现代传感技术 原理、方法与接口电路PDF电子书下载

第一章 传感器的一般特性 1

1.1概述 1

1.1.1传感器及其作用 1

1.1.2敏感元件和传感器的组成 2

1.2传感器的分类 3

1.2.1按被检测对象分类 3

1.2.2按变换方式分类 4

1.3传感器的基本特性 4

1.3.1基本特性 4

1.3.2研究传感器的基本特性的意义 4

1.3.3传感器的静态特性和动态特性 5

1.4传感器静态特性的主要参数 5

1.4.1量程和量程宽度 5

1.4.2满量程值 5

1.4.3线性度 5

1.4.4灵敏度 7

1.4.5分辨率和平均分辨率 7

1.4.6分辨力 7

1.4.7迟滞 8

1.4.8重复性 8

1.4.9精度 9

1.5传感器的动态特性 9

1.5.1典型传感器动态特性的数学模型 9

1.5.2典型一阶传感器系统的动态特性分析 10

1.5.3典型二阶传感器系统的动态特性分析 12

1.5.4传感器的传递函数 15

1.6一般传感器动态特性的综合参数 17

1.6.1上升时间 17

1.6.2稳定时间（建立时间） 17

1.6.3过冲量（超调量）、过冲率，及衰减率 17

1.6.4频带宽度 18

本章小结 18

习题与思考题 19

第二章 光电传感器 21

2.1概述 21

2.2光电效应 22

2.2.1外光电效应 22

2.2.2内光电效应 25

2.3光灵敏度参数 28

2.3.1光功率和光照度 28

2.3.2以光照度为基础的光敏灵敏度 32

2.3.3物理辐射灵敏度 33

2.3.4光谱灵敏度与相对光谱灵敏度 33

2.4光敏二极管传感器 34

2.4.1光敏二极管的构造和基本工作原理 35

2.4.2光敏二极管的性能特点和主要参数 36

2.4.3光电二极管的应用电路 46

2.5高速光电二极管 50

2.5.1 PIN型光电二极管 50

2.5.2雪崩型光电二极管（APD） 53

2.6光电三极管传感器 79

2.6.1光电三极管的结构和特点 79

2.6.2光电三极管的主要特性 80

2.6.3光电三极管的使用方法 83

2.7光敏电阻传感器 88

2.7.1光敏电阻传感器原理及构造概述 88

2.7.2光敏电阻传感器的主要特性 89

2.7.3光敏电阻传感器的参数说明 95

2.7.4光敏电阻传感器的应用电路 97

本章小结 101

习题与思考题 102

第三章 温度传感器 105

3.1概述 105

3.1.1温度传感器的种类 106

3.1.2温标简介 106

3.2热敏电阻传感器 108

3.2.1负温度系数热敏电阻传感器（NTC）及其特性参数 109

3.2.2 NTC热敏电阻传感器特性举例 113

3.2.3 NTC热敏电阻的线性化 116

3.2.4 NTC热敏电阻的应用 121

3.2.5薄膜型碳化硅（SiC）快速响应N7C热敏电阻传感器 126

3.2.6 PTC型热敏电阻传感器 127

3.3半导体PN结型温度传感器 134

3.3.1温敏二极管传感器 134

3.3.2用晶体三极管对作为温敏元件的测温方法 140

3.3.3输出量正比于绝对温度的温度传感器 143

3.3.4集成传感器AD590的主要参数和应用举例 144

本章小结 147

习题与思考题 147

第四章 超声波传感器 150

4.1概述 150

4.2超声波的特性和检测方式 151

4.3压电式超声波传感器的结构和原理 153

4.3.1压电型超声波传感器的结构 153

4.3.2超声波传感器的等效电路 156

4.3.3超声波传感器的谐振频点测量 157

4.3.4压电式超声波传感器的输出信号 158

4.4压电式超声波传感器的性能特点 159

4.4.1超声波换能器的声压和灵敏度 159

4.4.2超声波传感器的主要性能参数 161

4.5超声波发射器的驱动方法 167

4.5.1使用晶体管的超声波发射电路 167

4.5.2使用时基电路555的发射驱动电路 170

4.5.3使用CMOS门电路的发射驱动电路 172

4.6超声波信号的接收方法 173

4.6.1使用运算放大器的接收电路 173

4.6.2使用电压比较器的接收电路 174

4.6.3使用视频放大器的接收电路 175

4.7超声波传感器的应用方法 176

4.7.1反射式物体探知电路 176

4.7.2超声波测距电路 180

4.8超声波传感器的多普勒应用 182

4.8.1多普勒检测原理 182

4.8.2多普勒流速测量 183

4.8.3多普勒流量测量 185

本章小结 186

习题与思考题 187

第五章 力敏传感器 189

5.1概述 189

5.1.1力传感器和压力传感器 189

5.1.2力敏传感器的种类 189

5.1.3力敏传感器中有关物理概念的说明 190

5.2电阻应变片及其工作原理 192

5.2.1导体形状改变引起的电阻变化 193

5.2.2压阻效应引起金属导体的电阻变化 195

5.2.3压阻效应引起半导体材料的电阻变化 196

5.3金属电阻应变片式力传感器 198

5.3.1金属电阻应变片的构造和用法 199

5.3.2用金属电阻应变片测力 202

5.3.3弹性应变式力敏传感原理 204

5.3.4弹性应变式力敏传感器的参数 221

5.3.5金属电阻应变片式力传感器的接口电路 223

5.4半导体压阻式压力传感器 226

5.4.1压力传感器检测的特点 226

5.4.2压力测量单位 227

5.4.3半导体电阻应变片的种类和特点 229

5.4.4扩散硅型半导体压力传感器 231

5.4.5压阻式半导体压力传感器的工作方式 233

5.4.6压阻式半导体压力传感器的接口电路 236

5.5电容式压力传感器 240

5.5.1电容式压力传感器的结构和原理 240

5.5.2电容式压力传感器的接口电路 248

5.6力敏传感器的应用电路 256

5.6.1表压传感器的应用电路 256

5.6.2绝对压力传感器的应用电路 262

5.6.3压力信息数字显示电路 265

本章小结 273

习题与思考题 273

第六章 磁敏传感器 276

6.1概述 276

6.1.1磁信息和传感器 276

6.1.2常用的磁物理量单位 276

6.2霍尔式磁敏传感器 277

6.2.1霍尔效应和传感器 277

6.2.2霍尔原理 278

6.2.3霍尔元件的性能特点及参数 280

6.2.4霍尔传感器的接口电路 286

6.3磁敏电阻传感器 290

6.3.1磁电阻效应与传感器 290

6.3.2半导体磁敏电阻传感器 296

6.3.3铁磁性体磁敏电阻传感器 301

6.4磁敏传感器的应用电路 305

6.4.1用霍尔传感器制作测量磁通量的高斯计 305

6.4.2用磁敏电阻器作电流传感器 307

6.4.3用磁敏电阻器作微弱磁信号读取器 309

本章小结 310

习题与思考题 311

第七章 热电偶型温度传感器 313

7.1概述 313

7.2热电偶传感器的工作原理 314

7.2.1塞贝克效应 314

7.2.2接触电势 315

7.2.3温差电势 316

7.2.4热电偶中的总热电势 316

7.2.5热电偶基本定律 317

7.3标准热电偶分类 321

7.3.1 S型热电偶传感器 321

7.3.2 B型热电偶传感器 322

7.3.3 K型热电偶传感器 323

7.3.4 E型热电偶传感器 324

7.3.5 T型热电偶传感器 325

7.3.6标准热电偶传感器特征归纳 325

7.3.7热电偶的电极线直径与工作温度 327

7.3.8非标准热电偶简介 327

7.4热电偶传感器的结构和特点 328

7.4.1装配型热电偶传感器 328

7.4.2铠装型热电偶传感器 330

7.4.3热电偶测温导线型传感器 331

7.4.4热电偶的补偿导线 332

7.5热电偶的冷端温度补偿 334

7.5.1冷端冰浴温度补偿法 334

7.5.2中间温度式补偿法 335

7.5.3电路补偿法 337

7.6热电偶传感器的应用电路 343

7.6.1 K型热电偶的线性化电路 343

7.6.2热电偶专用集成电路及其应用 350

7.6.3使用K型热电偶的温度信息采集控制系统 356

本章小结 364

习题与思考题 364

第八章 智能传感器 366

8.1智能传感器介绍 366

8.2普通传感器的智能化 367

8.3集成型智能温度传感器分析 368

8.3.1 DS18B20协议控制型温度传感器的特点 369

8.3.2 DS18B20的主要工作参数 370

8.3.3 DS18B20的模块结构及其功能 371

8.3.4 DS18B20的供电方式 376

8.3.5 DS18B20的操作时序和指令系统 378

8.3.6 DS18B20的时隙操作顺序 386

8.4微电脑管理下的温度采集控制系统 390

8.4.1智能温度测控管理系统的组成方式 390

8.4.2使用DS18B20的智能温度测控系统 391

本章小结 396

习题与思考题 397

参考文献 399