传感器及其应用

第一章 引言 1
1.1 传感器的发展和作用 1
1.2 什么是传感器 2
1.3 传感器的分类 3
1.4 传感器的性能和评价 4
1.4.1 传感器的静态特性 5
1.4.2 传感器的动态特性 6
参考文献 15
第二章 应变式传感器 16
2.1 电阻应变效应 16
2.1.1 电阻应变效应 16
2.1.2 应变计的分类 17
2.1.3 应变计型号命名规则 20
2.2 应变计的主要特性 20
2.2.1 应变计的灵敏度系数 21
2.2.2 横向效应 21
2.2.3 应变计的动态特性 23
2.2.4 其他特性参数 25
2.3 应变计的粘贴 26
2.4 电桥原理及电阻应变计桥路 27
2.4.1 直流电桥的特性方程及平衡条件 27
2.4.2 直流电桥的电压灵敏度 27
2.4.3 交流电桥的平衡条件和电压输出 29
2.5 温度误差及其补偿 30
2.5.1 温度误差产生的原因 30
2.5.2 温度补偿方法 32
2.6 电阻应变仪 34
2.7 应变式传感器 37
2.7.1 弹性敏感元件 37
2.7.2 应变式测力与称重传感器 38
2.7.3 应变式压力传感器 43
2.7.4 应变式加速度传感器 45
2.8 几种新型的微应变式传感器 46
2.8.1 压阻效应 46
2.8.2 敏感元件加工新技术 47
2.8.3 微型硅应变式传感器 49
2.8.4 X型硅压力传感器 50
2.8.5 薄膜应变式传感器 51
参考文献 51
第三章 光电式传感器 52
3.1 光电效应 52
3.1.1 外光电效应 52
3.1.2 内光电效应 53
3.2 热释电效应 55
3.3 光的吸收系数 56
3.4 光传感器的特性表示法 57
3.4.1 灵敏度 57
3.4.2 光谱灵敏度S λ 与峰值波长 57
3.4.3 相对光谱灵敏度Sr λ 57
3.4.4 积分灵敏度S 58
3.4.5 通量阀ΦH 58
3.4.6 归一化探测率D* 59
3.4.7 转换特性Sz t 和响应时间 59
3.4.8 光电器件的频率特性 59
3.4.9 光照特性 60
3.4.10 温度特性 60
3.4.11 伏安特性 60
3.5 光电传感器 61
3.5.1 光电管 61
3.5.2 光电倍增管 62
3.5.3 光敏电阻 65
3.5.4 光电二极管和光电三极管 71
3.5.5 光电池 80
3.5.6 PIN型硅光电二极管 86
3.5.7 雪崩式光电二极管 APD 86
3.5.8 半导体色敏传感器 87
3.5.9 光电闸流晶体管 88
3.5.10 热释电传感器 89
3.5.11 达林顿光电三极管 90
3.5.12 光电耦合器件 91
3.5.13 光导摄像管 91
3.5.14 CCD图像传感器 92
参考文献 94
第四章 光纤传感器 96
4.1 光导纤维 光纤 97
4.1.１ 光纤的结构 97
4.1.2 光在光纤中的传播 97
4.1.3 光纤的几个重要参数 98
4.1.4 光纤的类型 99
4.2 强度型 振幅型 光纤传感器 101
4.2.1 反射式光纤位移传感器 101
4.2.2 光纤测压传感器 103
4.2.3 移动光栅光纤传感器 103
4.2.4 微弯光纤传感器 104
4.3 干涉型光纤传感器 107
4.3.1 基本原理 107
4.3.2 光纤 强度 干涉仪 110
4.3.3 相位检测中的几个问题 111
4.3.4 相位检测方法 116
4.3.5 光纤声传感器 120
4.3.6 光纤磁传感器 121
4.3.7 光纤电流传感器 122
4.3.8 光纤线性加速度计 122
4.3.9 涡流式光纤流量传感器 122
参考文献 123
第五章 变磁阻式传感器 124
5.1 电感式传感器 124
5.2 差动式电感传感器 126
5.3 差动变压器式传感器 128
5.3.1 Π形差动变压器的输出特性 129
5.3.2 螺管形差动变压器 131
5.4 电动式传感器 133
参考文献 134
第六章 压电传感器 135
6.1 晶体的压电效应 135
6.1.1 晶体压电效应的说明 135
6.1.2 压电方程 135
6.1.3 压电材料 137
6.2 压电加速度传感器 137
6.2.1 压电加速度传感器的工作原理 138
6.2.2 压电加速度传感器的结构 139
6.2.3 压电加速度传感器的等效电路 141
6.3 压电谐振式传感器 143
6.3.１ 石英晶体谐振式温度传感器 143
6.3.2 石英晶体谐振式压力传感器 144
6.3.3 压电汞蒸气探测器 146
6.3.4 测量液体密度的压电传感器 147
6.4 声表面波传感器 148
6.4.1 SAW传感器的基本原理 148
6.4.2 SAW压力传感器 150
6.4.3 SAW热敏传感器 151
6.4.4 SAW气敏传感器 152
6.4.5 SAW电力传感器 153
6.4.6 SAW加速度传感器 154
6.4.7 SAW流量传感器 155
参考文献 156
第七章 压电声传感器 157
7.1 厚度振动换能器 157
7.2 圆柱形压电换能器 159
7.2.1 薄壁圆管的共振频率方程 160
7.2.2 开路接收电压灵敏度 160
7.3 复合棒压电换能器 161
7.3.1 复合棒压电振子的机电等效图 162
7.3.2 共振频率方程 163
7.4 压电陶瓷双叠片弯曲振动换能器 165
7.4.1 弯曲振动压电陶瓷换能器的原理 165
7.4.2 弯曲振动压电陶瓷换能器的实例 166
参考文献 167
第八章 半导体传感器 168
8.1 半导体温度传感器 168
8.1.1 接触型半导体传感器 168
8.1.2 非接触型半导体温度传感器 181
8.2 半导体湿度传感器 184
8.2.1 湿度的定义 184
8.2.2 湿度传感器的主要参数 184
8.2.３ 湿度传感器器件 186
8.2.4 半导体陶瓷湿度传感器的检测精度 194
8.3 半导体气体传感器 195
8.3.1 半导体电阻型气敏器件 195
8.3.2 非电阻控制型半导体气敏器件 199
8.3.3 半导体气敏传感器的气敏选择性 201
8.3.4 纳米技术在半导体陶瓷气体传感器中的应用 202
8.3.5 半导体气体传感器的应用 203
8.4 半导体磁敏传感器 205
8.4.1 磁敏器件的工作原理 205
8.4.2 半导体磁敏器件 206
8.4.3 磁传感器应用举例 216
参考文献 219
第九章 电位器式传感器 220
9.1 线性电位器 220
9.1.1 空载特性 220
9.1.2 阶梯特性. 阶梯误差和分辨率 222
9.2 非线性电位器 223
9.2.1 变骨架式非线性电位器 223
9.2.2 变节距式非线性线绕电位器 225
9.2.3 分路（并联）电阻式非线性电位器 226
9.3 负载特性与负载误差 227
9.4 电位器式传感器 229
9.4.1 电位器式位移传感器 229
9.4.2 电位器式压力传感器 230
9.4.3 电位器式加速度传感器 230
参考文献 231
第十章 Z-半导体敏感元件 232
10.1 Z-半导体敏感元件的由来与特点 232
10.1.1 由来 232
10.1.2 特点 233
10.2 温敏Z-元件的伏安特性 233
10.3 基本应用电路 234
10.4 应用开发的基本原理 235
10.4.1 应用开发综述 235
10.4.2 状态转换条件 235
10.4.3 基本应用举例 236
10. 5 力敏Z-元件简介 240
参考文献 240
第十一章 传感器电路 242
11.1 传感器的匹配 242
11.1.1 变压器匹配 242
11.1.2 高输入阻抗放大器 242
11.1.3 电荷放大器 244
11.2 信号处理电路 244
11.2.1 滤波电路 244
11.2.2 电平转换电路 248
11.2.3 采样-保持电路 248
11.2.4 A/D转换电路 248
11.2.5 数字信号处理器 250
11.3 信号传输 250
11.4 抗干扰设计 251
11.4.1 电阻器 252
11.4.2 电容器 253
11.4.3 电感器 253
11.4.4 数字器件 254
11.4.5 电路干扰的控制 254
11.5 实际传感器电路举例 255
参考文献 261