传感器原理及应用

前言
教学建议
第1章 概论
1.1 传感器的作用和地位
1.2 传感器现状和发展趋势
1.3 传感器的定义、组成、分类及图形符号
1.3.1 传感器定义
1.3.2 传感器组成
1.3.3 传感器分类
1.3.4 传感器图形符号与命名方法
思考题和习题

第2章 传感器的基本特性
2.1 传感器的静态特性
2.1.1 线性度
2.1.2 迟滞
2.1.3 重复性
2.1.4 灵敏度
2.1.5 分辨力和阈值
2.1.6 稳定性
2.1.7 漂移
2.2 传感器的动态特性
2.2.1 传感器动态误差
2.2.2 传递函数
2.2.3 一阶传感器系统
2.2.4 二阶传感器系统
思考题和习题

第3章 电阻应变式传感器
3.1 电阻应变片结构原理
3.1.1 电阻应变效应与应变片结构
3.1.2 电阻应变片的基本原理
3.1.3 压阻效应和压阻式传感器
3.1.4 应变片种类
3.2 金属应变片的主要特性
3.2.1 应变片的灵敏系数
3.2.2 横向效应
3.2.3 应变片温度误差及补偿方法
3.3 电阻应变片测量电路
3.3.1 直流电桥工作原理
3.3.2 交流电桥工作原理
3.3.3 电阻应变仪原理
3.3.4 相敏检波器
3.4 应变式传感器的应用
3.4.1 力传感器（测力与秤重）
3.4.2 膜片式压力传感器
3.4.3 应变式加速度传感器
3.4.4 硅压阻式压力传感器
思考题和习题

第4章 电容式传感器
4.1 电容式传感器的工作原理和结构类型
4.1.1 工作原理
4.1.2 结构类型
4.2 电容式传感器的输出特性
4.2.1 变极距型
4.2.2 平板变面积型
4.2.3 变介电常数型
4.3 测量电路
4.3.1 电容式传感器等效电路
4.3.2 电桥电路

4.4 应用举例
4.4.1 压差式电容压力传感器
4.4.2 电容测厚仪
4.4.3 力平衡式加速度传感器
4.4.4 电容传声器
4.4.5 硅电容式集成传感器
4.4.6 电容式指纹传感器
思考题和习题

第5章 电感式传感器
5.1 变磁阻式传感器（自感式传感器）
5.1.1 工作原理
5.1.2 输出特性
5.1.3 差动变间隙式电感传感器结构原理
5.1.4 测量转换电路
5.1.5 变磁阻式传感器的应用
5.2 差动变压器式传感器（互感式传感器）
5.2.1 螺线管式差动变压器结构和工作原理
5.2.2 基本特性
5.2.3 零点残余电压
5.2.4 差动变压器测量电路
5.2.5 应用举例
5.3 电涡流式传感器
5.3.1 工作原理
.5.3.2 等效电路分析
5.3.3 涡流的分布和强度
5.3.4 测量电路
5.3.5 电涡流传感器的应用
思考题和习题

第6章 磁电式传感器
6.1 磁电感应式传感器（电动式）
6.1.1 工作原理和结构形式
6.1.2 磁电感应式传感器的基本特性
6.1.3 磁电感应式传感器的测量电路
6.1.4 磁电感应式传感器的应用
6.2 霍尔传感器
6.2.1 霍尔效应
6.2.2 霍尔元件
6.2.3 霍尔元件的误差及补偿
6.2.4 霍尔元件的应用
6.2.5 集成霍尔传感器
6.3 磁敏元件
6.3.1 磁敏电阻器
6.3.2 磁敏晶体管
6.3.3 集成磁敏元件
思考题和习题

第7章 压电式传感器
7.1 压电效应
7.2 压电材料
7.2.1 石英晶体
7.2.2 压电陶瓷（多晶体）
7.2.3 聚偏氟乙烯压电材料
7.3 压电元件结构形式
7.4 等效电路与测量电路
7.4.1 压电传感器等效电路
7.4.2 压电传感器测量电路
7.5 压电传感器的应用
思考题和习题

第8章 光电效应及光敏器件
8.1 光电效应
8.1.1 外光电效应
8.1.2 内光电效应
8.2 光电器件
8.2.1 光电管
8.2.2 光电倍增管
8.2.3 光敏电阻
8.2.4 光敏二极管和光敏三极管
8.2.5 光电池
8.2.6 其他特性的光电器件
8.2.7 半导体色敏传感器
8.2.8 应用实例
8.3 光栅式传感器
8.3.1 光栅莫尔条纹
8.3.2 光栅测量装置
思考题和习题

第9章 新型光电传感器
9.1 新型固态光电传感器
9.1.1 普通光敏器件阵列
9.1.2 PSD光电位置传感器
9.1.3 SSPD自扫描光电二极管
阵列
9.2 CCD电荷耦合器件
9.2.1 CCD工作原理及特性
9.2.2 CCD器件
9.2.3 CCD传感器的应用
9.3 光纤传感器
9.3.1 光纤的结构和传输原理
9.3.2 光纤的性能（几个重要参数）
9.3.3 光波调制技术
9.3.4 光纤传感器
思考题和习题

第10章 半导体式化学传感器
10.1 气敏传感器
10.1.1 电阻型半导体气敏传感器
10.1.2 非电阻型半导体气敏器件
10.1.3 气敏传感器的应用
10.2 湿敏传感器
10.2.1 湿度及表示方法
10.2.2 氯化锂湿敏电阻
10.2.3 半导体陶瓷湿敏电阻
10.2.4 湿度传感器的特性参数
10.2.5 湿度传感器的应用
10.3 离子敏传感器
10.3.1 离子场效应晶体管
10.3.2 离子敏传感器工作原理
10.3.3 离子敏传感器测量电路
10.3.4 离子敏传感器的应用
思考题和习题

第11章 波与射线式传感器
11.1 超声波传感器
11.1.1 超声波及其物理性质
11.1.2 超声波传感器的结构原理
11.1.3 超声波传感器的应用
11.2 红外传感器
11.2.1 红外辐射
11.2.2 红外探测器
11.2.3 红外传感器的应用
11.3 核辐射传感器
11.3.1 物理基础
11.3.2 射线式传感器
11.3.3 核辐射传感器的应用
思考题和习题

第12章 热电式传感器
12.1 温度传感器的分类及温标
12.1.1 分类方法
12.1.2 温度单位
12.2 热电偶
12.2.1 热电偶的工作原理和热电效应
12.2.2 热电偶的基本定律
12.2.3 热电偶的分类和结构
12.2.4 热电偶测量电路及应用
12.3 热电阻与热敏电阻
12.3.1 热电阻
12.3.2 热敏电阻
12.3.3 应用举例
12.4 集成温度传感器
12.4.1 集成温度传感器的测温原理
12.4.2 PTAT集成温度传感器的信号输出方式
12.5 基于1-WIRE总线的DSl8820型智能温度传感器
思考题和习题

第13章 传感器实验与综合练习
13.1 传感器实验
13.1.1 基本实验
13.1.2 设计型实验
13.1.3 综合性工程实验
13.2 综合练习
13.2.1 填空
13.2.2 选择填空
13.2.3 分析与计算
13.2.4 简述题
参考文献

插图：


第1章 概论
传感器是检测和自动控制应用中的首要环节。检测技术中通常把测试对象分为两大类：电参量的测量与非电参量的测量。电参量有电压、电流、电阻、功率、频率等，这些参量可以表征设备或系统的性能；非电参量有机械量（如位移、速度、加速度、力、扭矩、应变、振动等）、化学量（如浓度、成分、气体、pH值、湿度等）、生物量（酶、组织、菌类）等。过去，非电参量的测量多采用非电测量的方法，如用尺子测量长度，用温度计测量温度等，而现在的非电测量多采用电测量的方法，其中的关键技术是如何利用传感器将非电参量转换为电参量。
1.1 传感器的作用和地位
当今，传感器已广泛用于工业、农业、商业、交通、环境监测、医疗诊断、军事科研、航空航天、现代办公设备、智能建筑和家用电器等领域，是构建现代信息系统的重要组成部分。那么到底什么是传感器呢？其实只要你细心观察就可以发现，在我们日常生活中使用着各种各样的传感器，例如电冰箱、电饭煲中的温度传感器；空调中的温度和湿度传感器；煤气灶中的煤气泄漏传感器；电视机和影碟机中的红外遥控器；照相机中的光传感器；汽车中的燃料计和速度计等。传感器已经给我们的生活带来了很多便利和帮助。
目前传感器涉及的领域包括：现代流程工业、宇宙开发、海洋探测、军事国防、环境保护、资源调查、医学诊断、智能建筑、汽车、家用电器、生物工程、商检质检、公共安全、甚至文物保护等。
在基础学科研究中，传感器有更突出的地位，传感器的发展往往是一些边缘学科开发的先驱。如宏观上的茫茫宇宙、微观上的粒子世界、长时问的天体演化、短时间的瞬间反应，超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、弱磁场等极限技术研究。
现代流程工业生产尤其是自动化生产过程中的质量监控或自动检测，需要用各种传感器来监视和控制生产过程的各个参数，传感器是自动控制系统的关键性基础器件，直接影响到自动化技术的质量和水平。