传感器原理与应用PDF电子书下载

第一章 传感器的基本概念 1

第一节 传感器的定义与组成 1

第二节 传感器的分类 1

一、按工作机理分类 3

二、按被测量分类 3

三、按敏感材料分类 6

四、按能量的关系分类 6

五、其他分类法 6

第三节 传感器的技术特点 7

一、内容范围广且离散 7

二、知识密集程度甚高、边缘学科色彩极浓 7

三、技术复杂、工艺要求高 7

四、功能优、性能好 7

五、品种繁多、应用广泛 7

第四节 传感器的数学模型概述 8

一、静态模型 8

二、动态模型 8

第五节 传感器的基本特性 10

一、静态特性 10

二、动态特性 13

习题与思考题 16

第二章 电阻式传感器 18

第一节 电位器式电阻传感器 18

一、线绕式电位器传感器 18

二、非线绕式电位器 21

第二节 应变式电阻传感器 22

一、应变效应 22

二、电阻应变片的结构和工作原理 23

三、电阻应变片的种类 24

四、电阻应变片的测量电路 26

第三节 电阻式传感器应用举例 32

一、电阻应变仪 32

二、电位器式压力传感器 33

三、电阻应变片在轧制力检测中的应用 33

四、应变传感器在衡器中的应用 35

五、应变传感器对加速度的测量 37

习题与思考题 38

第三章 电容式传感器 39

第一节 电容式传感器的工作原理和结构 39

一、基本工作原理 39

二、变极距型电容式传感器 40

三、变极板面积型电容式传感器 41

四、变介质型电容式传感器 42

五、电容位移传感器的结构形式 42

六、电容式传感器的输出特性 42

第二节 电容式传感器的等效电路 44

第三节 电容式传感器的测量电路 45

一、调频电路 45

二、谐振电路 47

三、运算放大器式电路 47

四、二极管双T形交流电桥 48

五、脉冲宽度调制电路 48

六、电桥电路 50

第四节 电容式传感器应用举例 51

一、电容传感器在板材轧制装置中的应用——电容式测厚仪 51

二、电容传感器在真空注油机溢油自动控制中的应用 53

三、电容式压力传感器 55

四、高分子电容式湿度变送器 55

五、石英挠性伺服加速度计 56

习题与思考题 57

第四章 电感式传感器 58

第一节 变磁阻式传感器 58

一、结构和工作原理 58

二、等效电路 59

三、变气隙式电感传感器输出特性 60

四、差动自感传感器 60

第二节 互感式传感器 63

一、结构与工作原理 63

二、等效电路 64

三、测量电路 65

第三节 电涡流式传感器 68

一、基本原理 68

二、等效电路 69

三、测量电路 70

第四节 电感式传感器应用举例 71

一、差动式电感测厚仪 71

二、涡流式传感器应用举例 72

习题与思考题 74

第五章 压电式传感器 75

第一节 压电效应和压电材料 75

一、压电效应 75

二、压电材料简介 75

三、石英晶体的压电特性 76

四、压电陶瓷的压电现象 78

第二节 压电传感器等效电路和测量电路 79

一、压电晶片的连接方式 79

二、压电传感器的等效电路 80

三、压电传感器的测量电路 81

第三节 压电传感器应用举例 84

一、压电式测力传感器 85

二、压电式压力传感器 87

三、压电式加速度传感器 87

四、微重力压电晶体生物传感器 88

习题与思考题 89

第六章 热电式传感器 90

第一节 热电偶 90

一、热电效应 90

二、热电偶基本定律 92

三、热电偶结构和种类 94

四、热电偶实用测量电路 97

五、热电偶冷端补偿方式 99

第二节 热电阻 101

一、常用的几种热电阻 101

二、热电阻的测量电路与应用举例 105

第三节 热敏电阻 107

一、热敏电阻的结构形式 107

二、热敏电阻的温度特性 107

三、热敏电阻输出特性的线性化处理 108

第四节 PN结型温度传感器 111

一、温敏二极管 111

二、温敏三极管 112

三、集成温度传感器 113

第五节 热电式温度传感器应用举例 116

一、温敏二极管的温度调节 器 116

二、温敏晶体管的温差检测电路 116

三、集成温度传感器的典型应用 117

四、基于热电偶的多功能高精度钢水测温仪 120

习题与思考题 123

第七章 光电式传感器 125

第一节 光电效应 125

一、外光电效应 125

二、内光电效应 126

第二节 外光电效应的光电器件 127

一、光电管及其基本特性 127

二、光电倍增管及其基本特性 128

第三节 内光电效应器件 130

一、光敏电阻 130

二、光电池 133

三、光敏二极管和光敏三极管 135

第四节 新型光电传感器 138

一、高速光电二极管 138

二、色敏光电传感器 139

三、光位置传感器 139

四、光固态图像传感器 140

第五节 光电传感器应用举例 145

一、烟尘浊度监测仪 145

二、光电转速传感器 145

三、光电池应用 146

习题与思考题 151

附表7-1 光电管参数 152

附表7-2 光电倍增管参数 152

附表7-3 光敏电阻参数 153

附表7-4 2CR型硅光电池参数 154

附表7-5 2CU型硅光敏二极管参数 154

附表7-6 3DU型硅光敏三极管参数 155

第八章 气、湿敏传感器 156

第一节 半导体气敏传感器 156

一、电阻型半导体气敏材料的导电机理 157

二、电阻型半导体气敏传感器的结构 157

三、气敏器件的基本特性 159

四、非电阻型气敏器件 161

第二节 湿敏传感器 162

一、水分子亲和力型湿敏元件 163

二、非水分子亲和力型湿敏传感器 168

第三节 气、湿敏传感器应用举例 168

一、SnO2气敏传感器的自动吸排油烟机 168

二、便携式缺氧监视器 169

三、SMC-2型湿度传感器及其测量电路 170

四、自动去湿器 172

习题与思考题 173

第九章 磁敏式传感器 174

第一节 霍尔传感器 174

一、霍尔效应和工作原理 174

二、霍尔元件的主要技术参数 177

三、霍尔元件连接方式和输出电路 178

四、霍尔元件的测量误差和补偿方法 180

第二节 磁敏电阻器 182

一、磁阻效应 183

二、磁敏电阻的结构 183

第三节 磁敏二极管和磁敏三极管 184

一、磁敏二极管的结构和工作原理 184

二、磁敏三极管的结构和工作原理 188

第四节 磁敏式传感器应用举例 191

一、霍尔位移传感器 191

二、汽车霍尔点火器 191

三、磁敏二极管漏磁探伤仪 192

四、磁敏三极管电位器 193

五、锑化铟（InSb）磁阻传感器在磁性油墨鉴伪点钞机中的应用 193

习题与思考题 195

第十章 辐射式传感器 196

第一节 红外辐射传感器 196

一、红外辐射的基本特点 196

二、红外辐射的基本定律 197

三、红外探测器（传感器） 199

第二节 超声波传感器 201

一、超声波的基本特性 202

二、超声波传感器 205

第三节 核辐射传感器 206

一、核辐射源——放射性同位素 206

二、核辐射的物理特性 207

三、核辐射传感器 209

第四节 辐射式传感器应用举例 210

一、红外气体分析仪 210

二、红外无损探伤仪 211

三、超声波测量厚度——脉冲反射式超声测厚仪 212

四、超声波诊断仪 215

五、核辐射流量计 217

六、核辐射测厚仪 217

习题与思考题 218

第十一章 数字式传感器 219

第一节 栅式数字传感器 219

一、栅式数字传感器的分类 219

二、栅式传感器的结构和工作原理 220

三、栅式传感器的测量电路 223

第二节 编码器 226

一、接触式编码器 227

二、光电式编码器 229

三、电磁式编码器 231

四、脉冲盘式数字传感器 231

第三节 频率式数字传感器 232

一、RC振荡器式频率传感器 232

二、弹性体频率式传感器 233

三、频率式传感器的基本测量电路 235

第四节 感应同步器 236

一、感应同步器的类型 236

二、感应同步器的结构 237

三、感应同步器的工作原理 238

第五节 数字式传感器应用举例 239

一、光电增量编码器在电脑绣花机中的应用 239

二、转速测量 241

三、压控振荡式频率传感器在测温上的应用 241

习题与思考题 242

第十二章 新型传感器 243

第一节 光纤传感器 243

一、光纤结构 243

二、光纤的传光原理 244

三、光纤分类 245

四、光纤传感器基本工作原理及类型 247

五、光纤传感器的调制器原理 249

六、光纤传感器应用举例 257

第二节 激光探测器（传感器） 263

一、激光产生的机理 263

二、激光的特性 263

三、激光器及其特性 264

四、激光探测器的应用 265

第三节 生物分子传感器① 267

一、生物分子传感器的基本结构与工作原理 267

二、酶传感器及其应用 270

三、微生物传感器及其应用 275

四、免疫传感器及其应用 282

五、生物电子学传感器及其应用 289

第四节 仿生传感器 292

一、仿生传感器的主要类型及其作用 292

二、视觉传感器 293

三、听觉传感器 295

四、接触觉传感器 296

五、压觉传感器 297

六、接近觉传感器 299

七、力觉传感器 300

八、滑觉传感器 300

第五节 超导传感器① 301

一、超导效应 301

二、SCQID超导传感器的工作原理 302

三、几种超导传感器件的结构 303

四、超导传感器 304

五、SCQID测量系统 307

第六节 智能传感器 308

一、智能传感器的定义及其功能 308

二、传感器智能化的技术途径 309

三、智能传感器举例 311

四、智能传感器的发展前景 312

习题与思考题 314

第十三章 正确使用传感器的一些技术问题 316

第一节 传感器非线性处理方法 316

一、硬件线性化处理方法 316

二、软件线性方法 318

第二节 传感器的正确选用 328

一、与测量条件有关的因素 329

二、与传感器有关的技术指标 329

三、与使用环境条件有关的因素 329

四、与购买和维修有关的因素 329

习题与思考题 330

附录实验内容 331

参考文献 332