傳感器原理與工程應(yīng)用

內(nèi)容概要

　　本書各章主要內(nèi)容：第1章介紹了傳感器的基本概念和傳感器的基本特性；第2~7章詳細(xì)介紹了電阻應(yīng)變式、電容式、電感式、壓電式、光電式、熱電式傳感器，以及這些傳感器在力、力矩、壓力、位移、加速度、溫度等常見工程量感測(cè)中的應(yīng)用技術(shù)；第8章介紹了集成化智能傳感器的基本知識(shí)以及幾種典型集成化智能傳感器；第9章介紹了傳感器的靜態(tài)及動(dòng)特性態(tài)標(biāo)定知識(shí)。

書籍目錄

目錄
第1章 初識(shí)傳感器
　A部分 傳感器的基本概念
　　1.1 傳感器在自動(dòng)測(cè)量中的作用
　　1.2 傳感器的定義與組成
　　1.3 傳感器的分類
　　1.4 傳感器的發(fā)展趨勢(shì)
　B部分 傳感器的基本特性
　　1.5 傳感器的靜態(tài)特性
　　1.6 傳感器的動(dòng)態(tài)特性
　　1.7 傳感器的技術(shù)性能指標(biāo)及選用原則
　　1.8 改善傳感器性能的技術(shù)途徑
　　思考與練習(xí)
第2章 電阻應(yīng)變式傳感器?力及力矩測(cè)量
　A部分 電阻應(yīng)變式傳感器
　　2.1 電阻應(yīng)變片的工作原理
　　2.2 電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)、種類和材料
　　2.3 電阻應(yīng)變片的主要參數(shù)
　　2.4 電阻應(yīng)變片的選用
　　2.5 轉(zhuǎn)換電路
　　2.6 電阻應(yīng)變片的溫度誤差及其補(bǔ)償
　　2.7 電阻應(yīng)變儀
　B部分 力及力矩測(cè)量傳感器
　　2.8 測(cè)力基本知識(shí)及測(cè)力傳感器
　　2.9 力矩測(cè)量基本知識(shí)及力矩傳感器
　　思考與練習(xí)
第3章 電容式傳感器?壓力測(cè)量
　A部分 電容式傳感器
　　3.1 電容式傳感器的工作原理和特性
　　3.2 電容式傳感器的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)
　　3.3 電容式傳感器的等效電路
　　3.4 電容式傳感器的測(cè)量電路
　　3.5 容柵式傳感器
　B部分 壓力測(cè)量
　　3.6 壓力的概念及壓力表的分類
　　3.7 電氣式壓力計(jì)
　　3.8 壓力儀表的使用
　　思考與練習(xí)題
第4章 電感式傳感器?線位移及尺寸測(cè)量
　A部分 電感式傳感器
　　4.1 自感式傳感器
　　4.2 差動(dòng)變壓器式傳感器
　　4.3 渦流傳感器
　　4.4 感應(yīng)同步器
　B部分 線位移及尺寸測(cè)量傳感器
　　4.5 線位移及尺寸測(cè)量基本知識(shí)
　　4.6 電感式位移傳感器
　　4.7 其他線位移及尺寸測(cè)量傳感器
　　思考與練習(xí)
第5章 壓電式傳感器?加速度測(cè)量
　A部分 壓電式傳感器
　　5.1 壓電效應(yīng)與壓電方程
　　5.2 壓電材料及其主要特性
　　5.3 壓電元件的常用結(jié)構(gòu)形式
　　5.4 壓電式傳感器的等效電路與測(cè)量電路
　B部分 加速度測(cè)量
　　5.5 加速度測(cè)量基本知識(shí)
　　5.6 壓電式加速度傳感器設(shè)計(jì)
　　5.7 其他加速度傳感器
　　思考與練習(xí)
第6章 光電式傳感器?轉(zhuǎn)速測(cè)量及接近開關(guān)
　A部分 光電式傳感器
　　6.1 光電效應(yīng)
　　6.2 常用光電轉(zhuǎn)換器件
　　6.3 固態(tài)圖像傳感器
　　6.4 光柵傳感器
　　6.5 光學(xué)編碼器
　B部分 轉(zhuǎn)速測(cè)量及接近開關(guān)
　　6.6 轉(zhuǎn)速測(cè)量基本知識(shí)及轉(zhuǎn)速傳感器
　　6.7 接近開關(guān)的基本知識(shí)及其傳感器
　　思考與練習(xí)
第7章 溫度傳感器
　A部分 接觸式測(cè)溫傳感器
　　7.1 概述
　　7.2 熱電偶
　　7.3 熱電阻
　　7.4 熱敏電阻
　　7.5 新型溫度傳感器
　B部分 輻射測(cè)溫方法及輻射溫度計(jì)
　　7.6 輻射測(cè)溫的基本定律
　　7.7 輻射式溫度計(jì)
　　思考與練習(xí)
第8章 集成化智能傳感器
　A部分 集成化智能傳感器概述
　　8.1 集成化智能傳感器的結(jié)構(gòu)、功能與特點(diǎn)
　　8.2 智能傳感器的實(shí)現(xiàn)
　B部分 典型集成化智能傳感器
　　8.3 集成化智能溫度傳感器
　　8.4 集成化智能濕度傳感器
　　8.5 集成壓力傳感器
　　8.6 其他典型集成化智能傳感器
　　思考與練習(xí)
第9章 傳感器的標(biāo)定
　　9.1 傳感器靜態(tài)特性的標(biāo)定
　　9.2 傳感器動(dòng)態(tài)特性的標(biāo)定
　　9.3 常用的標(biāo)定設(shè)備
　　9.4 傳感器標(biāo)定舉例
　　思考與練習(xí)
　　參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   自20世紀(jì)80年代初，采用MEMS（微機(jī)械電子系統(tǒng)）和IC（集成電路）加工工藝生產(chǎn)的MEMS加速度傳感器發(fā)展迅速。MEMS加速度傳感器由于采用了微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)，尺寸大大縮小，而且質(zhì)量輕、功耗低、線性度好，易于集成化、適于大批量生產(chǎn)，所以具有很高的性價(jià)比，被廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)學(xué)、汽車工業(yè)、消費(fèi)類電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。意法半導(dǎo)體、美國(guó)飛思卡爾半導(dǎo)體、美國(guó)AD、美國(guó)美新半導(dǎo)體、芬蘭VTI等世界著名公司都推出了各類性能優(yōu)良的MEMS加速度傳感器產(chǎn)品。低精度的MEMS加速度傳感器主要用在手機(jī)、游戲機(jī)、音樂播放器、無線鼠標(biāo)、數(shù)碼相機(jī)、硬盤保護(hù)、智能玩具、計(jì)步器、防盜系統(tǒng)等電子產(chǎn)品中。中級(jí)MEMS加速度傳感器主要用于汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)（ESP或ESC）、GPS輔助導(dǎo)航系統(tǒng)、汽車安全氣囊、車輛姿態(tài)測(cè)量、工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人、儀器儀表、工程機(jī)械等方面。高精度MEMS加速度傳感器主要用于軍事、宇航領(lǐng)域，這類傳感器要求有高精度、高穩(wěn)定性、全溫區(qū)、強(qiáng)抗沖擊能力等性能，主要用于導(dǎo)彈導(dǎo)引頭、光學(xué)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)等穩(wěn)定性系統(tǒng)，飛機(jī)／導(dǎo)彈飛行控制、姿態(tài)控制等控制系統(tǒng)，中程導(dǎo)彈制導(dǎo)、慣性GPS導(dǎo)航等制導(dǎo)系統(tǒng)，以及遠(yuǎn)程飛行器船舶儀器、戰(zhàn)場(chǎng)機(jī)器人等方面。 5.6壓電式加速度傳感器設(shè)計(jì) 壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計(jì)，它的固有頻率高，因此有較好的高頻響應(yīng)特性（達(dá)幾千赫至幾十千赫）；如果配以電荷放大器，壓電加速度傳感器的低頻響應(yīng)特性也很好（可低至零點(diǎn)幾赫）。此外，壓電式傳感器的重復(fù)性、穩(wěn)定性好、體積小、質(zhì)量輕。壓電加速度傳感器在航空、航天、兵器、造船、紡織、農(nóng)機(jī)、車輛、電氣等各種系統(tǒng)中用于振動(dòng)和沖擊測(cè)試、信號(hào)分析、機(jī)械動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)、環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)、振動(dòng)校準(zhǔn)、模態(tài)分析、故障診斷等；缺點(diǎn)是要經(jīng)常校正靈敏度。 5.6.1壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu) 壓電元件的受力和變形常見的有厚度變形、長(zhǎng)度變形、體積變形和厚度剪切變形四種，最常見的是基于厚度變形的壓縮式和基于剪切變形的剪切式兩種，這兩種變形方式是目前壓電加速度傳感器的主要結(jié)構(gòu)。 1.壓縮式 壓電元件一般由兩片壓電片組成。在壓電片的兩個(gè)表面鍍上銀層作為電極，并在鍍銀層上焊接輸出引線，輸出端的另一根引線直接與傳感器基座相連。在壓電片上放置一個(gè)密度較大的質(zhì)量塊，并用硬彈簧或螺栓、螺帽對(duì)質(zhì)量塊進(jìn)行預(yù)加載。整個(gè)組件安裝固定在金屬殼體中。為避免金屬殼體等隔離試件的任何形式的應(yīng)變傳遞到壓電元件形成虛假信號(hào)，一般要求殼體為加厚基座或選用剛度較大的材料來制造。 測(cè)量時(shí)，將傳感器基座與試件剛性固定在一起。當(dāng)傳感器受振動(dòng)時(shí)，由于彈簧的剛度相當(dāng)大，而質(zhì)量塊的質(zhì)量相當(dāng)小，可認(rèn)為質(zhì)量塊的慣性很小。因此質(zhì)量塊感受與傳感器基座相同的振動(dòng)，并受到與加速度方向相反的慣性力的作用。這樣，質(zhì)量塊就有一個(gè)正比于加速度的交變力作用在壓電片上。由于壓電片具有壓電效應(yīng)，因此在它的兩個(gè)表面上就產(chǎn)生交變電荷（電壓），當(dāng)振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于傳感器的固有頻率時(shí)，傳感器的輸出電荷（電壓）與作用力成正比，即與試件的加速度成正比。輸出電量由傳感器輸出端引出，輸入到前置放大器后，即可用普通的測(cè)量?jī)x器測(cè)出試件的加速度。

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