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1 概论1

1.1传感器的定义及其作用1

1.1.1传感器的定义1

1.1.2传感器的作用及其分类1

1.1.3传感器的选用3

1.2传感器的特性3

1.2.1静态特性3

1.2.2动态特性4

1.3传感器的发展5

1.4信号传输方式6

1.5信号处理方式7

1.6物理传感器9

习题与思考题10

2 温度传感器11

2.1概述12

2.2热电偶14

2.2.1热电偶的工作原理14

2.2.2热电偶的种类15

2.2.3热电偶的应用技术16

2.3热电阻20

2.3.1热电阻材料的特性20

2.3.2铂电阻20

2.3.3铜电阻20

2.3.4铟、锰、碳等热电阻21

2.4热敏电阻21

2.4.1概述21

2.4.2正温度系数热敏电阻PTC21

2.4.3负温度系数热敏电阻NTC22

2.4.4临界温度系数热敏电阻CTR23

2.5 PN结温度传感器23

2.5.1热敏二极管温度传感器23

2.5.2热敏晶体三极管温度传感器24

2.5.3热敏晶闸管温度传感器27

2.6集成温度传感器27

2.6.1 LM35应用电路27

2.6.2 μPC16A应用电路28

2.6.3 AD590M应用电路29

2.6.4 LM334应用电路30

2.6.5新型集成温度传感器30

2.7常用温度传感器的原理及发展32

2.7.1引言32

2.7.2温度传感器的分类32

2.7.3传感器的原理及发展33

2.7.4智能温度传感器发展的新趋势34

2.7.5结束语36

2.8温度传感器的实物图37

习题与思考题37

3 湿度传感器38

3.1湿度的表示方法与传感器的类型38

3.1.1湿度及其表示方法38

3.1.2湿度传感器的分类39

3.2湿度传感器的特性参数与工作原理39

3.2.1湿度传感器的特性参数39

3.2.2常见湿度传感器的结构、工作原理、应用42

3.3湿度传感器的应用实例50

3.3.1直读式湿度计50

3.3.2数字湿度计50

3.3.3石英相对湿度计52

3.3.4采用高湿度开关传感器的湿度计53

3.3.5 MOS1-1传感器湿度检测电路53

3.3.6采用H104R湿度传感器的检测电路54

3.3.7 ZHG湿敏电阻湿度检测电路55

3.3.8 CGS-2湿度传感器的应用56

3.4湿度传感器的实物图56

3.4.1湿敏元件系列湿度传感器的实物图56

3.4.2温湿度传感器模块系列传感器的实物图57

3.4.3温湿度变送器系列传感器的实物图59

3.4.4温湿度显示控制仪系列59

习题与思考题60

4 气敏传感器61

4.1气敏传感器的类型61

4.2气敏传感器的工作原理61

4.2.1气体的检测方法62

4.2.2气敏电阻的工作原理63

4.3气敏传感器的应用技术64

4.3.1红外吸收式气敏传感器65

4.3.2接触燃烧式气体传感器65

4.3.3热导率变化式气敏传感器67

4.3.4湿式气敏传感器68

4.4气敏传感器的应用实例68

4.4.1气体报警器69

4.4.2煤气报警器69

4.4.3火灾烟雾报警器70

4.4.4酒精探测器71

4.4.5空气净化换气扇71

4.4.6矿灯瓦斯报警器72

4.4.7可燃性气体检测器73

4.5半导体气敏传感器74

4.5.1半导体气敏传感器及其分类74

4.5.2电阻型半导体气敏材料的导电机理75

4.5.3电阻型半导体气敏传感器的结构75

4.5.4气敏器件的基本特性77

4.5.5非电阻型气敏器件78

4.6气敏传感器实物图80

4.6.1半导体型可燃气体敏感元件MQ-2.80

4.6.2半导体型可燃气体敏感元件MQ216.80

4.6.3家用燃气泄露报警器（JP-BQ011）80

4.6.4酒精测试仪（GB-AL08H）81

4.6.5矿用瓦斯报警模块81

习题与思考题81

5 力敏传感器82

5.1常见力敏传感器的类型与特性82

5.1.1传感器的应用82

5.1.2力敏传感器的分类83

5.1.3力敏传感器主要技术指标83

5.2常见力敏传感器的工作原理83

5.2.1电阻应变片式力敏传感器84

5.2.2压阻式力敏传感器85

5.2.3压电式力敏传感器87

5.2.4电容式力敏传感器88

5.2.5电感式力敏传感器89

5.3常见力敏传感器的应用实例90

5.3.1用力敏传感器测量液体表面的张力系数90

5.3.2用力敏传感器测量液体密度93

5.4常见力敏传感器实物图95

5.4.1应变式拉压力传感器95

5.4.2压阻式力敏传感器96

5.4.3压电式力敏传感器96

5.4.4电容式力敏传感器96

5.4.5电感式力敏传感器96

习题与思考题97

6 超声波传感器98

6.1超声波及其物理性质99

6.1.1超声波的波形及其传播速度99

6.1.2超声波的反射和折射100

6.1.3超声波的衰减101

6.2超声波传感器102

6.3超声波传感器的应用102

6.3.1超声波物位传感器102

6.3.2超声波流量传感器103

6.4各类超声波传感器实物图104

习题与思考题106

7电阻式传感器107

7.1电位器式电阻传感器107

7.1.1线绕电位器式传感器107

7.1.2线绕电位器式传感器的阶梯特性、阶梯误差和分辨率108

7.1.3非线性线绕电位器110

7.2应变式电阻传感器111

7.3电阻应变片的分类及粘贴技术113

7.3.1金属电阻应变片113

7.3.2应变片的粘贴工艺技术116

7.3.3电阻应变片的主要特性117

7.3.4电阻应变片的测量电路118

7.3.5应变片的温度误差及补偿122

7.4电阻传感器的应用技术125

7.4.1电位器式位移传感器125

7.4.2电位器式压力传感器125

7.4.3电位器式加速度传感器125

7.4.4应变式力传感器126

7.4.5应变式压力传感器127

7.4.6应变式加速度传感器128

7.5电阻传感器的应用实例128

7.5.1交流电桥电阻应变仪128

7.5.2 MICROCELL应变片传感器129

7.5.3电阻应变片在轧制力检测中的应用129

7.5.4电阻应变传感器在泥石流预测中的应用130

7.5.5电阻应变传感器在运动车辆测重中的应用130

7.6电阻式传感器实物图131

习题与思考题132

8电容式传感器133

8.1电容式传感器的工作原理和结构133

8.1.1变极距型电容传感器134

8.1.2变面积型电容式传感器137

8.1.3变介质型电容式传感器138

8.2电容式传感器的等效电路139

8.3电容式传感器的测量电路140

8.3.1调频测量电路140

8.3.2运算放大器式电路142

8.3.3二极管双T型交流电桥143

8.3.4脉冲宽度调制电路144

8.4电容式传感器的应用145

8.5电容式传感器实物图149

习题与思考题150

9 电感式传感器151

9.1变磁阻式传感器的工作原理和结构151

9.1.1工作原理151

9.1.2输出特性153

9.1.3测量电路154

9.2变磁阻式传感器的应用156

9.3互感式传感器的工作原理和结构157

9.3.1结构与工作原理157

9.3.2基本特性158

9.3.3差动变压器式传感器测量电路159

9.4互感式传感器的应用161

9.5电涡流式传感器的工作原理和结构161

9.5.1工作原理161

9.5.2等效电路162

9.5.3电涡流形成范围163

9.6电涡流式传感器的应用165

9.7电感式传感器实物图168

习题与思考题169

10 压电式与压磁式传感器170

10.1压电式传感器170

10.1.1压电效应与压电材料170

10.1.2石英晶体的压电特性171

10.1.3压电陶瓷的压电现象173

10.1.4压电传感器等效电路和测量电路174

10.1.5压电传感器应用举例179

10.2压磁式传感器183

10.2.1压磁效应183

10.2.2压磁元件工作的结构及其工作原理184

10.2.3压磁式传感器的结构及其工作原理185

10.2.4压磁式传感器的测量电路举例187

10.3压电式与压磁式传感器实物图189

习题与思考题190

11光电传感器191

11.1光电传感器的基本效应191

11.1.1半导体的粒子特性191

11.1.2光电效应192

11.2外光电效应光电器件192

11.2.1光电管192

11.2.2光电倍增管193

11.3光电导效应及光电元件194

11.3.1光敏电阻结构及原理194

11.3.2光敏电阻的特性194

11.4光电伏特效应及光电元件195

11.4.1光电导结型光电元件195

11.4.2光电伏特型光电元件196

11.5应用光路198

11.5.1反射式198

11.5.2透射式198

11.5.3线纹瞄准用光电传感器198

11.5.4脉冲式光电传感器199

11.6红外光电传感器200

11.7光电传感器应用历史201

11.8光电传感器实物图202

习题与思考题203

12固体图像传感器与光纤传感器204

12.1 CCD的单元结构和基本原理204

12.1.1光电转换、存储204

12.1.2电荷转移206

12.1.3电荷207

12.1.4 CCD的特性参数208

12.2线阵CCD图像传感器基本结构210

12.2.1单沟道线阵CCD211

12.2.2双沟道线阵CCD211

12.3面阵CCD图像传感器基本结构212

12.3.1帧转移型面阵CCD212

12.3.2隔列转移型面阵CCD213

12.3.3线转移型面阵CCD214

12.4典型线阵图像传感器结构、原理、驱动电路214

12.4.1 TCD1206U1D的基本结构214

12.4.2工作原理215

12.4.3 TCD1206UD的驱动电路216

12.4.4 TCD1206UD的特点217

12.5典型面阵图像传感器结构、原理、驱动电路218

12.5.1结构218

12.5.2工作原理219

12.5.3 DL32型CCD的光电特性221

12.6光纤传感器的结构、传光原理、分类221

12.6.1光纤导光基本原理222

12.6.2光纤传感器及其分类223

12.7光纤传感器的应用225

12.8图像传感器和光纤传感器实物图225

习题与思考题228

13 辐射式传感器229

13.1红外辐射式传感器229

13.1.1红外辐射的基本知识229

13.1.2红外辐射的基本定律230

13.1.3红外传感器（探测器）233

13.2红外辐射式传感器的应用235

13.2.1红外气体分析仪235

13.2.2红外无损探伤仪236

13.3核辐射式传感器237

13.3.1核辐射源——放射性同位素237

13.3.2核辐射的物理特性238

13.3.3核辐射传感器239

13.4核辐射式传感器的应用240

13.4.1核辐射流量计240

13.4.2核辐射测厚仪241

13.4.3核辐射物位计241

13.4.4核辐射探伤242

13.5激光探测器（传感器）及其应用242

13.5.1激光产生的机理242

13.5.2激光的特性243

13.5.3激光器及其特性244

13.5.4激光探测器的应用244

13.6辐射式传感器实物图246

习题与思考题247

14 数字式传感器248

14.1栅式数字传感器248

14.1.1栅式数字传感器的分类248

14.1.2栅式传感器的结构和工作原理248

14.1.3栅式传感器的测量电路251

14.2编码器255

14.2.1接触式编码器255

14.2.2光电式编码器258

14.2.3电磁式编码器259

14.2.4脉冲盘式编码器259

14.3频率式数字传感器260

14.3.1 RC振荡器式频率传感器261

14.3.2弹性体频率式传感器261

14.3.3频率式传感器的基本测量电路263

14.4感应同步器264

14.4.1感应同步器的类型265

14.4.2感应同步器的结构265

14.4.3感应同步器的工作原理266

14.5数字传感器应用267

14.5.1光电增量编码器在电脑绣花机中的应用267

14.5.2转速测量269

14.5.3压控振荡式频率传感器在测温上的应用269

14.6数字式传感器实物图270

习题与思考题270

15 智能传感器271

15.1智能传感器的概念与特点271

15.1.1智能传感器的概念271

15.1.2智能传感器的特点272

15.2智能传感器实现的主要途径272

15.2.1非集成化实现272

15.2.2集成化实现273

15.2.3混合实现274

15.2.4人工智能材料的研制274

15.3集成化的智能传感器275

15.3.1智能传感器集成化的概念275

15.3.2传感器集成化的优点276

15.3.3集成智能传感器的分类与举例276

15.4微机械加工型智能传感器282

15.4.1微机械加工型智能传感器的主要性能特点283

15.4.2典型的微机械加工技术283

15.4.3采用微机械加工的传感器286

15.5仿生传感器289

15.5.1仿生学及仿生传感器289

15.5.2仿生传感器的分类290

15.5.3一种仿生传感器的设计范例294

15.6典型智能传感器实物图296

习题与思考题297

16 传感器的技术处理298

16.1传感器的匹配技术298

16.1.1高输入阻抗放大器298

16.1.2变压器匹配299

16.1 3电荷放大器299

16.2传感器非线性校正技术300

16.2.1用硬件电路实现非线性特性的线性化300

16.2.2用软件实现非线性特性线性化303

16.2.3应用范例——利用曲线拟合方法进行磁传感器的非线性处理307

16.3传感器的抗干扰处理方法308

16.3.1供电系统的抗干扰设计309

16.3.2采用滤波技术消除干扰309

16.3.3接地技术310

16.3.4信号传输通道的抗干扰设计311

16.3.5从元器件方面采取消除干扰的措施311

16.4传感器的正确选用原则313

16.4.1与传感器特性有关的因素313

16.4.2根据实际用途选择传感器314

思考与练习题315

参考文献316