传感器及其应用PDF电子书下载

第1章 引言 1

1.1传感器的发展和作用 1

1.2传感器的概念 2

1.3传感器的分类 3

1.4传感器的性能和评价 4

1.4.1传感器的静态特性 5

1.4.2传感器的动态特性 7

参考文献 16

第2章 应变式传感器 17

2.1电阻应变效应 17

2.1.1电阻应变效应 17

2.1.2应变计的分类 18

2.1.3应变计型号命名规则 21

2.2应变计的主要特性 21

2.2.1应变计的灵敏度系数 22

2.2.2横向效应 22

2.2.3应变计的动态特性 24

2.2.4其他特性参数 26

2.3应变计的粘贴 27

2.4电桥原理及电阻应变计桥路 28

2.4.1直流电桥的特性方程及平衡条件 28

2.4.2直流电桥的电压灵敏度 28

2.4.3交流电桥的平衡条件和电压输出 30

2.5温度误差及其补偿 31

2.5.1温度误差产生的原因 31

2.5.2温度补偿方法 33

2.6电阻应变仪 35

2.7应变式传感器 38

2.7.1弹性敏感元件 38

2.7.2应变式测力与称重传感器 39

2.7.3应变式压力传感器 44

2.7.4应变式加速度传感器 46

2.8几种新型的微应变式传感器 47

2.8.1压阻效应 47

2.8.2敏感元件加工新技术 48

2.8.3微型硅应变式传感器 50

2.8.4 X型硅压力传感器 51

2.8.5薄膜应变式传感器 52

参考文献 52

第3章 光电式传感器 53

3.1光电效应 53

3.1.1外光电效应 53

3.1.2内光电效应 54

3.2热释电效应 56

3.3光的吸收系数 57

3.4光传感器的特性表示法 58

3.4.1灵敏度 58

3.4.2光谱灵敏度S（λ）与峰值波长 58

3.4.3相对光谱灵敏度Sr（λ） 58

3.4.4积分灵敏度S 59

3.4.5通量阈ΦH 59

3.4.6归一化探测率D 59

3.4.7转换特性Sz（t）和响应时间 60

3.4.8光电器件的频率特性 60

3.4.9光照特性 61

3.4.10温度特性 61

3.4.11伏安特性 61

3.5光电传感器 62

3.5.1光电管 62

3.5.2光电倍增管 63

3.5.3光敏电阻 65

3.5.4光电二极管和光电三极管 72

3.5.5光电池 81

3.5.6 PIN型硅光电二极管 86

3.5.7雪崩式光电二极管（APD） 87

3.5.8半导体色敏传感器 88

3.5.9光电闸流晶体管 89

3.5.10热释电传感器 90

3.5.11达林顿光电三极管 91

3.5.12光电耦合器件 92

3.5.13光导摄像管 92

3.5.14 CCD图像传感器 93

参考文献 96

第4章 光纤传感器 97

4.1光导纤维（光纤） 97

4.1.1光纤的结构 97

4.1.2光在光纤中的传播 98

4.1.3光纤的几个重要参数 99

4.1.4光纤的类型 100

4.2强度型（振幅型）光纤传感器 101

4.2.1反射式光纤位移传感器 101

4.2.2光纤测压传感器 103

4.2.3移动光栅光纤传感器 104

4.2.4微弯光纤传感器 105

4.3干涉型光纤传感器 107

4.3.1基本原理 107

4.3.2光纤（强度）干涉仪 111

4.3.3相位检测中的几个问题 112

4.3.4相位检测方法 117

4.3.5光纤声传感器 121

4.3.6光纤磁传感器 122

4.3.7光纤电流传感器 123

4.3.8光纤线性加速度计 123

4.3.9涡流式光纤流量传感器 124

4.4光纤光栅传感器 124

4.4.1光纤光栅传感器的原理 125

4.4.2光纤光栅成栅方法 126

4.4.3光源 130

4.4.4信号解调 132

4.4.5光纤光栅的灵敏度 135

4.4.6光纤光栅传感器 137

4.4.7光纤光栅传感器网络 143

4.4.8光纤光栅传感器的应用 145

参考文献 145

第5章 变磁阻式传感器 147

5.1电感式传感器 147

5.2差动式电感传感器 129

5.3差动变压器式传感器 151

5.3.1 Π形差动变压器的输出特性 152

5.3.2螺管形差动变压器 153

5.4电动式传感器 156

参考文献 157

第6章 压电传感器 158

6.1晶体的压电效应 158

6.1.1晶体压电效应的说明 158

6.1.2压电方程 158

6.1.3压电材料 160

6.2压电加速度传感器 160

6.2.1压电加速度传感器的工作原理 161

6.2.2压电加速度传感器的结构 162

6.2.3压电加速度传感器的等效电路 164

6.3压电谐振式传感器 166

6.3.1石英晶体谐振式温度传感器 166

6.3.2石英晶体谐振式压力传感器 167

6.3.3压电汞蒸气探测器 169

6.3.4测量液体密度的压电传感器 170

6.4声表面波传感器 171

6.4.1 SAW传感器的基本原理 171

6.4.2 SAW压力传感器 173

6.4.3 SAW热敏传感器 174

6.4.4 SAW气敏传感器 175

6.4.5 SAW电力传感器 176

6.4.6 SAW加速度传感器 177

6.4.7 SAW流量传感器 178

参考文献 179

第7章 压电声传感器 180

7.1厚度振动换能器 180

7.2圆柱形压电换能器 182

7.2.1薄壁圆管的共振频率方程 183

7.2.2开路接收电压灵敏度 183

7.3复合棒压电换能器 184

7.3.1复合棒压电振子的机电等效图 185

7.3.2共振频率方程 186

7.4压电陶瓷双叠片弯曲振动换能器 188

7.4.1弯曲振动压电陶瓷换能器的原理 188

7.4.2弯曲振动压电陶瓷换能器的实例 189

参考文献 190

第8章 半导体传感器 191

8.1半导体温度传感器 191

8.1.1接触型半导体传感器 191

8.1.2非接触型半导体温度传感器 205

8.2半导体湿度传感器 207

8.2.1湿度的定义 208

8.2.2湿度传感器的主要参数 208

8.2.3湿度传感器器件 210

8.2.4半导体陶瓷湿度传感器的检测精度 218

8.3半导体气体传感器 218

8.3.1半导体电阻型气敏器件 219

8.3.2非电阻控制型半导体气敏器件 223

8.3.3半导体气敏传感器的气敏选择性 225

8.3.4纳米技术在半导体陶瓷气体传感器中的应用 226

8.3.5半导体气体传感器的应用 226

8.4半导体磁敏传感器 229

8.4.1磁敏器件的工作原理 229

8.4.2半导体磁敏器件 230

8.4.3磁传感器应用举例 240

8.5半导体射线传感器 243

参考文献 244

第9章 电位器式传感器 245

9.1线性电位器 245

9.1.1空载特性 245

9.1.2阶梯特性、阶梯误差和分辨率 247

9.2非线性电位器 248

9.2.1变骨架式非线性电位器 248

9.2.2变节距式非线性线绕电位器 250

9.2.3分路（并联）电阻式非线性电位器 251

9.3负载特性与负载误差 252

9.4电位器式传感器 254

9.4.1电位器式位移传感器 254

9.4.2电位器式压力传感器 255

9.4.3电位器式加速度传感器 255

参考文献 256

第10章 电容式传感器 257

10.1电容式传感器的基本原理 257

10.1.1变极距型电容传感器 258

10.1.2变面积型电容传感器 260

10.1.3变介质型电容传感器 261

10.2电容传感器的测量电路 262

10.2.1等效电路 262

10.2.2交流电桥 262

10.2.3调频电路 263

10.2.4运算放大器电路 264

10.2.5对T二极管交流电桥 264

10.2.6差动脉冲宽度调制电路 265

10.3电容式传感器及其应用 267

10.3.1电容式压力传感器 267

10.3.2电容式称重传感器 270

10.3.3电容式位移传感器 270

10.3.4电容式加速度传感器 271

10.3.5电容式液位传感器 272

10.3.6电容式传感器的其他应用简介 273

参考文献 276

第11章 Z—半导体敏感元件 277

11.1 Z—半导体敏感元件的由来与特点 277

11.1.1由来 277

11.1.2特点 278

11.2温敏Z—元件的伏安特性 278

11.3基本应用电路 279

11.4应用开发的基本原理 280

11.4.1应用开发综述 280

11.4.2状态转换条件 280

11.4.3基本应用举例 281

11.5力敏Z—元件简介 285

参考文献 285

第12章 MEMS传感器 287

12.1 MEMS的技术特点 287

12.2制备MEMS器件的微细加工技术 288

12.3尺度效应 292

12.4 MEMS传感器 293

12.4.1 MEMS压力传感器 293

12.4.2 MEMS加速度传感器 295

12.4.3 MEMS声传感器 298

12.5 MEMS陀螺仪 299

12.5.1科里奥利力 299

12.5.2敏感原理 300

12.5.3 MEMS陀螺仪结构原理图 301

12.6 MEMS传感器的发展趋势 301

参考文献 303

第13章 传感器电路 305

13.1传感器的匹配 305

13.1.1变压器匹配 305

13.1.2高输入阻抗放大器 305

13.1.3电荷放大器 307

13.2信号处理电路 307

13.2.1滤波电路 307

13.2.2电平转换电路 311

13.2.3采样-保持电路 311

13.2.4 A/D转换电路 311

13.2.5数字信号处理器 313

13.3信号传输 313

13.4抗干扰设计 314

13.4.1电阻器 315

13.4.2电容器 315

13.4.3电感器 316

13.4.4数字器件 317

13.4.5电路干扰的控制 317

13.5实际传感器电路举例 318

13.5.1温度测量电路 318

13.5.2高阻抗差动放大器 319

13.5.3压控可变增益放大器 319

13.5.4绝对值放大器 320

13.5.5容性负载的隔离放大器 320

13.5.6电缆跟随电路 320

13.5.7电流放大器 321

13.5.8求和放大器 321

13.5.9窗口比较器 321

13.5.10峰值电压检波器 321

13.5.11抑制交流声的可调窄带带阻滤波器 322

13.5.12电桥式压力测量电路 322

13.5.13带通滤波器 323

13.5.14防雷器电路 324

13.5.15零点清除电路 324

13.5.16光隔离放大器 325

13.5.17低噪声电压源 325

13.5.18光电二极管放大电路 326

参考文献 326