傳感器原理及應(yīng)用技術(shù)

緒論 1
第1章 傳感器的特性 5
1.1 傳感器的組成及分類 5
1.1.1 傳感器的組成 5
1.1.2 傳感器的分類 6
1.2 傳感器的基本特性 7
1.2.1 靜態(tài)特性 7
1.2.2 動(dòng)態(tài)特性 14
思考題與習(xí)題 16
第2章 熱電傳感器 17
2.1 熱電勢(shì)式測(cè)溫傳感器 17
2.1.1 工作原理 17
2.1.2 熱電偶中引入第三導(dǎo)體 19
2.1.3 標(biāo)準(zhǔn)熱電極 20
2.1.4 熱電偶冷端溫度誤差及其補(bǔ)償 20
2.1.5 常用熱電偶的特性 23
2.1.6 熱電偶的測(cè)量電路 23
2.2 熱電阻式溫度傳感器 28
2.2.1 金屬測(cè)溫電阻器 28
2.2.2 半導(dǎo)體熱敏電阻器 32
2.3 PN結(jié)型測(cè)溫傳感器 35
2.3.1 溫敏二極管及其應(yīng)用 35
2.3.2 溫敏晶體管及其應(yīng)用 38
2.4 集成電路溫度傳感器 40
2.4.1 基本原理及PTAT核心電路 40
2.4.2 電壓輸出型 42
2.4.3 電流輸出型 45
2.5 熱釋電式傳感器 47
2.5.1 熱釋電效應(yīng)及其機(jī)理 47
2.5.2 熱釋電紅外傳感器 47
2.5.3 熱釋電探測(cè)模塊 49
2.5.4 典型應(yīng)用 50
2.6 熱電傳感器應(yīng)用實(shí)例 51
思考題與習(xí)題 54
第3章 應(yīng)變傳感器 55
3.1 電阻應(yīng)變式傳感器 55
3.1.1 應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)和類型 55
3.1.2 電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理 56
3.1.3 電阻應(yīng)變式傳感器的主要特性及參數(shù) 57
3.2 薄膜應(yīng)變電阻及傳感器 60
3.2.1 薄膜分類 60
3.2.2 薄膜工作原理 60
3.2.3 薄膜應(yīng)變傳感器的特點(diǎn) 61
思考題與習(xí)題 63
第4章 磁敏傳感器 64
4.1 磁敏傳感器的物理基礎(chǔ)--霍爾. 磁阻. 形狀效應(yīng) 64
4.1.1 基礎(chǔ)知識(shí) 64
4.1.2 霍爾效應(yīng) 64
4.1.3 磁阻效應(yīng) 65
4.1.4 形狀效應(yīng) 65
4.2 霍爾元件 65
4.2.1 霍爾元件工作原理 65
4.2.2 霍爾元件結(jié)構(gòu) 66
4.2.3 基本電路 67
4.2.4 電磁特性 69
4.2.5 誤差分析及誤差補(bǔ)償 70
4.3 磁阻元件 73
4.3.1 長(zhǎng)方形磁阻元件 73
4.3.2 科爾賓元件 74
4.3.3 平面電極元件 74
4.3.4 InSb-NiSb共晶磁阻元件 75
4.3.5 曲折形磁阻元件 75
4.3.6 磁阻元件的溫度補(bǔ)償 76
4.4 磁敏二極管 76
4.4.1 磁敏二極管的結(jié)構(gòu) 76
4.4.2 磁敏二極管的工作原理 77
4.4.3 磁敏二極管的特性 78
4.4.4 磁敏二極管的補(bǔ)償技術(shù) 80
4.5 磁敏三極管 81
4.5.1 磁敏三極管的結(jié)構(gòu) 81
4.5.2 磁敏三極管的工作原理 82
4.5.3 磁敏三極管的特性 82
4.5.4 溫度補(bǔ)償技術(shù) 84
4.6 磁敏傳感器的應(yīng)用 84
4.6.1 霍爾元件的應(yīng)用 84
4.6.2 磁阻元件的應(yīng)用 92
思考題與習(xí)題 97
第5章 壓電傳感器 98
5.1 壓電效應(yīng) 98
5.1.1 石英晶體的壓電效應(yīng) 98
5.1.2 壓電常數(shù) 100
5.1.3 壓電陶瓷的壓電效應(yīng) 101
5.2 壓電材料 102
5.2.1 壓電晶體 102
5.2.2 壓電陶瓷 103
5.2.3 新型壓電材料 104
5.3 等效電路與測(cè)量電路 105
5.3.1 等效電路 105
5.3.2 測(cè)量電路 106
5.4 壓電傳感器及其應(yīng)用 109
5.4.1 壓電傳感器中壓電片的連接 109
5.4.2 壓電式力傳感器 110
5.4.3 壓電式壓力傳感器 112
5.4.4 壓電式加速度傳感器 113
5.4.5 應(yīng)用實(shí)例 117
思考題與習(xí)題 120
第6章 光纖傳感器 121
6.1 基礎(chǔ)知識(shí) 121
6.1.1 光纖的結(jié)構(gòu) 121
6.1.2 光纖的種類 121
6.1.3 光纖的傳光原理 122
6.1.4 光纖的特性 124
6.1.5 光纖的耦合 126
6.2 光纖傳感器的分類及構(gòu)成 127
6.2.1 分類 127
6.2.2 構(gòu)成部件 129
6.3 功能型光纖傳感器舉例 132
6.3.1 相位調(diào)制型光纖傳感器 132
6.3.2 光強(qiáng)調(diào)制型光纖傳感器 134
6.3.3 偏振態(tài)調(diào)制型光纖傳感器 135
6.4 非功能型光纖傳感器舉例 136
6.4.1 傳輸光強(qiáng)調(diào)制型光纖傳感器 136
6.4.2 反射光強(qiáng)調(diào)制型光纖傳感器 137
6.4.3 頻率調(diào)制型光纖傳感器 139
6.4.4 光纖液位傳感器 141
思考題與習(xí)題 141
第7章 光柵傳感器 144
7.1 光柵基礎(chǔ) 144
7.1.1 光柵分類及結(jié)構(gòu) 144
7.1.2 莫爾條紋原理 145
7.1.3 莫爾條紋特點(diǎn) 146
7.2 光柵傳感器的工作原理 147
7.2.1 光電轉(zhuǎn)換原理 147
7.2.2 莫爾條紋測(cè)量位移原理 147
7.2.3 辨向原理 148
7.3 莫爾條紋細(xì)分技術(shù) 149
7.3.1 細(xì)分方法 149
7.3.2 光電元件直接細(xì)分 149
7.3.3 CCD直接細(xì)分 150
7.3.4 光柵傳感器的誤差 151
7.4 常用光學(xué)系統(tǒng) 152
7.4.1 透射直讀式光路 152
7.4.2 反射直讀式光路 152
7.4.3 反射積分式光路 152
思考題與習(xí)題 153
第8章 光電傳感器 154
8.1 光電傳感器的基本效應(yīng) 154
8.1.1 半導(dǎo)體的粒子特性 154
8.1.2 光電效應(yīng) 155
8.2 外光電效應(yīng)光電元件 155
8.2.1 光電管 155
8.2.2 光電倍增管 156
8.3 光電導(dǎo)效應(yīng)及光電元件 157
8.3.1 光敏電阻結(jié)構(gòu)及原理 157
8.3.2 光敏電阻的特性 157
8.4 光電伏特效應(yīng)及光電元件 159
8.4.1 光電導(dǎo)結(jié)型的光電元件 159
8.4.2 光電伏特型光電元件 160
8.5 CCD圖像傳感器 162
8.6 應(yīng)用光路 166
8.6.1 反射式 166
8.6.2 透射式 166
8.6.3 線紋瞄準(zhǔn)用光電傳感器 167
8.6.4 脈沖式光電傳感器 167
思考題與習(xí)題 168
第9章 氣. 濕敏傳感器 169
9.1 氣敏傳感器 169
9.1.1 半導(dǎo)體氣敏元件的分類及必備條件 169
9.1.2 表面控制型電阻式半導(dǎo)體氣敏元件 170
9.1.3 基于MEMS的新型微結(jié)構(gòu)氣敏傳感器 174
9.1.4 應(yīng)用舉例 177
9.2 濕敏傳感器 178
9.2.1 濕度及其表示 179
9.2.2 對(duì)濕敏傳感器的基本要求 179
9.2.3 電阻式濕敏傳感器 180
9.2.4 陶瓷濕敏傳感器 181
9.2.5 電容式濕敏傳感器 182
9.2.6 電介質(zhì)式濕敏傳感器 183
9.2.7 應(yīng)用范圍及應(yīng)用實(shí)例 183
思考題與習(xí)題 187
第10章 智能傳感器 188
10.1 智能傳感器結(jié)構(gòu)框圖 189
10.1.1 μP主機(jī)模板 189
10.1.2 模擬量輸入模板 191
10.1.3 IEEE-488標(biāo)準(zhǔn)總線模板 191
10.1.4 接口模板 192
10.2 信號(hào)處理與μP接口技術(shù) 192
10.2.1 傳感器輸出信號(hào)的類型 192
10.2.2 傳感器輸出的模擬信號(hào)的處理 193
10.3 智能傳感器中的數(shù)據(jù)處理 200
10.3.1 查表與搜索 201
10.3.2 分段插值法 202
10.3.3 曲線擬合修正法 203
10.3.4 數(shù)字濾波 203
10.4 智能傳感器的設(shè)計(jì) 204
10.4.1 智能壓力傳感器的設(shè)計(jì)思路 204
10.4.2 簡(jiǎn)單智能溫度傳感器設(shè)計(jì)實(shí)例 207
思考題與習(xí)題 214
第11章 傳感器應(yīng)用技術(shù) 215
11.1 信號(hào)變換 215
11.1.1 電流-電壓（I-U）變換器 215
11.1.2 電壓-電流（U-I）變換器 217
11.1.3 交流電壓-直流電壓（u-U）變換器和交流電流-直流電壓（i-U）變換器 219
11.1.4 電阻-電壓（R-U或Ω-U）變換器 221
11.1.5 電容-電壓（C-U）變換器 222
11.1.6 電壓-頻率（U-f）變換器（簡(jiǎn)稱VFC）和頻率-電壓（f-U）變換器（簡(jiǎn)稱FVC） 222
11.1.7 電壓-脈寬 U-H 變換器 226
11.2 驅(qū)動(dòng)電路分析及外圍電路器件選擇 228
11.2.1 驅(qū)動(dòng)電路分析 228
11.2.2 外圍電路器件選擇 235
思考題與習(xí)題 236
第12章 傳感器的選擇與使用 237
12.1 傳感器的正確選擇 237
12.2 傳感器的合理使用 238
思考題與習(xí)題 246
附錄 國(guó)際單位制（SI）的主要單位及其換算 247
參考文獻(xiàn) 252