傳感器及其應用

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 傳感器的性能和評價 4
1.4.1 傳感器的靜態(tài)特性 5
1.4.2 傳感器的動態(tài)特性 6
參考文獻 15
第二章 應變式傳感器 16
2.1 電阻應變效應 16
2.1.1 電阻應變效應 16
2.1.2 應變計的分類 17
2.1.3 應變計型號命名規(guī)則 20
2.2 應變計的主要特性 20
2.2.1 應變計的靈敏度系數(shù) 21
2.2.2 橫向效應 21
2.2.3 應變計的動態(tài)特性 23
2.2.4 其他特性參數(shù) 25
2.3 應變計的粘貼 26
2.4 電橋原理及電阻應變計橋路 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 溫度誤差及其補償 30
2.5.1 溫度誤差產生的原因 30
2.5.2 溫度補償方法 32
2.6 電阻應變儀 34
2.7 應變式傳感器 37
2.7.1 彈性敏感元件 37
2.7.2 應變式測力與稱重傳感器 38
2.7.3 應變式壓力傳感器 43
2.7.4 應變式加速度傳感器 45
2.8 幾種新型的微應變式傳感器 46
2.8.1 壓阻效應 46
2.8.2 敏感元件加工新技術 47
2.8.3 微型硅應變式傳感器 49
2.8.4 X型硅壓力傳感器 50
2.8.5 薄膜應變式傳感器 51
參考文獻 51
第三章 光電式傳感器 52
3.1 光電效應 52
3.1.1 外光電效應 52
3.1.2 內光電效應 53
3.2 熱釋電效應 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 57
3.4.3 相對光譜靈敏度Sr λ 57
3.4.4 積分靈敏度S 58
3.4.5 通量閥ΦH 58
3.4.6 歸一化探測率D* 59
3.4.7 轉換特性Sz t 和響應時間 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 達林頓光電三極管 90
3.5.12 光電耦合器件 91
3.5.13 光導攝像管 91
3.5.14 CCD圖像傳感器 92
參考文獻 94
第四章 光纖傳感器 96
4.1 光導纖維 光纖 97
4.1.１ 光纖的結構 97
4.1.2 光在光纖中的傳播 97
4.1.3 光纖的幾個重要參數(shù) 98
4.1.4 光纖的類型 99
4.2 強度型 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 光纖測壓傳感器 103
4.2.3 移動光柵光纖傳感器 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 強度 干涉儀 110
4.3.3 相位檢測中的幾個問題 111
4.3.4 相位檢測方法 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 122
4.3.9 渦流式光纖流量傳感器 122
參考文獻 123
第五章 變磁阻式傳感器 124
5.1 電感式傳感器 124
5.2 差動式電感傳感器 126
5.3 差動變壓器式傳感器 128
5.3.1 Π形差動變壓器的輸出特性 129
5.3.2 螺管形差動變壓器 131
5.4 電動式傳感器 133
參考文獻 134
第六章 壓電傳感器 135
6.1 晶體的壓電效應 135
6.1.1 晶體壓電效應的說明 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構 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 壓電汞蒸氣探測器 146
6.3.4 測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 156
第七章 壓電聲傳感器 157
7.1 厚度振動換能器 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 復合棒壓電換能器 161
7.3.1 復合棒壓電振子的機電等效圖 162
7.3.2 共振頻率方程 163
7.4 壓電陶瓷雙疊片彎曲振動換能器 165
7.4.1 彎曲振動壓電陶瓷換能器的原理 165
7.4.2 彎曲振動壓電陶瓷換能器的實例 166
參考文獻 167
第八章 半導體傳感器 168
8.1 半導體溫度傳感器 168
8.1.1 接觸型半導體傳感器 168
8.1.2 非接觸型半導體溫度傳感器 181
8.2 半導體濕度傳感器 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 半導體陶瓷濕度傳感器的檢測精度 194
8.3 半導體氣體傳感器 195
8.3.1 半導體電阻型氣敏器件 195
8.3.2 非電阻控制型半導體氣敏器件 199
8.3.3 半導體氣敏傳感器的氣敏選擇性 201
8.3.4 納米技術在半導體陶瓷氣體傳感器中的應用 202
8.3.5 半導體氣體傳感器的應用 203
8.4 半導體磁敏傳感器 205
8.4.1 磁敏器件的工作原理 205
8.4.2 半導體磁敏器件 206
8.4.3 磁傳感器應用舉例 216
參考文獻 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 負載特性與負載誤差 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 231
第十章 Z-半導體敏感元件 232
10.1 Z-半導體敏感元件的由來與特點 232
10.1.1 由來 232
10.1.2 特點 233
10.2 溫敏Z-元件的伏安特性 233
10.3 基本應用電路 234
10.4 應用開發(fā)的基本原理 235
10.4.1 應用開發(fā)綜述 235
10.4.2 狀態(tài)轉換條件 235
10.4.3 基本應用舉例 236
10. 5 力敏Z-元件簡介 240
參考文獻 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 信號處理電路 244
11.2.1 濾波電路 244
11.2.2 電平轉換電路 248
11.2.3 采樣-保持電路 248
11.2.4 A/D轉換電路 248
11.2.5 數(shù)字信號處理器 250
11.3 信號傳輸 250
11.4 抗干擾設計 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 實際傳感器電路舉例 255
參考文獻 261