傳感器技術

傳感器技術已成為電子信息工程、自動控制工程、機械工程等領域中不可缺少的重要技術。本書系統地介紹了各類常用傳感器的基本概念、基本原理和基本特性，並分析了相應的測量電路和應用實例。全書共分12章，可分為兩部分：第一部分重點介紹了傳感器的定義、組成、分類及傳感器的靜、動態特性；第二部分具體介紹了電阻式、電感式、電容式、磁電式、壓電式、光電式、熱電式、氣敏、濕敏、磁敏以及智能傳感器。本書內容較廣泛，在編寫中兼顧傳感器的原理和實用性，可作為高等院校電子信息工程、自動控制、電子工程、應用電子技術、機械工程及自動化等專業的教學用書，也可作為相關工程技術人員學習和參考用書。

21世紀高等學校電子信息類專業規劃教材

傳感器技術

孫建民楊清梅編著

目錄

第1章緒論1

1 1傳感器技術概述1

1 1 1傳感器技術與信息技術1

1 1 2自動檢測技術1

1 2傳感器的定義、組成及分類2

1 2 1傳感器的定義2

1 2 2傳感器的組成2

1 2 3傳感器的分類3

1 3傳感器發展的新趨勢5

思考題與習題16

第2章傳感器的一般特性7

2 1傳感器的靜特性7

2 1 1測量範圍和量程7

2 1 2線性度（非線性誤差）8

2 1 3遲滯9

2 1 4重複性10

2 1 5靈敏度與靈敏度誤差10

2 1 6分辨力與閾值11

2 1 7穩定性11

2 1 8漂移11

2 1 9精確度(精度)12

2 1 10誤差表達12

2 2傳感器的動態特性13

2 2 1動態特性的一般模型13

2 2 2傳感器對任意輸入信號的時域響應與脈衝響應函數15

2 2 3傳感器的頻率響應特性17

2 2 4傳感器典型環節的動態響應18

2 2 5傳感器的無失真檢測條件21

2 2 6傳感器的動態性能指標22

2 3傳感器的標定與校準23

2 3 1傳感器的標定23

2 3 2傳感器的靜態標定24

2 3 3傳感器的動態標定24

思考題與習題226 ^[2] 

第3章電阻式傳感器28

3 1應變式電阻傳感器28

3 1 1電阻應變片的工作原理28

3 1 2電阻應變片的種類和材料30

3 1 3電阻應變片的主要特性36

3 1 4電阻應變片的測量電路40

3 1 5電阻應變片的温度誤差及補償46

3 1 6應變式傳感器50

3 2壓阻式傳感器57

3 2 1壓阻效應與壓阻係數57

3 2 2結構與特性65

3 2 3測量電路67

3 2 4温度補償69

3 2 5壓阻式傳感器及應用69

3 3電位器式傳感器70

3 3 1線性電位器71

3 3 2非線性電位器73

3 3 3負載特性及負載誤差76

思考題與習題379

第4章電感式傳感器81

4 1自感式傳感器81

4 1 1工作原理81

4.1.2結構形式及特性82

4.1.3轉換電路85

4.1.4誤差分析87

4.1.5自感式傳感器的應用88

4 2差動變壓器式傳感器89

4.2.1工作原理89

4.2.2結構形式及特性91

4.2.3轉換電路93

4.2.4誤差分析94

4.2.5差動變壓器的應用94

4 3電渦流式傳感器97

4 3 1工作原理及等效電路97

4 3 2結構特點99

4 3 3轉換電路100

4.3.4電渦流式傳感器的應用102

4 4自感式和差動變壓器式傳感器設計104

4 4 1設計步驟105

4 4 2設計舉例107

思考題與習題4109

第5章電容式傳感器111

5 1工作原理、類型及性能111

5 1 1工作原理111

5 1 2基本類型111

5 1 3主要性能116

5 2轉換電路118

5.2.1電容式傳感器的等效電路118

5.2.2電橋電路119

5.2.3運算放大器式電路121

5 3誤差分析121

5 4電容式傳感器的特點及應用124

5 4 1電容式傳感器的特點124

5 4 2電容式傳感器的應用126

思考題與習題5128 ^[2] 

第6章磁電式傳感器130

6 1磁電式傳感器理論基礎130

6 2磁電式傳感器131

6 2 1恆定磁通磁電式傳感器131

6 2 2變磁阻磁電式傳感器132

6 3磁電式傳感器設計基礎133

6 3 1磁路設計133

6 3 2線圈參數計算與設計138

6 3 3傳感器固有頻率的確定及彈簧剛度的計算139

6 3 4阻尼器設計及阻尼係數的計算142

6 4磁電式傳感器的誤差143

6 4 1電流和電壓靈敏度的誤差143

6 4 2温度誤差144

6 4 3永久磁鐵不穩定誤差145

6 4 4非線性誤差145

6 5磁電式傳感器的應用146

6 5 1振動測量146

6 5 2扭矩測量148

6 5 3流量測量148

思考題與習題6149

第7章壓電式傳感器150

7 1壓電效應與壓電材料150

7 1 1壓電效應150

7 1 2壓電材料154

7 2壓電式傳感器測量電路157

7 2 1壓電式傳感器等效電路157

7 2 2電壓放大器158

7 2 3電荷放大器160

7 3壓電式傳感器的誤差161

7 3 1環境温度的影響161

7 3 2環境濕度的影響162

7 3 3橫向靈敏度163

7 3 4基座應變的影響163

7 3 5電纜噪聲163

7 3 6接地迴路噪聲164

7 4壓電式傳感器的應用164

7 4 1壓電式加速度傳感器164

7 4 2壓電式力傳感器170

7 4 3壓電式壓力傳感器171

7 4 4壓電式超聲波傳感器173

7 4 5壓電式微位移傳感器175

思考題與習題7175

第8章光電式傳感器177

8.1光電效應及光電器件177

8.1.1光電效應177

8 1 2外光電型光電器件179

8 1 3光電導型光電器件180

8 1 4光伏型光電器件184

8.1.5光電傳感器的應用189

8.2光纖傳感器191

8.2.1光纖的結構和傳光原理191

8.2.2光纖的性能192

8 2 3光纖傳感器及應用193

8 3電荷耦合器件204

8 3 1CCD的基本結構和工作原理205

8.3.2電荷的注入和輸出206

8 3 3CCD圖像傳感器207

8 3 4CCD的主要參數209

8 3 5CCD傳感器的應用211

思考題與習題8213 ^[2] 

第9章熱電式傳感器214

91熱電偶傳感器214

911熱電偶測温原理214

912熱電偶的基本定律216

913熱電偶傳感器218

914熱電偶的誤差及補償措施222

915熱電偶的標定228

92熱電阻傳感器230

921熱電阻測温原理230

922金屬熱電阻230

923半導體熱敏電阻232

93其他測温傳感器236

931晶體管PN結温度傳感器236

932晶體三極管温度傳感器237

933集成温度傳感器238

934薄膜熱敏傳感器238

思考題與習題9239

第10章氣、濕敏傳感器240

101氣敏傳感器240

1011半導體氣敏傳感器240

1012固體電解質氣敏傳感器243

102濕敏傳感器244

1021燒結型半導體陶瓷濕敏傳感器244

1022多孔氧化物濕敏傳感器247

1023結型和MOS型濕敏傳感器250

1024其它濕敏傳感器251

103氣、濕敏傳感器的應用253

1031自動吸排油煙機254

1032便攜式缺氧監視器255

1033SMC2型濕度傳感器的應用256

1034自動去濕器257

1035自動烹調濕度檢測系統257

思考題與習題10258

第11章磁敏傳感器259

111霍爾傳感器259

1111霍爾效應259

1112霍爾元件260

1113霍爾傳感器的應用268

112磁阻傳感器271

1121磁阻效應271

1122磁阻元件271

1123磁阻傳感器的應用272

113磁敏二極管和磁敏三極管274

1131磁敏二級管275

1132磁敏三極管278

1133磁敏二極管和磁敏三極管的應用281

思考題與習題11283

第12章智能傳感器284

12.1概述284

12.1.1智能傳感器的概念284

12.1.2智能傳感器的特點及結構284

12.2智能傳感器的數據採集285

12.2.1信號的預處理285

12.2.2數據採集285

12.3智能傳感器的數據處理技術287

12.3.1標度變換技術288

1232非線性補償技術289

12.3.3温度誤差補償技術291

12.3.4數字濾波技術293

12.4智能傳感器設計294

12.4.1結構設計295

12.4.2敏感元件設計295

12.4.3傳感器工藝設計295

1244軟件設計296

思考題與習題12297

參考文獻298 ^[2-3]