传感器原理及其应用PDF电子书下载

第1章 传感器的一般特性 1

1.1 传感器的组成和分类 1

1.1.1 传感器的定义和组成 1

1.1.2 传感器的分类 1

1.2 传感器的地位和作用 2

1.3 传感器的发展方向 2

1.4 传感器的静态与动态特性 4

1.4.1 静态特性 4

1.4.2 动态特性 5

1.5 传感器的标定与校准 10

1.5.1 传感器的标定 10

1.5.2 传感器的校准 11

第2章 电阻应变式传感器及其应用 12

2.1 应变式传感器 12

2.1.1 金属电阻应变片工作原理 12

2.1.2 应变计的主要特性 14

2.1.3 温度误差及其补偿 18

2.1.4 应变片式电阻传感器的测量电路 20

2.2 压阻式传感器 23

2.2.1 半导体应变计 23

2.2.2 工作原理 24

2.2.3 测量桥路及温度补偿 25

2.3 电阻应变式传感器的应用 27

2.3.1 应变式测力与称重传感器 27

2.3.2 应变式压力传感器 30

2.3.3 应变式加速度传感器 31

2.3.4 压阻式压力传感器 32

2.3.5 压阻式加速度传感器 33

第3章 电感式传感器及其应用 35

3.1 自感式传感器 35

3.1.1 自感式传感器结构与工作原理 35

3.1.2 自感式传感器灵敏度及特性分析 36

3.1.3 差动式自感传感器 37

3.1.4 自感式传感器的测量电路 39

3.2 互感式传感器 40

3.2.1 差动变压器式传感器结构与工作原理 40

3.2.2 差动变压器式传感器输出特性 41

3.3 电涡流式传感器 46

3.4 电感式传感器应用 47

3.4.1 自感式传感器的应用 47

3.4.2 差动变压器式传感器的应用 48

3.4.3 电涡流式传感器的应用 49

第4章 电容式传感器及其应用 53

4.1 电容式传感器的工作原理及类型 53

4.1.1 电容式传感器的工作原理 53

4.1.2 电容式传感器的类型 53

4.2 电容传感器的等效电路和测量电路 55

4.2.1 电容式传感器等效电路 55

4.2.2 电容式传感器测量电路 55

4.3 电容传感器的主要性能、特点与设计要点 59

4.3.1 主要性能 59

4.3.2 特点 61

4.3.3 设计要点 62

4.4 电容式传感器的应用 65

4.4.1 电容式加速度传感器 66

4.4.2 电容式差压传感器 66

第5章 压电式和超声波传感器及其应用 70

5.1 压电式传感器 70

5.1.1 晶体的压电效应及压电材料 70

5.1.2 压电式传感器等效电路和测量电路 72

5.2 超声波传感器 75

5.2.1 超声检测的物理基础 75

5.2.2 超声波传感器原理与种类 76

5.2.3 超声波传感器基本应用电路 79

5.3 压电传感器的应用 81

5.3.1 压电式加速度传感器 81

5.3.2 压电式压力传感器 82

5.3.3 超声波测厚度 82

5.3.4 超声波测液位 83

第6章 磁电式传感器及其应用 86

6.1 磁电式传感器的工作原理 86

6.2 磁电式传感器的结构 88

6.2.1 动钢型磁电式传感器 88

6.2.2 动圈型磁电式传感器 88

6.2.3 磁电式传感器设计要点 89

6.3 磁电式传感器的应用 91

6.3.1 磁电式传感器测量电路 91

6.3.2 磁电式速度传感器 94

6.3.3 磁电式转速传感器 95

第7章 热电式传感器及其应用 97

7.1 热电偶 97

7.1.1 热电偶的工作原理 97

7.1.2 热电偶的种类和结构 99

7.1.3 热电偶的冷端处理及补偿 102

7.1.4 热电偶的主要特性 105

7.1.5 热电偶安装注意事项 106

7.1.6 热电偶热电势测量及其误差分析 106

7.2 热电阻 107

7.2.1 金属热电阻 107

7.2.2 热敏电阻 111

7.3 热电式传感器的应用 114

7.3.1 热电偶测温系统 114

7.3.2 PT100热电阻测温系统 116

第8章 光电式传感器及其应用 119

8.1 光电器件 119

8.1.1 光电管 119

8.1.2 光电倍增管 121

8.1.3 光敏电阻 123

8.1.4 光电二极管和光电三极管 126

8.1.5 光电池 129

8.2 光电数字式传感器 131

8.2.1 数字式传感器分类和特点 131

8.2.2 光电角度编码器 132

8.2.3 直线位移编码器 133

8.2.4 光电数字式传感器系统使用注意事项 135

8.2.5 光电数字式传感器测量技术 135

8.3 电荷耦合器件（CCD）图像传感器原理及其应用 138

8.3.1 CCD的工作原理 138

8.3.2 CCD的基本特性参数 141

8.4 光电传感器应用实例 141

8.4.1 光控开关电路 141

8.4.2 照相机电子测光电路 142

8.4.3 加工件一维尺寸的测量 143

8.4.4 电机转速测量 144

第9章 光纤传感器及其应用 147

9.1 光导纤维的基本知识 147

9.1.1 光导纤维结构和导光原理 147

9.1.2 光纤的几个重要参数 148

9.2 光纤传感器的工作原理 149

9.2.1 强度调制型光纤传感器 150

9.2.2 相位调制型光纤传感器 152

9.2.3 频率调制型光纤传感器 161

9.2.4 偏振调制型光纤传感器 162

9.2.5 光纤布拉格光栅传感器 164

9.3 光纤传感器应用实例 166

9.3.1 光纤传感器在石油测井中的应用 166

9.3.2 光纤传感器在电力系统的应用 168

9.3.3 光纤传感器在医学方面的应用 169

9.3.4 光纤传感器在土木工程中的应用 170

第10章 磁敏传感器及其应用 172

10.1 霍尔传感器 172

10.1.1 霍尔传感器原理 172

10.1.2 霍尔组件的外形和构造 174

10.1.3 霍尔组件主要技术指标 175

10.1.4 基本误差和补偿 176

10.1.5 霍尔组件电路 178

10.1.6 霍尔集成传感器 180

10.2 磁阻组件 183

10.2.1 磁阻效应 183

10.2.2 磁阻组件 184

10.3 结型磁敏管 185

10.3.1 磁敏二极管 186

10.3.2 磁敏三极管 188

10.4 超导量子干涉器件 190

10.4.1 约瑟夫森效应 190

10.4.2 超导量子干涉器件检测装置 191

10.5 磁通门式磁敏传感器 193

10.5.1 磁通门式基本原理、结构和特点 193

10.5.2 磁通门式传感器测磁方法 194

10.6 磁敏传感器及其应用 198

10.6.1 霍尔传感器的应用 198

10.6.2 磁阻组件的应用 201

10.6.3 磁敏管的应用 202

10.6.4 磁通门式传感器应用 203

第11章 气体传感器及其应用 206

11.1 热导式气体传感器 206

11.1.1 热线式气体传感器 206

11.1.2 热敏电阻气体传感器 207

11.2 接触燃烧式气敏传感器 207

11.3 半导体气体传感器 208

11.3.1 半导体气体传感器及其分类 208

11.3.2 半导体电阻型气敏器件 209

11.3.3 非电阻控制型半导体气敏器件 211

11.3.4 半导体气敏传感器的气敏选择性 213

11.3.5 纳米技术及MEMS技术在半导体气体传感器中的应用 213

11.3.6 半导体气敏传感器测试电路 215

11.4 红外气敏传感器 216

11.4.1 Beer-Lambert定律 216

11.4.2 热释电红外气体传感器 216

11.5 光纤气敏传感器 218

11.5.1 光谱吸收型气敏传感器 218

11.5.2 折射率变化型气敏传感器 219

11.5.3 渐逝场光纤气体传感器 219

11.5.4 光纤荧光气体传感器 220

11.6 气敏传感器的应用实例 220

11.6.1 家用气体报警电路 221

11.6.2 煤气（CO）安全报警电路 222

11.6.3 火灾烟雾报警器 222

11.6.4 酒精探测器 223

第12章 湿敏传感器及其应用 225

12.1 湿敏传感器概述 225

12.1.1 湿度及其表示 225

12.1.2 湿敏传感器分类及其特性 225

12.2 电解质湿敏传感器 228

12.2.1 氯化锂电解质湿敏传感器 228

12.2.2 高分子电解质湿敏传感器 229

12.3 有机物及高分子聚合物湿敏传感器 231

12.3.1 胀缩性有机物湿敏元件 231

12.3.2 高分子聚合物薄膜湿敏元件 232

12.4 半导体湿敏传感器 233

12.4.1 元素半导体湿敏器件 233

12.4.2 金属氧化物半导体陶瓷湿敏器件 233

12.4.3 MOSFET湿敏器件 236

12.4.4 结型湿敏器件 236

12.4.5 集成湿敏器件 237

12.5 湿敏传感器的应用实例 239

12.5.1 直读式湿度计 240

12.5.2 微波炉湿度检测控制系统 240

12.5.3 汽车玻璃挡板结露控制电路 241

12.5.4 粮仓湿度控制器 242

12.5.5 鸡、鸭雏室湿度控制器 243

第13章 生物传感器及其应用 245

13.1 生物传感器简介 245

13.1.1 生物传感器概念 245

13.1.2 生物传感器的基本结构和原理 245

13.1.3 生物传感器的分类 247

13.1.4 生物传感器的特点 247

13.2 生物传感器的敏感元件 248

13.2.1 酶及酶传感器 248

13.2.2 电化学免疫传感器 249

13.2.3 组织传感器 251

13.2.4 电化学DNA传感器 251

13.2.5 微生物传感器 252

13.3 生物传感器的信号转换器 252

13.3.1 电位型电极 252

13.3.2 电流型电极 253

13.3.3 氧电极 253

13.3.4 离子敏场效应晶体管 253

13.4 生物传感器的应用实例 254

13.4.1 在食品工业中的应用 254

13.4.2 在环境监测中的应用 257

13.4.3 在医疗领域的应用 259

13.4.4 在酒精测试上的应用 259

13.4.5 在军事上的应用 259

13.4.6 生物传感器未来发展趋势 259

第14章 智能传感器及其应用 261

14.1 智能传感器概述 261

14.1.1 智能传感器的概念 261

14.1.2 智能传感器的功能 261

14.1.3 智能传感器的特点 262

14.2 智能传感器的实现技术 263

14.2.1 非集成化智能传感器 263

14.2.2 集成化智能传感器 264

14.2.3 混合式智能传感器 265

14.3 传感信号的采集 265

14.3.1 敏感元件及其调理电路 266

14.3.2 数据采集电路的配置 267

14.3.3 采样周期的选择 268

14.3.4 A/D转换器的选择 268

14.4 智能传感器的信号处理技术 269

14.4.1 非线性补偿技术 269

14.4.2 自校零与自动校准技术 272

14.4.3 数字滤波技术 273

14.4.4 时域分析法 275

14.4.5 频域分析法 276

14.5 典型的智能传感器及其应用 276

14.5.1 混合集成压力智能式传感器 276

14.5.2 集成智能式湿度传感器 277

14.5.3 智能电机转速测量系统 278

14.5.4 发动机多参数智能测试系统 279

14.5.5 无线智能传感器及其应用 281

第15章 传感器实验 287

15.1 THSRZ-1型传感器系统综合实验装置简介 287

15.2 实验项目 288

15.2.1 金属箔式应变片-单臂电桥性能实验 288

15.2.2 压阻式压力传感器的压力测量实验 290

15.2.3 差动变压器性能实验 292

15.2.4 差动变压器测试系统的标定 293

15.2.5 电涡流传感器的位移特性实验 294

15.2.6 电容式传感器的位移特性实验 296

15.2.7 霍尔传感器的位移特性实验 297

15.2.8 铂电阻温度特性实验 299

15.2.9 集成温度传感器的温度特性实验 300

15.2.10 热电偶测温性能实验 301

15.2.11 光纤传感器位移特性实验 303

15.2.12 气敏传感器实验 305

15.2.13 湿敏传感器实验 306

15.2.14 直流全桥的应用——电子秤实验 307

15.2.15 压电式传感器振动实验 309

15.2.16 磁电式传感器的测速实验 310

15.2.17 霍尔测速实验 311

15.2.18 差动变压器的应用——振动测量实验 312

15.2.19 转速控制实验 313

15.2.20 光电转速传感器的转速测量实验 315

15.2.21 光纤传感器测量振动实验 316

参考文献 317