傳感器技術

前言

傳感技術在現(xiàn)代化事業(yè)中的重要性已被人們所認識。傳感器技術是實現(xiàn)傳感的關鍵。隨著“信息時代”的到來，國內(nèi)外已將傳感器技術列為優(yōu)先發(fā)展的問世。這些著作，在原理性與實用性、傳統(tǒng)性與新型性，以及廣度與深度上各有側(cè)重。隨著高、新技術的發(fā)展，為專業(yè)面的拓寬和適應傳感器開發(fā)、應用的需要，更希望有兩者兼顧的教材。為此，作者從教學實踐要求出發(fā)撰寫了本書。針對近年來傳感器新技術飛速發(fā)展的現(xiàn)狀以及教學思想的發(fā)展，本書通過精選內(nèi)容，歸類編排的方法增強傳感器教學的系統(tǒng)性，這就有利于讀者對傳感器的現(xiàn)狀和發(fā)展有一個完整的概念。鑒于傳感器種類繁多，涉及的學科廣泛，不可能也沒有必要對各種具體傳感器逐一剖析。本書在編寫中力求突出共性基礎，對各類傳感器則注重機理分析與應用介紹，并擇要編入設計內(nèi)容。本書的編排采用按原理大分類的方法。把近代發(fā)展的傳感技術分散到幾個分類中，并把幾個共性技術在概論后，分散到幾個分類中詳講。這樣編排的目的是為了增強學生發(fā)散思維的能力。在原理分類講述之后安排了具有交叉內(nèi)容的應用性篇幅(第7章過程參數(shù)檢測中的常用傳感器技術)，以求提高學生的歸納類比能力?？紤]到有些教學安排，在傳感器課程之后未設綜合應用課程，本書在最后一章增強了信息處理內(nèi)容。具體思路如下：經(jīng)典的結(jié)構(gòu)型傳感器：電阻、電容、電感傳感器合為一章。當今新發(fā)展的硅微傳感器與結(jié)構(gòu)相關，也合于此章。在這一章中還主要強調(diào)了差動信號檢測的概念。壓電傳感器、表面聲波傳感器與超聲波傳感器合為一章，有利于講解機電轉(zhuǎn)換的概念。在這一章中強調(diào)了傳感器的動態(tài)特性問題。在調(diào)理電路中討論了高阻抗信號源所帶來的問題。本章還提出了傳感器中普遍存在的“橫向干擾”問題。人類對光的認識自古至今不斷深化。我們把可見光、紅外光、激光和光纖傳感器合并為光電傳感器一章討論，以求突出共性問題，便于比較。這一章討論了信噪比問題以及弱信號檢測問題。在光電傳感器之后，單獨開設了磁敏傳感器一章，希望加深學生非接觸檢測的思想。光和磁更多地涉及到近代物理學概念，也涉及到固態(tài)傳感器諸多內(nèi)容。數(shù)字式傳感器中強調(diào)“柵”空間劃分的共性思想。電路細分的共性也是調(diào)理電路中要強調(diào)的內(nèi)容。

內(nèi)容概要

　　本書為普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材，可作為儀器儀表專業(yè)以及其他相關專業(yè)本科生的選修課教材。傳感器技術的內(nèi)容很多。本書優(yōu)先選擇理論上有代表性、有使用背景、有實用化前景的傳感器內(nèi)容進行分析和列舉?？紤]到啟發(fā)學生對知識比較、聯(lián)想與發(fā)散思維的教學要求，在內(nèi)容安排上進行了大類合并。各章末思考題加人了一些發(fā)展性問題，不一定有精確解答，只求拓寬讀者思維。強調(diào)共性，鼓勵比較思考是本教材的主要特點。

書籍目錄

前言第1章 概論1.1 傳感器的概念與發(fā)展1.1.1 傳感器基本概念1.1.2 傳感器的構(gòu)成與分類1.1.3 傳感器技術的發(fā)展趨勢1.2 傳感器技術基礎1.2.1 傳感器的特性與指標1.2.2 傳感器設計中的共性技術第2章 阻抗式結(jié)構(gòu)型傳感器2.1 阻抗式結(jié)構(gòu)型傳感器的敏感元件2.1.1 彈性敏感元件的主要性能2.1.2 常用彈性元件的結(jié)構(gòu)和性能2.1.3 彈性敏感元件的材料2.2 電阻應變式傳感器2.2.1 電阻應變計的基本原理與結(jié)構(gòu)2.2.2 電阻應變計的主要特性2.2.3 電阻應變計的溫度效應及其補償2.3 電容式傳感器2.3.1 電容式傳感器的原理與結(jié)構(gòu)2.3.2 應用中存在的問題及其改進措施2.4 電感式傳感器2.4.1 電感式傳感器的原理2.4.2 自感式傳感器的原理與結(jié)構(gòu)2.4.3 互感式傳感器的原理與結(jié)構(gòu)2.4.4 自感式和互感式傳感器的誤差2.4.5 電渦流式傳感器2.5 調(diào)理電路2.5.1 電橋式測量電路2.5.2 阻抗式傳感器的差動結(jié)構(gòu)2.5.3 電流電壓積分差動電路2.5.4 直接放大2.6 微機械傳感器2.6.1 微機電系統(tǒng)的分類和特點2.6.2 微機械傳感器的制造技術2.6.3 微機械傳感器的結(jié)構(gòu)與原理2.7 結(jié)構(gòu)型阻抗式傳感器應用與設計示例2.7.1 電阻應變式傳感器2.7.2 電容式傳感器2.7.3 電感式傳感器2.7.4 微機械傳感器思考題第3章 壓電式傳感器3.1 壓電效應及材料3.1.1 壓電效應3.1.2 壓電材料3.1.3 壓電振子3.2 壓電傳感器等效電路和測量電路3.2.1 等效電路3.2.2 測量電路3.3 壓電式傳感器及其應用3.3.1 壓電式加速度傳感器3.3.2 壓電式力傳感器3.3.3 壓電角速度陀螺3.4 聲波傳感技術3.4.1 SAW傳感器3.4.2 超聲檢測思考題第4章 光電式傳感器4.1 光源與光輻射體概述4.1.1 光的特性4.1.2 光源與光輻射體4.2 光電效應及器件4.2.1 外光電效應4.2.2勾光電效應4.2.3 熱探測器4.3 光電器件的特性4.3.1 光照特性4.3.2 光譜特性4.3.3 響應時間4.3.4 峰值探測率4.3.5 溫度特性4.4 探測器噪聲和低噪聲電子設計4.4.1 噪聲4.4.2 探測器噪聲的類型4.4.3 低噪聲電子設計4.5 新型光電檢測器4.5.1 光位置傳感器4.5.2 量子阱探測器4.5.3 光電磁探測器4.5.4 固態(tài)圖像傳感器4.6 激光傳感技術4.6.1 干涉測試技術4.6.2 衍射測試技術4.6.3 激光多普勒測速技術4.7 光纖傳感器4.7.1 光纖傳感器基礎4.7.2 光纖傳感器中幾種常用的光強調(diào)制技術4.7.3 光纖干涉?zhèn)鞲衅髟?.8 光電式傳感器4.8.1 光電式傳感器的類型4.8.2 光電尺寸測量舉例4.8.3 激光傳感技術實例4.8.4 光纖傳感器實例4.8.5 機器人視覺傳感器思考題第5章 磁敏傳感器5.1 霍爾式磁敏傳感器5.1.1 霍爾效應5.1.2 霍爾元件的主要技術參數(shù)5.1.3 霍爾元件的等效電路及不等位電勢補償原理5.1.4 霍爾磁傳感器電路分析與設汁5.1.5 霍爾集成電路5.1.6 霍爾式磁敏傳感器的應用5.2 結(jié)型磁敏器件5.2.1 磁敏二圾管5.2.2 磁敏晶體管5.3 磁阻式磁敏傳感器5.3.1 半導體磁阻傳感器5.3.2 韋根德器件5.3.3 鐵磁性金屬薄膜磁敏電阻5.3.4 巨磁阻效應器件5.4 機械式、感應式與磁通門式磁敏傳感器5.4.1 機械式磁敏傳感器5.4.2 感應式磁敏傳感器5.4.3 磁通門式磁敏傳感器5.5 磁共振式及超導式磁敏傳感器5.5.1 光泵式磁敏傳感器5.5.2 質(zhì)子旋進式磁敏傳感器5.5.3 超導磁敏傳感器5.6 光纖磁敏傳感器5.6.1 法拉第效應光纖磁敏傳感器5.6.2 磁致伸縮效應光纖磁場傳感5.6.3 光纖磁場傳感器的應用5.7 微波傳感器5.7.1 微波的概念、特點及應用5.7.2 微波傳感系統(tǒng)的原理、特點及關鍵部件5.7.3 典型微波傳感系統(tǒng)及其應用思考題第6章 數(shù)字式傳感器6.1 感應同步器6.1.l感應同步器的結(jié)構(gòu)與類型6.1.2 感應同步器的工作原理6.1.3 數(shù)字測量系統(tǒng)6.l.4 感應同步器的接長使用6.2 編碼器6.2.1 光電編碼器的基本結(jié)構(gòu)與原理6.2.2 測量電路6.3 光柵6.3.1 光柵的結(jié)構(gòu)與測量原理6.3.2 數(shù)字轉(zhuǎn)換原理6.4 容柵式傳感器6.4.1 容柵傳感器的工作原理6.4.2 數(shù)字測量原理6.5 磁柵傳感器6.5.l 磁柵的結(jié)構(gòu)與工作原理6.5.2 數(shù)字測量原理6.6 頻率式傳感器.6.6.l 振弦式頻率傳感器6.6.2 振筒式頻率傳感器6.7 數(shù)字傳感器信號遠傳時的兩個技術問題6.7.1 傳輸線路引起的數(shù)字信號畸變與抑制6.7.2 遠距離供電的穩(wěn)壓方法思考題第7章 過程參數(shù)檢測中的常用傳感器技術7.1 概述7.1.1 過程參數(shù)檢測的意義7.1.2 參數(shù)檢測應考慮的問題7.1.3 過程檢測技術的分類7.2 溫度檢測7.2.1 溫度和溫標7.2.2 測溫方法分類7.2.3 典型測溫方法和傳感器7.3 壓力檢測7.3.1 壓力的概念和表示方法7.3.2 常用壓力檢測方法7.3.3 常用壓力傳感器和壓力檢測儀表7.3.4 壓力檢測儀表的校準7.4 流量檢測7.4.1 流量的概念7.4.2 流量計與流量檢測方法分類7.4.3 典型流量計7.5 物位檢測7.5.1 液位檢測7.5.2 料位檢測7.5.3 相界面檢測思考題第8章 化學與生物傳感器8.1 化學傳感器8.1.1 電位型電化學傳感器原理8.1.2 離子敏感器件8.1.3 氣敏傳感器8.2 生物傳感器8.2.1 酶傳感器8.2.2 微生物傳感器8.2.3 免疫傳感器8.2.4 生物組織傳感器8.2.5 光生物傳感器思考題第9章 智能傳感器9.1 智能傳感器概述9.2 智能傳感器的構(gòu)成、功能與特點.9.2.1 智能傳感器的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)9.2.2 智能傳感器的功能與特點9.3 智能傳感器的實現(xiàn)途徑9.3.1 集成化9.3.2 軟件化9.3.3 多傳感器信息融合9.3.4 網(wǎng)絡化9.4 典型智能傳感器簡介思考題參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：第2章 阻抗式結(jié)構(gòu)型傳感器2.1 阻抗式結(jié)構(gòu)型傳感器的敏感元件阻抗式結(jié)構(gòu)型傳感器的敏感結(jié)構(gòu)可分為彈性變形和運動機構(gòu)兩類。彈性變形式敏感結(jié)構(gòu)的原理是：利用被測量傳承的力作用，將被測量轉(zhuǎn)變成彈性體的向量彈性變形，或由被測對象直接牽引引起敏感元件的變形或位移。運動機構(gòu)主要作用是運動變換或放大，如將直線運動變換成旋轉(zhuǎn)運動，常用的機構(gòu)主要是齒輪機構(gòu)、杠桿和連桿機構(gòu)，可參考機械設計的有關書籍。本章主要介紹彈性敏感元件。

編輯推薦

《傳感器技術》為普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材，可作為儀器儀表專業(yè)以及其他相關專業(yè)本科生的選修課教材。傳感器技術的內(nèi)容很多。

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