傳感器技術(shù)及其工程應(yīng)用

前言

今天，人類已經(jīng)進(jìn)入了科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的信息社會，計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人、自動控制以及單片機(jī)嵌入系統(tǒng)的迅速發(fā)展，迫切需要形形色色的傳感器。作為“感覺器官”，傳感器用于各種各樣信息的感知、獲取和檢測，并將其轉(zhuǎn)換為工作系統(tǒng)能進(jìn)行處理的信息。顯而易見，傳感器在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中占有極其重要的地位，了解和掌握傳感器及其工程應(yīng)用，成了相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員的必需。有關(guān)傳感器及其工程應(yīng)用技術(shù)的課程成為應(yīng)用電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、儀器儀表技術(shù)、自動信號技術(shù)、測量技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)及計算機(jī)應(yīng)用等專業(yè)的必修課。本書力求內(nèi)容新穎，敘述簡練，實例面廣。其參考學(xué)時為60學(xué)時。本書以傳感器原理、結(jié)構(gòu)、性能和工程應(yīng)用為主線，介紹了傳感器的分類、數(shù)學(xué)模型、特性、材料和技術(shù)標(biāo)定，介紹了溫度、力、光、圖像、磁、位移、濕度、氣體、生物、微波、超聲波、機(jī)器人、指紋傳感器及其工程應(yīng)用，并介紹了傳感器信號處理電路，以及智能傳感器和傳感器網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建、性能和實例。各章最后附有習(xí)題，第2-12章后面附有實訓(xùn)課題。通過實訓(xùn)，既可以培養(yǎng)學(xué)生查閱各種傳感器手冊和資料的能力，又可以使學(xué)生通過動手制作一些傳感器應(yīng)用電路，增強(qiáng)動手能力。在講授和學(xué)習(xí)本書時，可根據(jù)實際情況和具體條件，選擇完成一部分實訓(xùn)課題或全部實訓(xùn)課題，也可以將部分實訓(xùn)課題安排在課余時間進(jìn)行。本書第l、5、11、12章由金發(fā)慶編寫，第2、3章由孫衛(wèi)星編寫，第4、8、9章由李晴編寫，第6、7、10章由張?zhí)靷ゾ帉?。全書由金發(fā)慶統(tǒng)稿，李瑜芳審稿。在本書編寫過程中，得到許多同志熱情關(guān)心和幫助，并提出了許多寶貴意見，在此一并表示衷心感謝。由于編者水平有限，書中難免存在不足之處，懇請廣大讀者批評指正。

內(nèi)容概要

　　《傳感器技術(shù)及其工程應(yīng)用》主要講述傳感器原理、結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用。書中介紹了傳感器的分類、數(shù)學(xué)模型、材料及特性，并介紹了溫度、力、光、圖像、磁、位移、濕度、氣體、生物、微波、超聲波、機(jī)器人、指紋傳感器，以及智能傳感器、模糊傳感器、微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）、傳感器網(wǎng)絡(luò)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，列舉了各種傳感器和傳感器網(wǎng)絡(luò)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、醫(yī)療衛(wèi)生、家用電器等方面的工程應(yīng)用實例。《傳感器技術(shù)及其工程應(yīng)用》共12章，每章最后附有習(xí)題，第2～12章附有實訓(xùn)課題。　　《傳感器技術(shù)及其工程應(yīng)用》可作為大學(xué)?？坪透叩嚷殬I(yè)院校的應(yīng)用電子技術(shù)、自動控制、儀器儀表、測量、機(jī)電技術(shù)、計算機(jī)應(yīng)用等專業(yè)的教學(xué)用書，也可用作有關(guān)工程技術(shù)人員的技術(shù)參考書和自學(xué)用書。

書籍目錄

出版說明前言第1章 傳感器技術(shù)基礎(chǔ)11.1 自動測控系統(tǒng)與傳感器11.1.1 自動測控系統(tǒng)11.1.2 傳感器21.2 傳感器的分類31.2.1 按被測物理量分類31.2.2 按傳感器工作原理分類31.3 傳感器的數(shù)學(xué)模型51.3.1 傳感器的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型51.3.2 傳感器的動態(tài)數(shù)學(xué)模型61.4 傳感器的特性與技術(shù)指標(biāo)71.4.1 靜態(tài)特性71.4.2 動態(tài)特性91.5 傳感器的材料與制造111.5.1 傳感器的材料111.5.2 傳感器制造技術(shù)131.6 提高傳感器性能的方法141.6.1 傳感器性能指標(biāo)141.6.2 提高性能指標(biāo)的方法151.7 傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)161.7.1 標(biāo)定與校準(zhǔn)的方法161.7.2 靜態(tài)標(biāo)定161.7.3 動態(tài)標(biāo)定171.8 習(xí)題17第2章 溫度傳感器182.1 溫度測量概述182.2 熱電偶傳感器182.2.1 熱電偶測溫原理192.2.2 熱電偶的結(jié)構(gòu)形式和標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶212.2.3 熱電偶測溫及參考端溫度補(bǔ)償242.3 金屬熱電阻傳感器262.3.1 熱電阻的溫度特性262.3.2 熱電阻傳感器的結(jié)構(gòu)272.4 集成溫度傳感器272.4.1 集成溫度傳感器基本工作原理282.4.2 電壓輸出型集成溫度傳感器282.4.3 電流輸出型集成溫度傳感器282.5 半導(dǎo)體熱敏電阻292.5.1 熱敏電阻的（Rt-t）特性292.5.2 熱敏電阻溫度測量非線性修正292.6 負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻302.6.1 負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻性能302.6.2 負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻溫度方程312.6.3 負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻主要特性312.7 溫度傳感器應(yīng)用實例322.7.1 雙金屬溫度傳感器的應(yīng)用322.7.2 熱敏電阻溫度傳感器的應(yīng)用342.7.3 晶體管溫度傳感器的應(yīng)用352.7.4 集成溫度傳感器應(yīng)用舉例362.7.5 家用空調(diào)專用溫度傳感器372.7.6 冰箱、冰柜專用溫度傳感器382.7.7 熱水器專用溫度傳感器392.7.8 汽車發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)專用溫度傳感器402.8 實訓(xùn)402.9 習(xí)題41第3章 力傳感器423.1 彈性敏感元件423.1.1 彈性敏感元件的特性423.1.2 彈性敏感元件的分類433.2 電阻應(yīng)變片傳感器463.2.1 電阻應(yīng)變片的工作原理463.2.2 電阻應(yīng)變片的分類463.2.3 電阻應(yīng)變片的測量電路483.3 壓電傳感器493.3.1 石英晶體的壓電效應(yīng)493.3.2 壓電陶瓷的壓電效應(yīng)503.3.3 壓電式傳感器的測量電路513.3.4 壓電式傳感器的結(jié)構(gòu)543.3.5 單片集成硅壓力傳感器543.4 電容式傳感器553.4.1 變極距式電容傳感器563.4.2 變面積式電容傳感器573.4.3 變介電常數(shù)式電容傳感器583.4.4 電容式傳感器測量電路593.5 電感式傳感器613.5.1 自感式傳感器613.5.2 測量電路623.5.3 互感式傳感器633.5.4 差動變壓器式傳感器測量電路653.6 力傳感器應(yīng)用實例663.6.1 煤氣灶電子點(diǎn)火器663.6.2 壓電式玻璃破碎報警器663.6.3 2S5M壓力傳感器應(yīng)用電路舉例673.6.4 指套式電子血壓計673.6.5 CL-YZ-320型力敏傳感器介紹683.7 實訓(xùn)693.8 習(xí)題70第4章 光電式傳感器714.1 光電效應(yīng)714.1.1 外光電效應(yīng)714.1.2 內(nèi)光電效應(yīng)714.1.3 光生伏打效應(yīng)724.2 光電器件724.2.1 光電管和光電倍增管724.2.2 光敏電阻734.2.3 光敏二極管和光敏晶體管744.2.4 光電池754.2.5 光電元件的特性754.2.6 光耦合器件794.3 紅外線傳感器814.3.1 概述814.3.2 熱釋電型紅外傳感器824.4 色彩傳感器844.5 CZG-GD-500系列紫外火焰?zhèn)鞲衅?64.6 光纖傳感器874.6.1 光纖傳感元件874.6.2 常用光纖傳感器894.7 光傳感器應(yīng)用實例904.7.1 自動照明燈904.7.2 光電式數(shù)字轉(zhuǎn)速表904.7.3 物體長度及運(yùn)動速度的檢測914.7.4 紅外自動干手器934.7.5 手指光反射測量心率方法934.7.6 條形碼掃描筆944.7.7 插卡式電源開關(guān)954.8 實訓(xùn)954.9 習(xí)題96第5章 圖像傳感器985.1 CCD圖像傳感器985.1.1 CCD電荷耦合器件985.1.2 CCD圖像傳感器1005.1.3 CCD圖像傳感器的應(yīng)用1015.2 CMOS圖像傳感器1025.2.1 CMOS型光電轉(zhuǎn)換器件1025.2.2 CMOS圖像傳感器1035.2.3 CMOS圖像傳感器的應(yīng)用1045.3 CCD和CMOS圖像傳感器應(yīng)用實例1045.3.1 月票自動發(fā)售機(jī)1045.3.2 數(shù)字?jǐn)z像機(jī)1055.3.3 數(shù)碼相機(jī)1055.3.4 彩信手機(jī)1065.3.5 計算機(jī)攝像頭1075.3.6 光纖內(nèi)窺鏡1075.4 實訓(xùn)1085.5 習(xí)題108第6章 霍爾傳感器及其他磁傳感器1096.1 霍爾傳感器工作原理1096.1.1 霍爾效應(yīng)1096.1.2 霍爾元件的主要技術(shù)參數(shù)1116.2 霍爾傳感器1126.2.1 霍爾開關(guān)集成傳感器1126.2.2 霍爾線性集成傳感器1136.3 其他磁傳感器1136.3.1 磁阻元件1136.3.2 磁敏二極管1146.3.3 磁敏晶體管1156.4 霍爾傳感器及其他磁傳感器應(yīng)用實例1166.4.1 霍爾汽車無觸點(diǎn)點(diǎn)火器1166.4.2 霍爾無刷直流電動機(jī)1176.4.3 自動供水裝置1176.5 實訓(xùn)1196.6 習(xí)題119第7章 位移傳感器1217.1 機(jī)械位移傳感器1217.1.1 電位器式位移傳感器1217.1.2 電容式位移傳感器1227.1.3 螺線管式電感位移傳感器1237.1.4 差動變壓器1237.2 光柵位移傳感器1247.2.1 莫爾條紋1247.2.2 光柵位移傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理1257.2.3 光柵位移傳感器的應(yīng)用1257.3 磁柵位移傳感器1257.4 接近傳感器1267.4.1 電容式接近傳感器1277.4.2 電感式接近傳感器1277.4.3 熱釋電紅外傳感器接近電路1277.5 轉(zhuǎn)速傳感器1287.5.1 磁電式轉(zhuǎn)速傳感器1287.5.2 光電式轉(zhuǎn)速傳感器1297.6 多普勒傳感器1307.6.1 多普勒效應(yīng)1307.6.2 多普勒雷達(dá)測速1317.7 液位傳感器1317.7.1 導(dǎo)電式水位傳感器1317.7.2 壓差式液位傳感器1327.8 流量及流速傳感器1337.8.1 電磁式流量傳感器1347.8.2 渦輪式流速傳感器1357.9 實訓(xùn)1367.1 0習(xí)題137第8章 氣體和濕度傳感器1388.1 氣體傳感器1388.1.1 半導(dǎo)體氣體傳感器1398.1.2 固體電解質(zhì)式氣體傳感器1408.1.3 接觸燃燒式氣體傳感器1408.1.4 電化學(xué)式氣體傳感器1418.1.5 集成型氣體傳感器1418.1.6 氣體傳感器的應(yīng)用1428.1.7 煙霧傳感器1438.2 濕度傳感器1438.2.1 概述1438.2.2 陶瓷型濕度傳感器1458.2.3 有機(jī)高分子濕度傳感器1468.2.4 半導(dǎo)體型濕度傳感器1478.2.5 含水量檢測1488.3 氣體和濕度傳感器的應(yīng)用1498.3.1 氣體報警器1498.3.2 自動空氣凈化換氣扇1498.3.3 自動去濕裝置1498.3.4 錄像機(jī)結(jié)露報警控制電路1508.3.5 氣體報警器與控制器電路1508.4 實訓(xùn)1518.5 習(xí)題152第9章 生物、波、機(jī)器人、指紋傳感器9.1 生物傳感器9.1.1 概述9.1.2 生物傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)9.2 微波傳感器9.2.1 概述9.2.2 微波傳感器及其分類9.2.3 微波傳感器的優(yōu)點(diǎn)及存在的問題9.2.4 微波傳感器的應(yīng)用——微波溫度傳感器9.3 超聲波傳感器9.3.1 超聲波傳感器的物理基礎(chǔ)9.3.2 超聲波換能器及耦合技術(shù)9.3.3 超聲波傳感器的應(yīng)用9.4 機(jī)器人傳感器9.4.1 機(jī)器人與傳感器9.4.2 機(jī)器人傳感器的分類9.4.3 觸覺傳感器9.4.4 接近覺傳感器9.4.5 視覺傳感器9.4.6 聽覺、嗅覺、味覺及其他傳感器9.5 指紋傳感器9.5.1 指紋識別技術(shù)9.5.2 指紋傳感器9.6 實訓(xùn)9.7 習(xí)題第10章 傳感器接口電路10.1 傳感器輸出信號的處理方法10.1.1 輸出信號的特點(diǎn)10.1.2 輸出信號的處理方法10.2 傳感器信號檢測電路10.2.1 檢測電路的形式10.2.2 常用電路10.3 傳感器和微型計算機(jī)的連接10.3.1 檢測信號在輸入微型計算機(jī)前的處理10.3.2 模一數(shù)轉(zhuǎn)換電路10.3.3 電壓一頻率轉(zhuǎn)換電路10.4 傳感器接口電路應(yīng)用實例10.5 實訓(xùn)10.6 習(xí)題第11章 智能傳感器11.1 智能傳感器概述11.1.1 智能傳感器的功能11.1.2 智能傳感器的層次結(jié)構(gòu)11.1.3 智能傳感器的實現(xiàn)11.2 計算型智能傳感器11.2.1 計算型智能傳感器的構(gòu)成方式11.2.2 計算型智能傳感器的基本結(jié)構(gòu)11.3 特殊材料型智能傳感器11.4 幾何結(jié)構(gòu)型智能傳感器11.5 智能傳感器實例11.5.1 智能壓力傳感器11.5.2 氣象參數(shù)測試儀11.5.3 汽車制動性能檢測儀11.5.4 輪速智能傳感器……第12章 傳感器網(wǎng)絡(luò)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：7.7.1導(dǎo)電式水位傳感器導(dǎo)電式水位傳感器的基本工作原理，如圖7-22所示。電極可根據(jù)檢測水位的要求進(jìn)行升降調(diào)節(jié)，它實際上是一個導(dǎo)電性的檢測電路，當(dāng)水位低于檢知電極時，兩電極間呈絕緣狀態(tài)，檢測電路沒有電流流過，傳感器輸出電壓為零。假如水位上升到與檢知電極端都接觸時，由于水有一定的導(dǎo)電性，因此測量電路中有電流流過。指示電路中的顯示儀表就會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，同時在限流電阻兩端有電壓輸出。人們通過儀表或電路輸出電壓便得知水位已達(dá)到預(yù)定的程度了。如果把輸出電壓和控制電路連接起來，便可對供水系統(tǒng)進(jìn)行自動控制。

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