傳感器原理及應用技術

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 動態(tài)特性 14
思考題與習題 16
第2章 熱電傳感器 17
2.1 熱電勢式測溫傳感器 17
2.1.1 工作原理 17
2.1.2 熱電偶中引入第三導體 19
2.1.3 標準熱電極 20
2.1.4 熱電偶冷端溫度誤差及其補償 20
2.1.5 常用熱電偶的特性 23
2.1.6 熱電偶的測量電路 23
2.2 熱電阻式溫度傳感器 28
2.2.1 金屬測溫電阻器 28
2.2.2 半導體熱敏電阻器 32
2.3 PN結型測溫傳感器 35
2.3.1 溫敏二極管及其應用 35
2.3.2 溫敏晶體管及其應用 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 熱釋電效應及其機理 47
2.5.2 熱釋電紅外傳感器 47
2.5.3 熱釋電探測模塊 49
2.5.4 典型應用 50
2.6 熱電傳感器應用實例 51
思考題與習題 54
第3章 應變傳感器 55
3.1 電阻應變式傳感器 55
3.1.1 應變片的結構和類型 55
3.1.2 電阻應變式傳感器的工作原理 56
3.1.3 電阻應變式傳感器的主要特性及參數(shù) 57
3.2 薄膜應變電阻及傳感器 60
3.2.1 薄膜分類 60
3.2.2 薄膜工作原理 60
3.2.3 薄膜應變傳感器的特點 61
思考題與習題 63
第4章 磁敏傳感器 64
4.1 磁敏傳感器的物理基礎--霍爾. 磁阻. 形狀效應 64
4.1.1 基礎知識 64
4.1.2 霍爾效應 64
4.1.3 磁阻效應 65
4.1.4 形狀效應 65
4.2 霍爾元件 65
4.2.1 霍爾元件工作原理 65
4.2.2 霍爾元件結構 66
4.2.3 基本電路 67
4.2.4 電磁特性 69
4.2.5 誤差分析及誤差補償 70
4.3 磁阻元件 73
4.3.1 長方形磁阻元件 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 磁阻元件的溫度補償 76
4.4 磁敏二極管 76
4.4.1 磁敏二極管的結構 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 磁敏二極管的補償技術 80
4.5 磁敏三極管 81
4.5.1 磁敏三極管的結構 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 溫度補償技術 84
4.6 磁敏傳感器的應用 84
4.6.1 霍爾元件的應用 84
4.6.2 磁阻元件的應用 92
思考題與習題 97
第5章 壓電傳感器 98
5.1 壓電效應 98
5.1.1 石英晶體的壓電效應 98
5.1.2 壓電常數(shù) 100
5.1.3 壓電陶瓷的壓電效應 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 等效電路與測量電路 105
5.3.1 等效電路 105
5.3.2 測量電路 106
5.4 壓電傳感器及其應用 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 應用實例 117
思考題與習題 120
第6章 光纖傳感器 121
6.1 基礎知識 121
6.1.1 光纖的結構 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成 127
6.2.1 分類 127
6.2.2 構成部件 129
6.3 功能型光纖傳感器舉例 132
6.3.1 相位調制型光纖傳感器 132
6.3.2 光強調制型光纖傳感器 134
6.3.3 偏振態(tài)調制型光纖傳感器 135
6.4 非功能型光纖傳感器舉例 136
6.4.1 傳輸光強調制型光纖傳感器 136
6.4.2 反射光強調制型光纖傳感器 137
6.4.3 頻率調制型光纖傳感器 139
6.4.4 光纖液位傳感器 141
思考題與習題 141
第7章 光柵傳感器 144
7.1 光柵基礎 144
7.1.1 光柵分類及結構 144
7.1.2 莫爾條紋原理 145
7.1.3 莫爾條紋特點 146
7.2 光柵傳感器的工作原理 147
7.2.1 光電轉換原理 147
7.2.2 莫爾條紋測量位移原理 147
7.2.3 辨向原理 148
7.3 莫爾條紋細分技術 149
7.3.1 細分方法 149
7.3.2 光電元件直接細分 149
7.3.3 CCD直接細分 150
7.3.4 光柵傳感器的誤差 151
7.4 常用光學系統(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
思考題與習題 153
第8章 光電傳感器 154
8.1 光電傳感器的基本效應 154
8.1.1 半導體的粒子特性 154
8.1.2 光電效應 155
8.2 外光電效應光電元件 155
8.2.1 光電管 155
8.2.2 光電倍增管 156
8.3 光電導效應及光電元件 157
8.3.1 光敏電阻結構及原理 157
8.3.2 光敏電阻的特性 157
8.4 光電伏特效應及光電元件 159
8.4.1 光電導結型的光電元件 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 線紋瞄準用光電傳感器 167
8.6.4 脈沖式光電傳感器 167
思考題與習題 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體氣敏元件 170
9.1.3 基于MEMS的新型微結構氣敏傳感器 174
9.1.4 應用舉例 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 電介質式濕敏傳感器 183
9.2.7 應用范圍及應用實例 183
思考題與習題 187
第10章 智能傳感器 188
10.1 智能傳感器結構框圖 189
10.1.1 μP主機模板 189
10.1.2 模擬量輸入模板 191
10.1.3 IEEE-488標準總線模板 191
10.1.4 接口模板 192
10.2 信號處理與μP接口技術 192
10.2.1 傳感器輸出信號的類型 192
10.2.2 傳感器輸出的模擬信號的處理 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 智能傳感器的設計 204
10.4.1 智能壓力傳感器的設計思路 204
10.4.2 簡單智能溫度傳感器設計實例 207
思考題與習題 214
第11章 傳感器應用技術 215
11.1 信號變換 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（簡稱VFC）和頻率-電壓（f-U）變換器（簡稱FVC） 222
11.1.7 電壓-脈寬 U-H 變換器 226
11.2 驅動電路分析及外圍電路器件選擇 228
11.2.1 驅動電路分析 228
11.2.2 外圍電路器件選擇 235
思考題與習題 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
思考題與習題 246
附錄 國際單位制（SI）的主要單位及其換算 247
參考文獻 252