传感器原理及应用技术 第3版PDF电子书下载

绪论 1

第1章 传感器的特性 5

1.1 传感器的组成与分类 5

1.1.1 传感器的组成 5

1.1.2 传感器的分类 6

1.2 传感器的基本特性 7

1.2.1 静态特性 7

1.2.2 动态特性 14

思考题与习题 16

第2章 热电传感器 17

2.1 热电势式测温传感器 17

2.1.1 工作原理 17

2.1.2 热电偶中引入第三导体 19

2.1.3 标准热电极 20

2.1.4 热电偶冷端温度误差及其补偿 21

2.1.5 常用热电偶的特性 23

2.1.6 热电偶的测量电路 29

2.2 热电阻式温度传感器 33

2.2.1 金属测温电阻器 33

2.2.2 半导体热敏电阻器 37

2.3 PN结型测温传感器 43

2.3.1 温敏二极管及其应用 43

2.3.2 温敏晶体管及其应用 46

2.4 集成电路温度传感器 48

2.4.1 基本原理及PTAT核心电路 49

2.4.2 电压输出型 51

2.4.3 电流输出型 54

2.4.4 可编程集成数字温度传感器 55

2.5 热释电式传感器 56

2.5.1 热释电效应及其机理 56

2.5.2 热释电红外传感器 57

2.5.3 热释电探测模块 59

2.5.4 典型应用 61

2.6 热电传感器应用实例 62

思考题与习题 64

第3章 应变传感器 65

3.1 电阻应变传感器 65

3.1.1 应变片的结构和类型 65

3.1.2 常用的应变片 66

3.2 薄膜应变电阻及传感器 67

3.2.1 薄膜分类 67

3.2.2 薄膜的工作原理 68

3.2.3 薄膜应变传感器的特点 69

3.3 电阻应变传感器使用中应注意的一些问题 71

3.4 电阻应变传感器应用——起重量限制器 73

思考题与习题 75

第4章 磁敏传感器 76

4.1 磁敏传感器的物理基础——霍尔、磁阻、形状效应 76

4.1.1 基础知识 76

4.1.2 霍尔效应 77

4.1.3 磁阻效应 77

4.1.4 形状效应 77

4.2 霍尔元件 78

4.2.1 霍尔元件的工作原理 78

4.2.2 霍尔元件的结构 79

4.2.3 基本电路 79

4.2.4 电磁特性 82

4.2.5 误差分析及误差补偿 83

4.3 磁阻元件 86

4.3.1 长方形磁阻元件 86

4.3.2 科尔宾元件 87

4.3.3 平面电极元件 87

4.3.4 InSb-NiSb共晶磁阻元件 88

4.3.5 曲折形磁阻元件 88

4.3.6 磁阻元件的温度补偿 89

4.4 磁敏二极管 89

4.4.1 磁敏二极管的结构 89

4.4.2 磁敏二极管的工作原理 90

4.4.3 磁敏二极管的特性 91

4.4.4 磁敏二极管的补偿技术 93

4.5 磁敏三极管 94

4.5.1 磁敏三极管的结构 94

4.5.2 磁敏三极管的工作原理 95

4.5.3 磁敏三极管的特性 95

4.5.4 温度补偿技术 97

4.6 磁敏传感器的应用 99

4.6.1 霍尔元件的应用 99

4.6.2 磁阻元件的应用 106

思考题与习题 112

第5章 压电传感器 113

5.1 压电效应 113

5.1.1 石英晶体的压电效应 113

5.1.2 压电常数 115

5.1.3 压电陶瓷的压电效应 116

5.2 压电材料 117

5.2.1 压电晶体 117

5.2.2 压电陶瓷 118

5.2.3 新型压电材料 118

5.3 等效电路与测量电路 119

5.3.1 等效电路 119

5.3.2 测量电路 120

5.4 压电传感器及其应用 124

5.4.1 压电传感器中压电片的连接 124

5.4.2 压电式力传感器 125

5.4.3 压电式压力传感器 127

5.4.4 压电式加速度传感器 128

5.4.5 应用实例 133

思考题与习题 136

第6章 光纤传感器 137

6.1 基础知识 137

6.1.1 光纤的结构 137

6.1.2 光纤的种类 137

6.1.3 光纤的传光原理 138

6.1.4 光纤的特性 140

6.1.5 光纤的耦合 142

6.2 光纤传感器的分类及构成 143

6.2.1 分类 143

6.2.2 构成部件 145

6.3 功能型光纤传感器举例 148

6.3.1 相位调制型光纤传感器 148

6.3.2 光强调制型光纤传感器 150

6.3.3 偏振态调制型光纤传感器 151

6.4 非功能型光纤传感器举例 152

6.4.1 传输光强调制型光纤传感器 152

6.4.2 反射光强调制型光纤传感器 154

6.4.3 频率调制型光纤传感器 155

6.4.4 光纤液位传感器 157

思考题与习题 159

第7章 光栅传感器 161

7.1 光栅基础 161

7.1.1 光栅的分类及结构 161

7.1.2 莫尔条纹的原理 162

7.1.3 莫尔条纹的特点 163

7.2 光栅传感器的工作原理 164

7.2.1 光电转换原理 164

7.2.2 莫尔条纹测量位移的原理 164

7.2.3 辨向原理 165

7.3 莫尔条纹细分技术 166

7.3.1 细分方法 166

7.3.2 光电元件直接细分 166

7.3.3 CCD直接细分 167

7.3.4 光栅传感器的误差 168

7.4 常用光学系统 169

7.4.1 透射直读式光路 169

7.4.2 反射直读式光路 169

7.4.3 反射积分式光路 170

思考题与习题 170

第8章 光电传感器 171

8.1 光电传感器的基本效应 171

8.1.1 半导体的粒子特性 171

8.1.2 半导体光电效应 172

8.2 外光电效应光电器件 172

8.2.1 光电管 172

8.2.2 光电倍增管 173

8.3 光电导效应及光电元件 174

8.3.1 光敏电阻的结构及原理 174

8.3.2 光敏电阻的特性 175

8.4 光电伏特效应及光电元件 177

8.4.1 光电导结型光电元件 177

8.4.2 光电伏特型光电元件 178

8.5 CCD图像传感器 180

8.6 应用光路 183

8.6.1 反射式 184

8.6.2 透射式 184

8.6.3 线纹瞄准用光电传感器 184

8.6.4 脉冲式光电传感器 185

8.7 光电传感器应用 187

思考题与习题 189

第9章 气、湿敏传感器 190

9.1 气敏传感器 190

9.1.1 半导体气敏元件的分类及必备条件 190

9.1.2 表面控制型电阻式半导体气敏元件 191

9.1.3 基于MEMS的新型微结构气敏传感器 195

9.1.4 应用举例 198

9.2 湿敏传感器 199

9.2.1 湿度及其表示 199

9.2.2 对湿敏传感器的基本要求 200

9.2.3 电阻式湿敏传感器 200

9.2.4 陶瓷湿敏传感器 201

9.2.5 电容式湿敏传感器 202

9.2.6 电解质式湿度传感器 204

9.2.7 应用范围及应用实例 204

思考题与习题 208

第10章 智能传感器 209

10.1 智能传感器及无线传感器网络 209

10.2 物联网及物联网传感器 211

10.3 智能传感器的结构框图 212

10.3.1 μP主机模板 213

10.3.2 模拟量输入模板 214

10.3.3 IEEE-488标准总线模板 214

10.3.4 接口模板 215

10.4 信号处理与μP接口技术 216

10.4.1 传感器输出信号的类型 216

10.4.2 传感器输出的模拟信号的处理 216

10.5 智能传感器中的数据处理 224

10.5.1 查表与搜索 224

10.5.2 分段插值法 225

10.5.3 曲线拟合修正法 226

10.5.4 数字滤波 227

10.6 智能传感器的设计 227

10.6.1 智能压力传感器的设计思路 227

10.6.2 简单智能温度传感器设计实例 230

10.6.3 智能有害气体传感器设计 235

思考题与习题 239

第11章 传感器应用技术 240

11.1 信号变换 240

11.1.1 电流-电压（I-U）变换器 240

11.1.2 电压-电流（U-I）变换器 242

11.1.3 交流电压-直流电压（u-U）变换器和交流电流-直流电压（i-U）变换器 244

11.1.4 电阻-电压（R-U或Ω-U）变换器 245

11.1.5 电容-电压（C-U）变换器 246

11.1.6 电压-频率（U-f）变换器（简称VFC）和频率-电压（f-U）变换器（简称FVC） 247

11.1.7 电压-脉宽（U-H）变换器 250

11.2 驱动电路分析及外围电路器件选择 252

11.2.1 驱动电路分析 252

11.2.2 外围电路器件选择 259

思考题与习题 260

第12章 传感器的选择与使用 261

12.1 传感器的正确选择 261

12.2 传感器的合理使用 262

12.2.1 线性化及补偿 262

12.2.2 传感器的定标 264

12.2.3 电磁兼容问题 265

12.2.4 抗干扰技术 267

思考题与习题 271

附录 国际单位制（SI）的主要单位及其换算 272

参考文献 277