傳感器與信號(hào)調(diào)理技術(shù)

前言

　　傳感器技術(shù)、信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)已成為支撐整個(gè)現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱，傳感器是信息采集系統(tǒng)的首要部件，是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化測量和自動(dòng)控制（包括遙感、遙測、遙控）的主要環(huán)節(jié)，是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的源頭，也是信息社會(huì)賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)與技術(shù)基礎(chǔ)。信息科學(xué)、材料科學(xué)和生命科學(xué)又是21世紀(jì)人類探索、改造自然的三大支柱科學(xué)，它們無不與傳感器發(fā)展息息相關(guān)，可以說傳感器是三大科學(xué)發(fā)展的助推器，材料科學(xué)是通過傳感器將信息科學(xué)、生命科學(xué)等推向應(yīng)用領(lǐng)域前沿的?！　榱藵M足教學(xué)需要，我們編寫了本書。其主要內(nèi)容是介紹傳統(tǒng)的電阻、電容、電感、熱電、光電、壓電等電傳感器的結(jié)構(gòu)、信號(hào)轉(zhuǎn)換原理及應(yīng)用，同時(shí)也較為詳細(xì)地介紹了氣敏、濕敏、磁敏、超聲波、紅外、光纖等新型傳感器的機(jī)理：結(jié)構(gòu)和應(yīng)用。為了讓學(xué)生更好地掌握傳感器技術(shù)及相關(guān)知識(shí)，書中充實(shí)了與傳感器應(yīng)用有關(guān)的信號(hào)放大技術(shù)、轉(zhuǎn)換技術(shù)、有源濾波技術(shù)及傳感器電路的抗干擾技術(shù)，并列舉了大量的應(yīng)用實(shí)例及應(yīng)用電路，以利于學(xué)生對(duì)傳感器技術(shù)的理解和掌握。在內(nèi)容結(jié)構(gòu)上，注重加強(qiáng)各章節(jié)之間、本教材和相關(guān)教材之間知識(shí)體系的銜接和聯(lián)系，充分反映了現(xiàn)代傳感器及測量技術(shù)的最新成果。筆者長期從事傳感器及測量技術(shù)的教學(xué)與研究，對(duì)本教材的內(nèi)容傾注了多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和成果。在編寫的過程中，認(rèn)真學(xué)習(xí)和參考了國內(nèi)外同行專家、學(xué)者的有關(guān)教材、專著和論文，充分吸取了他們的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)和成功經(jīng)驗(yàn)，引用并充實(shí)于本書之中，在此對(duì)相關(guān)專家、學(xué)者表示誠摯的謝意。　　本書的宗旨是：通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生充分了解各類傳感器的結(jié)構(gòu)、掌握有關(guān)傳感器的工作原理，結(jié)合相關(guān)課程的知識(shí)，學(xué)會(huì)利用傳感器設(shè)計(jì)有關(guān)測量系統(tǒng)及相關(guān)的測量電路，為以后的學(xué)習(xí)和工作打下良好的基礎(chǔ)?！　”緯粌H可作為高等院校理工科本科、?？频碾娮訙y量與儀器、應(yīng)用電子技術(shù)、通信工程、電子工程、自動(dòng)控制等專業(yè)的教學(xué)用書，也可作為從事電類專業(yè)的廣大科研和工程技術(shù)人員的參考書。本書的教學(xué)參考時(shí)數(shù)為60-80學(xué)時(shí)，具體講授內(nèi)容可根據(jù)各專業(yè)實(shí)際情況及要求加以取舍。本課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性、應(yīng)用性，教學(xué)過程中應(yīng)開設(shè)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程，以達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際，提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。本書每章后面皆附有思考與練習(xí)題，在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生應(yīng)完成相當(dāng)數(shù)量的習(xí)題，特別是設(shè)計(jì)性的題目，訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)去解決實(shí)際問題的能力。　　本書由李希文、趙建主編，參加編寫的還有李智奇、白小平等。在本書的編寫過程中，得到了西安電子科技大學(xué)測控工程與儀器系有關(guān)專家的關(guān)心與支持，以及出版社云立實(shí)編輯的熱情幫助，在此一并致以衷心的感謝?！　∮捎诰幷咚接邢?，書中難免存在疏漏與不足，殷切希望廣大讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

　　本書包括傳感器技術(shù)和信號(hào)調(diào)理技術(shù)兩部分內(nèi)容。 全書共10章： 第1章緒論， 介紹傳感器技術(shù)的基本概念以及傳感器與信號(hào)調(diào)理技術(shù)的發(fā)展趨勢； 第2～6章介紹電阻、 電容、 電感、 熱電、 光電、 壓電等各類電傳感器的工作原理、 基本結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的測量電路， 并列舉了大量的應(yīng)用實(shí)例； 第7～10章介紹傳感器信號(hào)的放大技術(shù)、 濾波技術(shù)、 轉(zhuǎn)換技術(shù)及傳感器測量系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)， 并列舉了大量的實(shí)用電路。　　本書編寫力求結(jié)構(gòu)合理、 思路清楚、 概念清晰、 推導(dǎo)嚴(yán)密、 深入淺出、 通俗易懂； 加強(qiáng)各章節(jié)之間、 本教材和相關(guān)教材之間知識(shí)體系的銜接和聯(lián)系； 充分反映了傳感器的最新技術(shù)成果， 注重突出傳感器的原理和實(shí)用性； 便于學(xué)生對(duì)相關(guān)課程知識(shí)的進(jìn)一步理解和掌握。 本書不僅可作為高等院校理工科本科、 ?？频碾娮訙y量與儀器、 應(yīng)用電子技術(shù)、 通信工程、 電子工程、 自動(dòng)控制等專業(yè)的教學(xué)用書， 也可作為從事電類專業(yè)的廣大科研和工程技術(shù)人員的參考用書。

書籍目錄

第1章　緒論　　1.1　傳感器概述及分類　　　1.1.1　傳感器概述　　　1.1.2　傳感器分類　　1.2　傳感器常用名詞及術(shù)語　　1.3　信號(hào)調(diào)理電路在檢測技術(shù)中的作用及要求　　　1.3.1　信號(hào)調(diào)理電路的作用　　　1.3.2　信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)的要求　　1.4　傳感器與信號(hào)調(diào)理技術(shù)的發(fā)展趨勢　　思考與練習(xí)題第2章　電阻式傳感器　　2.1　電位器式電阻傳感器　　　2.1.1　基本工作原理　　　2.1.2　輸出—輸入特性　　　2.1.3　結(jié)構(gòu)形式　　2.2　應(yīng)變式電阻傳感器　　　2.2.1　應(yīng)變式電阻傳感器的工作原理　　　2.2.2　電阻應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)　　　2.2.3　電阻應(yīng)變片的種類　　　2.2.4　應(yīng)變片的選擇與安裝　　　2.2.5　溫度誤差及其補(bǔ)償　　　2.2.6　電阻應(yīng)變片測量電路　　2.3　電阻式傳感器的應(yīng)用　　　2.3.1　電位器式壓力傳感器　　　2.3.2　應(yīng)變式測力與荷重傳感器　　　2.3.3　應(yīng)變式壓力傳感器　　　2.3.4　電阻應(yīng)變片在軋制力檢測中的應(yīng)用　　　2.3.5　應(yīng)變傳感器對(duì)加速度的測量　　思考與練習(xí)題　第3章　電容、　電感式傳感器　　3.1　電容式傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)　　　3.1.1　電容式傳感器的工作原理　　　3.1.2　電容式傳感器的類型及特性　　　3.1.3　電容式傳感器的輸出特性　　　3.1.4　電容式傳感器的等效電路　　3.2　電容式傳感器測量電路　　　3.2.1　普通交流電橋測量電路　　　3.2.2　變壓器電橋測量電路　　　3.2.3　二極管雙T型交流電橋　　　3.2.4　運(yùn)算放大器式測量電路　　　3.2.5　脈沖調(diào)制電路　　　3.2.6　諧振式測量電路　　　3.2.7　調(diào)頻電路　　3.3　電容式傳感器的應(yīng)用　　　3.3.1　電容式壓力傳感器　　　3.3.2　電容式加速度傳感器　　　3.3.3　電容式液位傳感器　　　3.3.4　電容式荷重傳感器　　　3.3.5　電容式測厚儀　　3.4　電感式傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理　　　3.4.1　自感式電感傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理　　　3.4.2　互感式電感傳感器　　　3.4.3　電渦流式傳感器　　3.5　電感式傳感器的應(yīng)用　　　3.5.1　位移測量　　　3.5.2　力和壓力的測量　　　3.5.3　振動(dòng)和加速度的測量　　　3.5.4　液位測量　　　3.5.5　電渦流傳感器的應(yīng)用　　思考與練習(xí)題　第4章　熱電式傳感器　　4.1　熱電偶傳感器　　　4.1.1　熱電偶工作原理　　　4.1.2　熱電偶的基本定律　　　4.1.3　熱電偶的材料、　結(jié)構(gòu)及種類　　　4.1.4　熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的選用　　　4.1.5　熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償　　　4.1.6　多個(gè)熱電偶的連接使用　　　4.1.7　熱電偶測量電路　　4.2　熱電阻式溫度傳感器　　　4.2.1　金屬熱電阻傳感器　　　4.2.2　半導(dǎo)體熱敏電阻　　4.3　PN結(jié)型測溫傳感器　　　4.3.1　溫敏二極管傳感器　　　4.3.2　溫敏三極管傳感器　　　4.3.3　集成電路溫度傳感器　　思考與練習(xí)題　第5章　光電式傳感器　　5.1　光電效應(yīng)　　　5.1.1　外光電效應(yīng)　　　5.1.2　內(nèi)光電效應(yīng)　　5.2　外光電效應(yīng)器件　　　5.2.1　光電管及其特性　　　5.2.2　光電倍增管及其特性　　5.3　內(nèi)光電效應(yīng)器件　　　5.3.1　光敏電阻　　　5.3.2　光電池　　　5.3.3　光電二極管和光電三極管　　5.4　新型光電傳感器件　　　5.4.1　PIN型硅光電二極管　　　5.4.2　雪崩式光電二極管（APD）　　　5.4.3　半導(dǎo)體色敏傳感器　　　5.4.4　光電閘流晶體管　　　5.4.5　達(dá)林頓光電三極管　　　5.4.6　光電耦合器件　　　5.4.7　集成光電傳感器　　　5.4.8　光導(dǎo)攝像管　　　5.4.9　CCD圖像傳感器　　5.5　光電式傳感器應(yīng)用實(shí)例　　　5.5.1　光電二極管應(yīng)用實(shí)例　　　5.5.2　光電三極管應(yīng)用實(shí)例　　　5.5.3　光電池應(yīng)用實(shí)例　　　5.5.4　光敏電阻應(yīng)用實(shí)例　　　5.5.5　光電式輸液量監(jiān)測系統(tǒng)　　思考與練習(xí)題　第6章　其他傳感器　第7章　信號(hào)放大技術(shù)　第8章　信號(hào)濾波技術(shù)　第9章　信號(hào)轉(zhuǎn)換技術(shù)　第10章　抗干擾技術(shù)　參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　1.1　傳感器概述及分類　　1.1.1　傳感器概述　　隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，非電物理量的測試與控制技術(shù)已越來越廣泛地應(yīng)用于航天、航空、常規(guī)武器、船舶、交通運(yùn)輸、機(jī)械制造、冶金、化工、輕工、生物化學(xué)工程、自動(dòng)檢測與計(jì)量等各個(gè)領(lǐng)域，而且也正在逐步引入人們的日常生活中?！　鞲衅魇菍?shí)現(xiàn)測試與自動(dòng)控制（包括遙測、遙感、遙控）的首要環(huán)節(jié)，如果沒有傳感器對(duì)原始信息進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的捕獲和轉(zhuǎn)換，一切準(zhǔn)確的測試和控制將無法實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前世界范圍內(nèi)的信息革命正在猛烈沖擊著各個(gè)領(lǐng)域，信息革命的兩大重要支柱是信息的采集和處理，信息的采集和轉(zhuǎn)換主要依靠各類傳感器，信息的處理則主要依賴于各類計(jì)算機(jī)。傳感器在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的重要作用已為人們充分認(rèn)識(shí)。因此，國內(nèi)外對(duì)傳感器的研究和發(fā)展越來越重視，傳感器已成為各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的重要手段，并已發(fā)展成為一種專門的技術(shù)學(xué)科?！　「鶕?jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)（GB7665--87），傳感器（transducer／sensor）定義為：能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。　　……

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