的应用 34

2.7.3　晶体管温度传感器的应用 35

2.7.4　集成温度传感器应用举例 36

2.7.5　家用空调专用温度传感器 37

2.7.6　冰箱、冰柜专用温度传感器 38

2.7.7　热水器专用温度传感器 39

2.7.8　汽车发动机控制系统专用温度传感器 40

2.8　实训 40

2.9　习题 41

第3章　力传感器 42

3.1　弹性敏感元件 42

3.1.1　弹性敏感元件的特性 42

3.1.2　弹性敏感元件的分类 43

3.2　电阻应变片传感器 46

3.2.1　电阻应变片的工作原理 46

3.2.2　电阻应变片的分类 46

3.2.3　电阻应变片的测量电路 48

3.3　压电传感器 49

3.3.1　石英晶体的压电效应 49

3.3.2　压电陶瓷的压电效应 50

3.3.3　压电式传感器的测量电路 51

3.3.4　压电式传感器的结构 54

3.3.5　单片集成硅压力传感器 54

3.4　电容式传感器 55

3.4.1　变极距式电容传感器 56

3.4.2　变面积式电容传感器 57

3.4.3　变介电常数式电容传感器 58

3.4.4　电容式传感器测量电路 59

3.5　电感式传感器 61

3.5.1　自感式传感器 61

3.5.2　测量电路 62

3.5.3　互感式传感器 63

3.5.4　差动变压器式传感器测量电路 65

3.6　力传感器应用实例 66

3.6.1　煤气灶电子点火器 66

3.6.2　压电式玻璃破碎报警器 66

3.6.3　2S5M压力传感器应用电路举例 67

3.6.4　指套式电子血压计 67

3.6.5　CL-YZ-320型力敏传感器介绍 68

3.7 实训 69

3.8　习题 70

第4章　光电式传感器 71

4.1　光电效应 71

4.1.1　外光电效应 71

4.1.2　内光电效应 71

4.1.3　光生伏打效应 72

4.2　光电器件 72

4.2.1　光电管和光电倍增管 72

4.2.2　光敏电阻 73

4.2.3　光敏二极管和光敏晶体管 74

4.2.4　光电池 75

4.2.5　光电元件的特性 75

4.2.6　光耦合器件 79

4.3　红外线传感器 81

4.3.1　概述 81

4.3.2　热释电型红外传感器 82

4.4　色彩传感器 84

4.5 CZG-GD-500系列紫外火焰传感器 86

4.6　光纤传感器 87

4.6.1　光纤传感元件 87

4.6.2　常用光纤传感器 89

4.7　光传感器应用实例 90

4.7.1 自动照明灯 90

4.7.2　光电式数字转速表 90

4.7.3　物体长度及运动速度的检测 91

4.7.4　红外自动干手器 93

4.7.5　手指光反射测量心率方法 93

4.7.6　条形码扫描笔 94

4.7.7　插卡式电源开关 95

4.8　实训 95

4.9　习题 96

第5章　图像传感器 98

5.1　CCD图像传感器 98

5.1.1　CCD电荷耦合器件 98

5.1.2　CCD图像传感器 100

5.1.3　CCD图像传感器的应用 101

5.2　CMOS图像传感器 102

5.2.1　CMOS型光电转换器件 102

5.2.2　CMOS图像传感器 103

5.2.3　CMOS图像传感器的应用 104

5.3 CCD和CMOS图像传感器应用实例 104

5.3.1　月票自动发售机 104

5.3.2　数字摄像机 105

5.3.3　数码相机 105

5.3.4　彩信手机 106

5.3.5　计算机摄像头 107

5.3.6　光纤内窥镜 107

5.4　实训 108

5.5 习题 108

第6章　霍尔传感器及其他磁传感器 109

6.1　霍尔传感器工作原理 109

6.1.1　霍尔效应 109

6.1.2　霍尔元件的主要技术参数 111

6.2　霍尔传感器 112

6.2.1　霍尔开关集成传感器 112

6.2.2　霍尔线性集成传感器 113

6.3　其他磁传感器 113

6.3.1　磁阻元件 113

6.3.2　磁敏二极管 114

6.3.3　磁敏晶体管 115

6.4　霍尔传感器及其他磁传感器应用实例 116

6.4.1　霍尔汽车无触点点火器 116

6.4.2　霍尔无刷直流电动机 117

6.4.3　自动供水装置 117

6.5　实训 119

6.6　习题 119

第7章　位移传感器 121

7.1　机械位移传感器 121

7.1.1　电位器式位移传感器 121

7.1.2　电容式位移传感器 122

7.1.3　螺线管式电感位移传感器 123

7.1.4　差动变压器 123

7.2　光栅位移传感器 124

7.2.1　莫尔条纹 124

7.2.2　光栅位移传感器的结构及工作原理 125

7.2.3　光栅位移传感器的应用 125

7.3　磁栅位移传感器 125

7.4　接近传感器 126

7.4.1　电容式接近传感器 127

7.4.2　电感式接近传感器 127

7.4.3　热释电红外传感器接近电路 127

7.5　转速传感器 128

7.5.1　磁电式转速传感器 128

7.5.2　光电式转速传感器 129

7.6　多普勒传感器 130

7.6.1　多普勒效应 130

7.6.2　多普勒雷达测速 131

7.7　液位传感器 131

7.7.1　导电式水位传感器 131

7.7.2　压差式液位传感器 132

7.8　流量及流速传感器 133

7.8.1　电磁式流量传感器 134

7.8.2　涡轮式流速传感器 135

7.9　实训 136

7.10　习题 137

第8章　气体和湿度传感器 138

8.1　气体传感器 138

8.1.1　半导体气体传感器 139

8.1.2　固体电解质式气体传感器 140

8.1.3　接触燃烧式气体传感器 140

8.1.4　电化学式气体传感器 141

8.1.5　集成型气体传感器 141

8.1.6　气体传感器的应用 142

8.1.7　烟雾传感器 143

8.2　湿度传感器 143

8.2.1　概述 143

8.2.2　陶瓷型湿度传感器 145

8.2.3　有机高分子湿度传感器 146

8.2.4　半导体型湿度传感器 147

8.2.5　含水量检测 148

8.3　气体和湿度传感器的应用 149

8.3.1　气体报警器 149

8.3.2　自动空气净化换气扇 149

8.3.3　自动去湿装置 149

8.3.4　录像机结露报警控制电路 150

8.3.5　气体报警器与控制器电路 150

8.4　实训 151

8.5　习题 152

第9章　生物、波、机器人、指纹传感器 153

9.1　生物传感器 153

9.1.1　概述 153

9.1.2　生物传感器的工作原理及结构 154

9.2　微波传感器 158

9.2.1　概述 158

9.2.2　微波传感器及其分类 159

9.2.3　微波传感器的优点及存在的问题 159

9.2.4　微波传感器的应用——微波温度传感器 159

9.3　超声波传感器 160

9.3.1　超声波传感器的物理基础 160

9.3.2　超声波换能器及耦合技术 162

9.3.3　超声波传感器的应用 164

9.4　机器人传感器 167

9.4.1　机器人与传感器 167

9.4.2　机器人传感器的分类 167

9.4.3　触觉传感器 168

9.4.4　接近觉传感器 170

9.4.5　视觉传感器 171

9.4.6　听觉、嗅觉、味觉及其他传感器 173

9.5　指纹传感器 175

9.5.1　指纹识别技术 175

9.5.2　指纹传感器 176

9.6　实训 178

9.7　习题 178

第10章　传感器接口电路 180

10.1　传感器输出信号的处理方法 180

10.1.1　输出信号的特点 180

10.1.2　输出信号的处理方法 181

10.2　传感器信号检测电路 181

10.2.1　检测电路的形式 181

10.2.2　常用电路 182

10.3　传感器和微型计算机的连接 187

10.3.1 检测信号在输入微型计算机前的处理 187

10.3.2　模—数转换电路 188

10.3.3　电压—频率转换电路 190

10.4　传感器接口电路应用实例 191

10.5　实训 192

10.6　习题 193

第11章　智能传感器 194

11.1　智能传感器概述 194

11.1.1　智能传感器的功能 194

11.1.2　智能传感器的层次结构 195

11.1.3　智能传感器的实现 196

11.2　计算型智能传感器 197

11.2.1　计算型智能传感器的构成方式 197

11.2.2　计算型智能传感器的基本结构 197

11.3　特殊材料型智能传感器 200

11.4　几何结构型智能传感器 200

11.5　智能传感器实例 201

11.5.1　智能压力传感器 201

11.5.2　气象参数测试仪 201

11.5.3　汽车制动性能检测仪 202

11.5.4　轮速智能传感器 203

11.5.5　车载信息系统 204

11.6　多传感器融合系统 205

11.6.1　多传感器融合 205

11.6.2　数据融合 206

11.6.3　多传感器融合系统的应用 206

11.7　模糊传感器 207

11.7.1　模糊语言和模糊传感器 207

11.7.2　模糊传感器的结构及实现方法 207

11.7.3　模糊传感器的应用 208

11.8　微机电系统 209

11.8.1　微机电系统的特点 209

11.8.2　声表面波叉指换能器 210

11.8.3　叉指换能器振荡器式微传感器 210

11.8.4　反射波阵列式微加速度传感器 211

11.8.5　微加速度传感器和微陀螺仪组合 212

11.9　实训 213

11.10　习题 213

第12章　传感器网络 215

12.1　传感器网络概述 215

12.1.1　传感器网络的作用 215

12.1.2　传感器网络的结构 216

12.2　传感器网络信息交换体系 217

12.3 OSI开放系统互连参考模型 218

12.3.1　OSI参考模型的层次结构 218

12.3.2　OSI参考模型各层规范的功能 219

12.4　传感器网络通信协议 220

12.4.1　汽车协议及其应用 221

12.4.2　工业网络协议 223

12.4.3　办公室与楼宇自动化网络协议 224

12.4.4　家庭自动化网络协议 225

12.5　无线传感器网络 226

12.5.1　无线传感器网络的结构 226

12.5.2　传感器节点的设计 228

12.5.3　无线传感器网络的应用 229

12.6　实训 230

12.7　习题 230

参考文献 232