傳感器及其應(yīng)用

第一章 引言 1
1.1 傳感器的發(fā)展和作用 1
1.2 什么是傳感器 2
1.3 傳感器的分類 3
1.4 傳感器的性能和評(píng)價(jià) 4
1.4.1 傳感器的靜態(tài)特性 5
1.4.2 傳感器的動(dòng)態(tài)特性 6
參考文獻(xiàn) 15
第二章 應(yīng)變式傳感器 16
2.1 電阻應(yīng)變效應(yīng) 16
2.1.1 電阻應(yīng)變效應(yīng) 16
2.1.2 應(yīng)變計(jì)的分類 17
2.1.3 應(yīng)變計(jì)型號(hào)命名規(guī)則 20
2.2 應(yīng)變計(jì)的主要特性 20
2.2.1 應(yīng)變計(jì)的靈敏度系數(shù) 21
2.2.2 橫向效應(yīng) 21
2.2.3 應(yīng)變計(jì)的動(dòng)態(tài)特性 23
2.2.4 其他特性參數(shù) 25
2.3 應(yīng)變計(jì)的粘貼 26
2.4 電橋原理及電阻應(yīng)變計(jì)橋路 27
2.4.1 直流電橋的特性方程及平衡條件 27
2.4.2 直流電橋的電壓靈敏度 27
2.4.3 交流電橋的平衡條件和電壓輸出 29
2.5 溫度誤差及其補(bǔ)償 30
2.5.1 溫度誤差產(chǎn)生的原因 30
2.5.2 溫度補(bǔ)償方法 32
2.6 電阻應(yīng)變儀 34
2.7 應(yīng)變式傳感器 37
2.7.1 彈性敏感元件 37
2.7.2 應(yīng)變式測(cè)力與稱重傳感器 38
2.7.3 應(yīng)變式壓力傳感器 43
2.7.4 應(yīng)變式加速度傳感器 45
2.8 幾種新型的微應(yīng)變式傳感器 46
2.8.1 壓阻效應(yīng) 46
2.8.2 敏感元件加工新技術(shù) 47
2.8.3 微型硅應(yīng)變式傳感器 49
2.8.4 X型硅壓力傳感器 50
2.8.5 薄膜應(yīng)變式傳感器 51
參考文獻(xiàn) 51
第三章 光電式傳感器 52
3.1 光電效應(yīng) 52
3.1.1 外光電效應(yīng) 52
3.1.2 內(nèi)光電效應(yīng) 53
3.2 熱釋電效應(yīng) 55
3.3 光的吸收系數(shù) 56
3.4 光傳感器的特性表示法 57
3.4.1 靈敏度 57
3.4.2 光譜靈敏度S λ 與峰值波長(zhǎng) 57
3.4.3 相對(duì)光譜靈敏度Sr λ 57
3.4.4 積分靈敏度S 58
3.4.5 通量閥ΦH 58
3.4.6 歸一化探測(cè)率D* 59
3.4.7 轉(zhuǎn)換特性Sz t 和響應(yīng)時(shí)間 59
3.4.8 光電器件的頻率特性 59
3.4.9 光照特性 60
3.4.10 溫度特性 60
3.4.11 伏安特性 60
3.5 光電傳感器 61
3.5.1 光電管 61
3.5.2 光電倍增管 62
3.5.3 光敏電阻 65
3.5.4 光電二極管和光電三極管 71
3.5.5 光電池 80
3.5.6 PIN型硅光電二極管 86
3.5.7 雪崩式光電二極管 APD 86
3.5.8 半導(dǎo)體色敏傳感器 87
3.5.9 光電閘流晶體管 88
3.5.10 熱釋電傳感器 89
3.5.11 達(dá)林頓光電三極管 90
3.5.12 光電耦合器件 91
3.5.13 光導(dǎo)攝像管 91
3.5.14 CCD圖像傳感器 92
參考文獻(xiàn) 94
第四章 光纖傳感器 96
4.1 光導(dǎo)纖維 光纖 97
4.1.１ 光纖的結(jié)構(gòu) 97
4.1.2 光在光纖中的傳播 97
4.1.3 光纖的幾個(gè)重要參數(shù) 98
4.1.4 光纖的類型 99
4.2 強(qiáng)度型 振幅型 光纖傳感器 101
4.2.1 反射式光纖位移傳感器 101
4.2.2 光纖測(cè)壓傳感器 103
4.2.3 移動(dòng)光柵光纖傳感器 103
4.2.4 微彎光纖傳感器 104
4.3 干涉型光纖傳感器 107
4.3.1 基本原理 107
4.3.2 光纖 強(qiáng)度 干涉儀 110
4.3.3 相位檢測(cè)中的幾個(gè)問題 111
4.3.4 相位檢測(cè)方法 116
4.3.5 光纖聲傳感器 120
4.3.6 光纖磁傳感器 121
4.3.7 光纖電流傳感器 122
4.3.8 光纖線性加速度計(jì) 122
4.3.9 渦流式光纖流量傳感器 122
參考文獻(xiàn) 123
第五章 變磁阻式傳感器 124
5.1 電感式傳感器 124
5.2 差動(dòng)式電感傳感器 126
5.3 差動(dòng)變壓器式傳感器 128
5.3.1 Π形差動(dòng)變壓器的輸出特性 129
5.3.2 螺管形差動(dòng)變壓器 131
5.4 電動(dòng)式傳感器 133
參考文獻(xiàn) 134
第六章 壓電傳感器 135
6.1 晶體的壓電效應(yīng) 135
6.1.1 晶體壓電效應(yīng)的說明 135
6.1.2 壓電方程 135
6.1.3 壓電材料 137
6.2 壓電加速度傳感器 137
6.2.1 壓電加速度傳感器的工作原理 138
6.2.2 壓電加速度傳感器的結(jié)構(gòu) 139
6.2.3 壓電加速度傳感器的等效電路 141
6.3 壓電諧振式傳感器 143
6.3.１ 石英晶體諧振式溫度傳感器 143
6.3.2 石英晶體諧振式壓力傳感器 144
6.3.3 壓電汞蒸氣探測(cè)器 146
6.3.4 測(cè)量液體密度的壓電傳感器 147
6.4 聲表面波傳感器 148
6.4.1 SAW傳感器的基本原理 148
6.4.2 SAW壓力傳感器 150
6.4.3 SAW熱敏傳感器 151
6.4.4 SAW氣敏傳感器 152
6.4.5 SAW電力傳感器 153
6.4.6 SAW加速度傳感器 154
6.4.7 SAW流量傳感器 155
參考文獻(xiàn) 156
第七章 壓電聲傳感器 157
7.1 厚度振動(dòng)換能器 157
7.2 圓柱形壓電換能器 159
7.2.1 薄壁圓管的共振頻率方程 160
7.2.2 開路接收電壓靈敏度 160
7.3 復(fù)合棒壓電換能器 161
7.3.1 復(fù)合棒壓電振子的機(jī)電等效圖 162
7.3.2 共振頻率方程 163
7.4 壓電陶瓷雙疊片彎曲振動(dòng)換能器 165
7.4.1 彎曲振動(dòng)壓電陶瓷換能器的原理 165
7.4.2 彎曲振動(dòng)壓電陶瓷換能器的實(shí)例 166
參考文獻(xiàn) 167
第八章 半導(dǎo)體傳感器 168
8.1 半導(dǎo)體溫度傳感器 168
8.1.1 接觸型半導(dǎo)體傳感器 168
8.1.2 非接觸型半導(dǎo)體溫度傳感器 181
8.2 半導(dǎo)體濕度傳感器 184
8.2.1 濕度的定義 184
8.2.2 濕度傳感器的主要參數(shù) 184
8.2.３ 濕度傳感器器件 186
8.2.4 半導(dǎo)體陶瓷濕度傳感器的檢測(cè)精度 194
8.3 半導(dǎo)體氣體傳感器 195
8.3.1 半導(dǎo)體電阻型氣敏器件 195
8.3.2 非電阻控制型半導(dǎo)體氣敏器件 199
8.3.3 半導(dǎo)體氣敏傳感器的氣敏選擇性 201
8.3.4 納米技術(shù)在半導(dǎo)體陶瓷氣體傳感器中的應(yīng)用 202
8.3.5 半導(dǎo)體氣體傳感器的應(yīng)用 203
8.4 半導(dǎo)體磁敏傳感器 205
8.4.1 磁敏器件的工作原理 205
8.4.2 半導(dǎo)體磁敏器件 206
8.4.3 磁傳感器應(yīng)用舉例 216
參考文獻(xiàn) 219
第九章 電位器式傳感器 220
9.1 線性電位器 220
9.1.1 空載特性 220
9.1.2 階梯特性. 階梯誤差和分辨率 222
9.2 非線性電位器 223
9.2.1 變骨架式非線性電位器 223
9.2.2 變節(jié)距式非線性線繞電位器 225
9.2.3 分路（并聯(lián)）電阻式非線性電位器 226
9.3 負(fù)載特性與負(fù)載誤差 227
9.4 電位器式傳感器 229
9.4.1 電位器式位移傳感器 229
9.4.2 電位器式壓力傳感器 230
9.4.3 電位器式加速度傳感器 230
參考文獻(xiàn) 231
第十章 Z-半導(dǎo)體敏感元件 232
10.1 Z-半導(dǎo)體敏感元件的由來與特點(diǎn) 232
10.1.1 由來 232
10.1.2 特點(diǎn) 233
10.2 溫敏Z-元件的伏安特性 233
10.3 基本應(yīng)用電路 234
10.4 應(yīng)用開發(fā)的基本原理 235
10.4.1 應(yīng)用開發(fā)綜述 235
10.4.2 狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件 235
10.4.3 基本應(yīng)用舉例 236
10. 5 力敏Z-元件簡(jiǎn)介 240
參考文獻(xiàn) 240
第十一章 傳感器電路 242
11.1 傳感器的匹配 242
11.1.1 變壓器匹配 242
11.1.2 高輸入阻抗放大器 242
11.1.3 電荷放大器 244
11.2 信號(hào)處理電路 244
11.2.1 濾波電路 244
11.2.2 電平轉(zhuǎn)換電路 248
11.2.3 采樣-保持電路 248
11.2.4 A/D轉(zhuǎn)換電路 248
11.2.5 數(shù)字信號(hào)處理器 250
11.3 信號(hào)傳輸 250
11.4 抗干擾設(shè)計(jì) 251
11.4.1 電阻器 252
11.4.2 電容器 253
11.4.3 電感器 253
11.4.4 數(shù)字器件 254
11.4.5 電路干擾的控制 254
11.5 實(shí)際傳感器電路舉例 255
參考文獻(xiàn) 261