傳感器及其應(yīng)用

前言

　　本書根據(jù)2001年教育部頒發(fā)的《中等職業(yè)學(xué)校電子技術(shù)應(yīng)用專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)方案》中“傳感技術(shù)及應(yīng)用教學(xué)基本要求”編寫。本次修訂在第1版的基礎(chǔ)上，增加了光纖傳感器、超聲波傳感器、圖像傳感器、生物傳感器等內(nèi)容，并補(bǔ)充了部分傳感器應(yīng)用實(shí)例。本書主編在電子行業(yè)已工作了三十多年，從事中等職業(yè)教育二十余年，在長(zhǎng)期從事理論與實(shí)踐教學(xué)的過程中，深切感受到目前這一學(xué)科現(xiàn)有的有關(guān)教材，大多數(shù)不太適合中等職業(yè)教育教學(xué)的需要，與新的教學(xué)基本要求存在一定的差距。為了及時(shí)提供與新教學(xué)基本要求配套的教材，盡快培養(yǎng)一大批能夠適應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)，具備高素質(zhì)的操作、維護(hù)、保養(yǎng)現(xiàn)代化生產(chǎn)加工設(shè)備的技術(shù)工人，滿足當(dāng)今工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的迫切需要，本書主編著手修訂了本教材。　　本書在修訂時(shí)，盡力體現(xiàn)以下特點(diǎn)：　　1．考慮到使用對(duì)象，故特別注意編寫內(nèi)容的適應(yīng)性和適用性，盡可能地降低理論難度，簡(jiǎn)單明了，分析中盡可能采用定性分析的原則加以處理，刪除復(fù)雜的理論敘述及定量分析?！　?．各類傳感器的介紹，遵循從原理到應(yīng)用、逐段展開、深入淺出、圖文并茂的原則?！　?．盡力拓寬基本知識(shí)、基本技能的理解和掌握。教材中加大了實(shí)際應(yīng)用的內(nèi)容。　　4．為加強(qiáng)實(shí)踐能力的培養(yǎng)，教材中同時(shí)編寫了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（在教材編寫中，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容過去絕大多數(shù)是另外處理的）。本書根據(jù)教材編寫內(nèi)容選編了八個(gè)實(shí)驗(yàn)，供授課時(shí)選用?！　?．為了學(xué)好這門課程，在選修該課程之前，應(yīng)具有相應(yīng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程（如：電工、電子線路、模擬電路、數(shù)字電路、工程制圖、機(jī)械基礎(chǔ)等）知識(shí)及必要的分析能力?！　?．與時(shí)俱進(jìn)，編寫時(shí)盡力引進(jìn)新知識(shí)、新技術(shù)、新產(chǎn)品、新工藝。例如：一些新型號(hào)的傳感器件，新的標(biāo)準(zhǔn)、新的電路等，以保證教材的新穎。

內(nèi)容概要

　　《傳感器及其應(yīng)用》是中等職業(yè)教育國(guó)家規(guī)劃教材配套教學(xué)用書，參照2001年教育部頒發(fā)的《中等職業(yè)學(xué)校電子技術(shù)應(yīng)用專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)方案》中“傳感技術(shù)及應(yīng)用教學(xué)基本要求”，以及有關(guān)行業(yè)的職業(yè)技能鑒定及中級(jí)技術(shù)工人等級(jí)考核標(biāo)準(zhǔn)編寫?！秱鞲衅骷捌鋺?yīng)用》主要包括傳感技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)、常用典型傳感器及其應(yīng)用、傳感器實(shí)驗(yàn)等內(nèi)容?！　　秱鞲衅骷捌鋺?yīng)用》采用由總體到局部，逐級(jí)展開、延伸的編寫方式，將傳感技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)與常用的典型傳感器件相結(jié)合，并通過必要的實(shí)驗(yàn)分析相貫通；對(duì)傳統(tǒng)內(nèi)容進(jìn)行必要的壓縮，加強(qiáng)應(yīng)用內(nèi)容的介紹，注重提高學(xué)生的應(yīng)用能力及分析能力?！　　秱鞲衅骷捌鋺?yīng)用》可供中等職業(yè)學(xué)校電子信息類專業(yè)使用，亦可作為相關(guān)崗位技術(shù)人員的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)用書?！　　秱鞲衅骷捌鋺?yīng)用》封底配有學(xué)習(xí)卡／防偽碼，同時(shí)配套學(xué)習(xí)資源，按照《傳感器及其應(yīng)用》最后一頁“鄭重聲明”下方的使用說明進(jìn)行操作，便可查詢圖書真?zhèn)?，獲得相關(guān)學(xué)習(xí)資源。

書籍目錄

緒論 第一章 傳感器簡(jiǎn)論 第一節(jié) 傳感器的基本概念 第二節(jié) 傳感器的組成與分類 第三節(jié) 傳感器的基本特性 第四節(jié) 傳感器檢測(cè)系統(tǒng)的基本組成 思考題與習(xí)題 第二章 傳感器測(cè)量電路 第一節(jié) 傳感器測(cè)量電路的作用與要求 第二節(jié) 傳感器測(cè)量電路的類型、特點(diǎn)與組成 第三節(jié) 噪聲與抗干擾技術(shù) 思考題與習(xí)題 第三章 電阻式傳感器 第一節(jié) 電阻應(yīng)變片式傳感器 第二節(jié) 氣敏與濕敏電阻傳感器 思考題與習(xí)題 第四章 電容式傳感器 第一節(jié) 電容式傳感器的基本概念及主要特點(diǎn) 第二節(jié) 電容式傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)形式 第三節(jié) 電容式傳感器典型測(cè)量電路及分析 第四節(jié) 電容式傳感器的應(yīng)用 思考題與習(xí)題 第五章 電感式傳感器 第一節(jié) 自感式電感傳感器 第二節(jié) 互感式電感傳感器 第三節(jié) 電感式傳感器的應(yīng)用 思考題與習(xí)題 第六章 霍爾式傳感器 第一節(jié) 霍爾式傳感器的工作原理 第二節(jié) 霍爾元件及主要技術(shù)參數(shù) 第三節(jié) 霍爾式傳感器的集成與應(yīng)用 思考題與習(xí)題 第七章 壓電式傳感器 第一節(jié) 壓電式傳感器的工作原理 第二節(jié) 壓電式傳感器的測(cè)量電路 第三節(jié) 壓電式傳感器的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用 思考題與習(xí)題 第八章 熱電式傳感器 第一節(jié) 熱電阻、熱敏電阻傳感器 第二節(jié) 熱電偶傳感器 思考題與習(xí)題 第九章 光傳感器 第一節(jié) 光電式傳感器的基本知識(shí) 第二節(jié) 光電式傳感器及其基本特性 第三節(jié) 光電式傳感器的應(yīng)用 第四節(jié) 光纖傳感器 思考題與習(xí)題 第十章 數(shù)字式傳感器 第一節(jié) 光柵傳感器 第二節(jié) 磁柵傳感器 第三節(jié) 光電式脈沖傳感器 第四節(jié) 感應(yīng)同步器 思考題與習(xí)題 第十一章 其他類型傳感器 第一節(jié) 超聲波傳感器 第二節(jié) 圖像傳感器 第三節(jié) 生物傳感器 思考題與習(xí)題 第十二章 傳感器實(shí)驗(yàn) 第一節(jié) 電阻式傳感器實(shí)驗(yàn) 第二節(jié) 電容式傳感器實(shí)驗(yàn) 第三節(jié) 電感式傳感器實(shí)驗(yàn) 第四節(jié) 霍爾式傳感器實(shí)驗(yàn) 第五節(jié) 壓電式傳感器實(shí)驗(yàn) 第六節(jié) 熱電式傳感器實(shí)驗(yàn) 第七節(jié) 光電式傳感器實(shí)驗(yàn) 第八節(jié) 數(shù)字式傳感器實(shí)驗(yàn) 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   漏電流通常發(fā)生在以下幾種場(chǎng)合：①用儀表測(cè)量高的直流電壓時(shí)；②在測(cè)量裝置附近有較高的直流電壓源；③高輸入阻抗的直流放大器中。在測(cè)量系統(tǒng)中，為了改善漏電流引起的干擾，一般采用提高絕緣性能和采取相應(yīng)的防護(hù)措施來實(shí)現(xiàn)。 就耦合通道而言，在噪聲源與測(cè)量裝置之間除了上述耦合方式外，還存在串模干擾與共模干擾。串模干擾的特點(diǎn)是噪聲信號(hào)串接在測(cè)量信號(hào)接收器的一個(gè)輸入端上，即干擾信號(hào)與有用信號(hào)疊加起來同時(shí)作用于輸入端，因此它將直接影響測(cè)量的結(jié)果。常見的串模干擾有傳感器的固有噪聲、交變電場(chǎng)對(duì)傳感器輸入端的漏電流耦合、交變磁場(chǎng)對(duì)傳感器輸入端的耦合等。而共模干擾的特點(diǎn)是在信號(hào)接收器的兩個(gè)輸入端同時(shí)出現(xiàn)干擾電壓。這種干擾電壓雖然不直接影響測(cè)量結(jié)果，但是，當(dāng)信號(hào)輸入電路的參數(shù)不對(duì)稱時(shí)，就會(huì)轉(zhuǎn)化成串模干擾，從而對(duì)測(cè)量產(chǎn)生影響。在實(shí)際測(cè)量過程中，由于共模干擾的電壓一般都比較大，而它的耦合機(jī)理和電路相對(duì)又比較復(fù)雜，不太容易搞清楚，所以排除起來就比較困難，因而對(duì)系統(tǒng)測(cè)量的影響就更為嚴(yán)重。目前抑制產(chǎn)生共模干擾的措施主要有兩條：一是最大限度改善包括信號(hào)線在內(nèi)的整個(gè)回路的平衡度；二是增加輸入回路的對(duì)地阻抗。 三、接收電路 在抑制和消除噪聲干擾的過程中，除了確定噪聲源和破壞噪聲源到接收電路之間的耦合通道外，還要考慮接收電路的設(shè)計(jì)。在測(cè)量系統(tǒng)中，一旦噪聲干擾或其他干擾越過通道進(jìn)入實(shí)際接收電路后，如不設(shè)防就必然對(duì)測(cè)量結(jié)果造成影響。因此在由傳感器所組成的檢測(cè)系統(tǒng)中，用于信號(hào)接收的電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用就一定要采取相應(yīng)的措施。就選擇和應(yīng)用實(shí)際接收電路而言，通常應(yīng)遵循以下原則： ①認(rèn)真消化和領(lǐng)會(huì)本章第一節(jié)中有關(guān)傳感器測(cè)量電路的6項(xiàng)要求。 ②根據(jù)測(cè)量項(xiàng)目要求，有針對(duì)性地強(qiáng)化實(shí)際接收電路中的抗干擾功能。比如，采用適當(dāng)?shù)亩栊噪娐芬越档蛯?duì)干擾信號(hào)的靈敏度；采用高保真電路以確保被測(cè)信號(hào)的真實(shí)度等。 ③在條件允許的情況下，盡可能選用性能優(yōu)秀穩(wěn)定的電路和電子元器件，確保接收電路的穩(wěn)定可靠。 四、其他抗干擾措施 目前常用的其他抗干擾措施有以下幾種。 1.屏蔽 屏蔽的對(duì)象主要有兩個(gè)方面：一是干擾源，二是接收體。其中，對(duì)干擾源的屏蔽稱之為主動(dòng)屏蔽；對(duì)接收體的屏蔽稱之為被動(dòng)屏蔽。在測(cè)量裝置內(nèi)部可采用局部屏蔽的方式來處理，前提是應(yīng)首先確認(rèn)“哪個(gè)器件”或“哪一段電路”為干擾源，然后將其屏蔽。一般情況下以主動(dòng)屏蔽為主，迫不得已時(shí)可采用被動(dòng)屏蔽。屏蔽設(shè)置通常選用銅、鋁等低電阻材料或強(qiáng)磁性材料制成屏蔽體，然后將干擾源或接收電路分別隔離開來，防止電或磁的相互感應(yīng)。根據(jù)干擾場(chǎng)的性質(zhì)，屏蔽可分為電屏蔽、磁屏蔽和電磁屏蔽3種。 （1）電屏蔽（又稱靜電屏蔽） 是指在靜電場(chǎng)作用下，導(dǎo)體內(nèi)部無電力線存在（即導(dǎo)體內(nèi)各點(diǎn)電位相等）。電屏蔽就是利用這一特性，使屏蔽體內(nèi)的電力線不外傳，同時(shí)也不使外部的電力線影響其內(nèi)部，消除或削弱兩個(gè)回路之間由于分布電容的耦合而形成的干擾。采用電屏蔽時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①屏蔽體接地必須良好；②屏蔽體的接地點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近被屏蔽的低電平元件的接地點(diǎn)；③屏蔽體力求嚴(yán)密；④屏蔽體用材為良導(dǎo)體（一般為銅材，要求較高時(shí)可在銅屏蔽體的外表面上鍍銀）。 （2）磁屏蔽（或稱低頻磁屏蔽） 對(duì)于低頻磁場(chǎng)的干擾，用電屏蔽的方式已難以解決。此時(shí)可采用強(qiáng)磁材料做成屏蔽體對(duì)干擾信號(hào)加以屏蔽。由于強(qiáng)磁材料的磁阻極小，可將干擾磁感線限制在強(qiáng)磁屏蔽體內(nèi)，從而達(dá)到屏蔽的目的。屏蔽體的磁阻越小，厚度越大，屏蔽的效果越好。若采用相互具有一定間隔的兩個(gè)以上的同心屏蔽體，則效果更佳。但需說明的是屏蔽體的半徑不宜過大，半徑過大，屏蔽效果反而變差。 （3）電磁屏蔽 主要用來防止高頻電磁場(chǎng)的影響。電磁屏蔽有兩個(gè)作用：①通過低電阻金屬材料制成的屏蔽體表面對(duì)電磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生反射而削弱其影響；②由于電磁場(chǎng)在屏蔽體內(nèi)產(chǎn)生渦流，那么利用反方向的渦流磁場(chǎng)就可抵消掉高頻電磁場(chǎng)的干擾。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，一定要使電磁屏蔽體接地良好，因?yàn)檫@樣可同時(shí)起到電磁屏蔽和電屏蔽的雙重作用。 2.接地 一般而言，測(cè)量裝置接地有兩個(gè)目的：一是為了安全（安全接地）；二是為了給裝置的電路提供一個(gè)基準(zhǔn)電壓，并給因高頻形成的干擾提供一個(gè)低阻通路（工作接地）。 測(cè)量裝置中的地線，除特別說明接大地外，一般情況都是指作為電信號(hào)的基準(zhǔn)電位的信號(hào)地線。信號(hào)地線是各級(jí)電路中靜態(tài)、動(dòng)態(tài)電流的通道，這個(gè)通道若設(shè)置不當(dāng)，將會(huì)使有關(guān)電路通過某些共同的接地阻抗而相互耦合后引起內(nèi)部干擾。因此，測(cè)量裝置的接地正確、良好與否是抑制干擾，保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠的關(guān)鍵。

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