本書主要講述傳感器原理、結構、性能和應用。書中介紹了傳感器的分類、數學模型、材料、性能, 并介紹了溫度、力、光、圖像、磁、位移、濕度、氣體、生物、無線電波、超聲波、機器人、觸摸屏、指紋傳感器, 以及智能傳感器、微機電系統、模糊傳感器和傳感器網絡, 列舉了各種傳感器和傳感器網絡在工農業生產、科學研究、醫療衛生、環境保護以及在家用電器等方面的工程應用實例。本書共12 章, 每章后附有實訓課題和習題。
本書可作為高職高專院校的應用電子技術、自動控制技術、儀器儀表技術、測量技術、機電技術和計算機應用等專業的教學用書, 也可作為有關工程技術人員的技術參考和自學用書。
內容豐富多彩,涵蓋較新型傳感器技術。
敘述清晰淺顯,技術原理容易理解掌握。
實例量多面廣,引導工程應用創新思維。
實訓操作性強,培養選材裝配調試技能。
今天, 人類已經進入了科學技術迅猛發展的信息社會, 計算機、互聯網、機器人、生物技術、自動控制以及單片機嵌入式系統的迅速發展, 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, 并將其轉換為工作系統能進行處理的信息。顯而易見, 傳感器在現代科學技術領域中占有極其重要的地位, 了解和掌握傳感器技術及其工程應用, 成了相關專業技術人員的必需。有關傳感器技術及其工程應用的課程成為應用電子技術、自動控制技術、儀器儀表技術、測量技術、機電技術、機器人技術及計算機應用等專業的必修課。
本書力求內容新穎, 敘述簡練, 實用面廣, 應用性強。其參考學時為60 學時。本書以傳感器原理、結構、性能和工程應用為主線, 介紹了傳感器的分類、數學模型、材料、性能, 介紹了溫度、力、光、圖像、磁、位移、濕度、氣體、生物、無線電波、超聲波、機器人、觸摸屏、指紋傳感器及其工程應用, 并介紹了傳感器信號處理電路, 以及智能傳感器、微機電系統、模糊傳感器和傳感器網絡的構建、性能和實例。本書是第2 版, 在第1 版基礎上作了一些刪減, 增添了一些較新的內容。各章最后附有實訓課題和習題。
通過實訓, 既可以培養學生查閱各種傳感器手冊和編寫技術報告的能力, 又可以使學生通過一些傳感器應用電路的制作增強動手能力。在講授和學習本書時, 可根據實際情況和具體條件, 選擇完成一部分實訓課題或全部實訓課題, 也可以將部分實訓課題安排在課余時間進行。
本書第1、5、11、12 章由金發慶編寫, 第2、3 章由孫衛星編寫, 第4、8、9 章由李晴編寫, 第6、7、10 章由張天偉編寫。全書由金發慶統稿, 李瑜芳審稿。
在本書編寫過程中, 得到許多同志熱情關心和幫助, 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。
編 者
目 錄
出版說明
前言
第1 章 傳感器技術基礎
1.1 自動測控系統與傳感器
1. 1. 1 自動測控系統
1. 1. 2 傳感器
1. 2 傳感器的分類
1. 2. 1 按被測物理量分類
1. 2. 2 按傳感器工作原理分類
1. 3 傳感器的數學模型
1. 3. 1 傳感器的靜態數學模型
1. 3. 2 傳感器的動態數學模型
1. 4 傳感器的特性與技術指標
1. 4. 1 靜態特性
1. 4. 2 動態特性
1. 5 傳感器的材料與制造
1. 5. 1 傳感器的材料
1. 5. 2 傳感器制造技術
1. 6 提高傳感器性能的方法
1. 6. 1 傳感器性能指標
1. 6. 2 提高性能指標的方法
1. 7 傳感器的標定與校準
1. 7. 1 標定與校準的方法
1. 7. 2 靜態標定
1. 7. 3 動態標定
1. 8 實訓 傳感器手冊查閱和技術報告
編寫
1. 9 習題
第2 章 溫度傳感器
2. 1 溫度測量概述
2. 2 熱電偶傳感器
2. 2. 1 熱電偶測溫原理
2. 2. 2 熱電偶的結構形式和標準化熱
電偶
2. 2. 3 熱電偶測溫及參考端溫度補償
2. 3 金屬熱電阻傳感器
2. 3. 1 熱電阻的溫度特性
2. 3. 2 熱電阻傳感器的結構
2. 4 半導體溫度傳感器
2. 4. 1 二極管溫度傳感器
2. 4. 2 晶體管溫度傳感器
2. 5 集成溫度傳感器
2. 5. 1 集成溫度傳感器基本工作原理
2. 5. 2 電壓輸出型集成溫度傳感器
2. 5. 3 電流輸出型集成溫度傳感器
2. 6 半導體熱敏電阻
2. 6. 1 熱敏電阻的 (Rt—t) 特性
2. 6. 2 負溫度系數熱敏電阻性能
2. 6. 3 負溫度系數熱敏電阻溫度方程
2. 6. 4 負溫度系數熱敏電阻主要特性
2. 7 溫度傳感器應用實例
2. 7. 1 雙金屬溫度傳感器的應用
2. 7. 2 熱敏電阻溫度傳感器的應用
2. 7. 3 熱電偶溫度傳感器的應用
2. 7. 4 集成溫度傳感器應用舉例
2. 7. 5 家用空調專用溫度傳感器
2. 7. 6 電冰箱、 冰柜專用溫度傳感器
2. 7. 7 熱水器專用溫度傳感器
2. 7. 8 汽車發動機控制系統專用溫度
傳感器
2. 8 實訓 電冰箱溫度超標指示器裝調
2. 9 習題
第3 章 力傳感器
3. 1 彈性敏感元件
3. 1. 1 彈性敏感元件的特性
3. 1. 2 彈性敏感元件的分類
3. 2 電阻應變片傳感器
3. 2. 1 電阻應變片的工作原理
3. 2. 2 電阻應變片的分類
3. 2. 3 電阻應變片的測量電路
3. 3 壓電傳感器
3. 3. 1 石英晶體的壓電效應
3. 3. 2 壓電陶瓷的壓電效應
3. 3. 3 壓電式傳感器的測量電路
3. 3. 4 壓電式傳感器的結構
3. 3. 5 單片集成硅壓力傳感器
3. 4 電容式傳感器
3. 4. 1 變極距式電容傳感器
3. 4. 2 變面積式電容傳感器
3. 4. 3 變介電常數式電容傳感器
3. 5 電感式傳感器
3. 5. 1 自感式傳感器
3. 5. 2 互感式傳感器
3. 5. 3 差動變壓器式傳感器測量電路
3. 6 加速度傳感器
3. 7 力傳感器應用實例
3. 7. 1 煤氣灶電子點火器
3. 7. 2 壓電式玻璃破碎報警器
3. 7. 3 2S5M 壓力傳感器電路
3. 7. 4 指套式電子血壓計
3. 7. 5 CL.YZ.320 型力敏傳感器
3. 7. 6 地震動傳感器
3. 8 實訓 應變片力傳感器裝調
3. 9 習題
第4 章 光電式傳感器
4. 1 光電效應
4. 1. 1 外光電效應
4. 1. 2 內光電效應
4. 1. 3 光生伏打效應
4. 2 光電傳感器
4. 2. 1 光電管和光電倍增管
4. 2. 2 光敏電阻
4. 2. 3 光敏二極管和光敏晶體管
4. 2. 4 光電池
4. 2. 5 光電元件的特性
4. 2. 6 光耦合器件
4. 3 紅外線傳感器
4. 3. 1 概述
4. 3. 2 熱釋電型紅外傳感