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传感器原理及应用(第二版)电子书

本书理论与实践应用相结合,通过精心挑选的102个应用实例,63道课后练习题,系统全面地介绍各类传感器的结构、工作原理、特性、参数、电路及典型工程应用,覆盖传感技术研究中的成果。

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纸质售价:¥39.50购买纸书

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作       者:张洪润,邓洪敏,郭竞谦

出  版  社:清华大学出版社

出版时间:2021-12-01

字       数:21.0万

所属分类: 科技 > 计算机/网络 > 硬件

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本书系统全面地介绍各类传感器的结构、工作原理、特性、参数、电路及典型工程应用,并覆盖传感技术研究中的**成果。 全书内容共分10章,第1章对传感技术的定义、作用以及传感器的组成、分类、性能指标行简要介绍;第2~8章介绍各种传感技术,包括光电传感器、数字传感器、热电传感器、电阻传感器、电容传感器、电感传感器、压电传感器、霍尔传感器、声敏传感器、超声波传感器、气敏传感器、湿敏传感器、生物传感器技术;第9~10章介绍无线传感器、超导传感器和智能传感器的原理与应用。 全书提供具有代表性的102个工程应用实例,每章末均有小结和课后练习题(共计63道)。 本书理论与应用实践相结合,适合用作高等院校电子信息、物理、仪器仪表、工业自动化、自动控制、机电一体化、计算机应用、生物医学、精密仪器测量与控制、汽车与机械类等专业的教材,也可以作为科研人员、工程技术人员及自学人员的参考用书。<br/>【推荐语】<br/>本书理论与实践应用相结合,通过精心挑选的102个应用实例,63道课后练习题,系统全面地介绍各类传感器的结构、工作原理、特性、参数、电路及典型工程应用,覆盖传感技术研究中的成果。<br/>
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内容简介

前言

目 录

第1章 概论

1.1 传感技术的定义及作用

1.2 传感器的组成与分类

1.2.1 传感器的组成

1.2.2 传感器的分类

1.按测定量分类

2.按转换原理分类

1.3 传感器的特性参数与选择注意事项

1.3.1 静态参数

1.3.2 动态参数

1.3.3 传感器选择注意事项

1.与测量条件有关的事项

2.与性能有关的事项

3.与使用条件有关的事项

4.与购买和维修有关的事项

1.4 传感器的发展趋势

1.高精度

2.小型化

3.集成化

4.数字化

5.智能化

1.5 小结

1.6 习题

第2章 光电传感技术

2.1 光电传感器的工作原理

2.2 光敏二极管

2.2.1 工作原理和结构

2.2.2 基本特性

1.光谱特性

2.伏安特性

3.光照特性

4.温度特性

5.响应特性

2.2.3 型号参数

2.2.4 应用举例

1.光电路灯控制电路

2.光强测量电路

3.照度计

2.3 光敏三极管

2.3.1 工作原理和结构

2.3.2 基本特性

1.光谱特性

2.伏安特性

3.光照特性

4.温度特性

5.响应特性

2.3.3 型号参数

2.3.4 应用举例

1.脉冲编码器

2.光电数字转速表

3.光控转速表

4.光电式烟尘浓度计

2.4 光敏电阻

2.4.1 工作原理、材料与结构

1.工作原理

2.材料与结构

2.4.2 主要参数和基本特性

1.主要参数

2.基本特性

2.4.3 常用光敏电阻的性能参数

2.4.4 应用举例

1.阅读环境照度监视器

2.光电式带材跑偏检测装置

2.5 光电池

2.5.1 工作原理和结构

2.5.2 基本特性

1.光谱特性

2.光照特性

3.频率特性

4.温度特性

2.5.3 型号参数

2.5.4 应用举例

1.太阳电池电源

2.路灯光电自动开关

2.6 高速光电二极管

2.6.1 类型结构

1.PIN结光电二极管

2.雪崩式光电二极管(APD)

2.6.2 特性参数

2.7 光电倍增管

2.7.1 结构组成

2.7.2 工作原理

2.7.3 主要参数

1.倍增系数M

2.光电阴极灵敏度和光电倍增管总灵敏度

3.暗电流和本底脉冲

4.光电倍增管的光谱特性

2.7.4 应用举例

2.8 色敏光电传感器

2.8.1 基本原理

2.8.2 基本特征

1.光谱特性

2.短路电流比-波长特性

3.温度特性

2.8.3 应用举例

2.9 光位置传感器

2.9.1 结构原理

2.9.2 主要用途

2.10 红外光传感器

2.10.1 红外辐射基础

2.10.2 红外光传感器的工作原理与结构

1.热释电效应及器件

2.双元型红外传感器

2.10.3 应用举例

1.红外测温仪

2.红外线气体分析仪

2.11 光固态图像传感器

2.11.1 电荷耦合器件(CCD)

1.MOS光敏元的结构及原理

2.电荷转移原理

3.CCD的工作原理

4.CCD图像传感器

5.线列型CCD摄像系统

2.11.2 MOS图像传感器

1.MOS线型固态图像传感器

2.MOS面型固态图像传感器

3.CMOS有源像素图像传感器

2.11.3 应用举例

1.CCD在汽车前照灯配光测试中的应用

2.CCD传感器在光电精密测径系统中的应用

2.12 光纤传感器

2.12.1 光纤的传光原理

2.12.2 光纤传感器的工作原理

1.强度调制原理

2.相位调制原理

3.频率调制原理

4.时分调制

5.偏振调制

2.12.3 应用举例

1.光纤辐射剂量传感器

2.光纤电流传感器

3.光纤图像传感器

4.光纤加速度传感器

5.光纤温度传感器

6.光纤旋涡流量传感器

2.13 激光传感器

2.13.1 激光产生的机理

2.13.2 激光的优点

1.方向性强

2.单色性好

3.相干性好

2.13.3 激光器及其特性

1.固体激光器

2.液体激光器

3.气体激光器

4.半导体激光器

2.13.4 应用举例

1.激光测距

2.激光测流速

3.激光测长度

2.14 核辐射(光)传感器

2.14.1 核辐射源——放射性同位素

2.14.2 核辐射的物理特性

1.核辐射

2.核辐射与物质的相互作用

2.14.3 应用举例

1.电离室

2.盖格计数管

3.闪烁计数管

2.15 光电传感技术工程应用举例

2.15.1 光电传感器的模拟量检测

2.15.2 光电传感器的数字量检测

1.光电开关

2.光电断续器

3.光电式转速表

2.16 小结

2.17 习题

第3章 数字传感技术

3.1 光栅传感器

3.1.1 结构与类型

1.光栅尺

2.光栅读数头

3.1.2 工作原理

1.莫尔条纹

2.辨向原理

3.1.3 细分技术

3.1.4 光栅数显装置

1.光栅信号处理芯片(HKF710502)

2.逻辑控制芯片(HKE701314)

3.可逆计数与零位记忆芯片(HKE701201)

3.1.5 应用举例

3.2 磁栅传感器

3.2.1 磁栅的结构与类型

1.磁栅的结构

2.磁栅的类型

3.2.2 磁栅传感器的工作原理

1.基本工作原理

2.信号处理方式

3.2.3 磁栅数显装置

1.磁头放大器(SF023)

2.磁尺检测专用集成芯片(SF6114)

3.磁尺细分专用集成芯片(SIM-011)

4.可逆计数芯片(WK50395)

3.2.4 应用举例

3.3 接触式编码器

3.3.1 结构与工作原理

3.3.2 提高精度的途径

1.循环码盘法

2.扫描法

3.3.3 接触式编码器的优缺点

3.4 光电式编码器

3.4.1 结构与工作原理

3.4.2 提高分辨率的方法——插值法

3.4.3 主要技术指标

3.4.4 优缺点

3.5 电磁式编码器

3.5.1 结构与工作原理

3.5.2 优缺点

3.6 脉冲盘式编码器

3.6.1 结构与工作原理

3.6.2 旋转方向的判别

3.6.3 优缺点

3.7 RC振荡器式频率传感器

3.7.1 工作原理

3.7.2 基本测量方法

3.7.3 测量注意事项

3.8 弹性体频率传感器

3.8.1 工作原理

3.8.2 结构组成

3.8.3 激励电路

3.8.4 输入输出特性

3.9 直线式感应同步器

3.9.1 类型与结构

1.类型

2.结构

3.9.2 工作原理

3.9.3 数显装置

1.鉴幅型感应同步器数显装置

2.主要性能指标

3.9.4 型号与参数

3.9.5 安装、使用注意事项

3.10 旋转式感应同步器

3.10.1 结构组成

3.10.2 特性与型号参数

1.特性

2.型号参数

3.11 旋转变压器

3.11.1 结构组成

3.11.2 工作原理

1.两极绕组式旋转变压器的工作原理

2.四极绕组式旋转变压器的工作原理

3.11.3 旋转变压器的主要参数

3.11.4 应用举例

3.12 数字传感技术工程应用举例

3.12.1 位置检测

3.12.2 转速测量

3.12.3 机床闭环控制

3.12.4 定位控制

3.12.5 随动控制

3.13 小结

3.14 习题

第4章 热电传感技术

4.1 热敏电阻

4.1.1 结构形式

4.1.2 温度特性

4.1.3 输出特性的线性化处理

1.线性化网络

2.计算修正法

3.利用温度-频率转换电路改善非线性

4.1.4 应用举例

1.热敏电阻用作检测元件

2.热敏电阻用作电路元件

4.2 热电开关

4.2.1 双金属片式热电开关

1.双金属片的构成及其弯曲特性

2.双金属片的材料构成

3.双金属片热电开关的类型

4.双金属片热电开关自动控温原理

4.2.2 陶铁磁体式热电开关

1.陶铁磁体式热电开关的结构原理

2.陶铁磁体热电开关性能特点

4.2.3 应用举例

4.3 铂电阻

4.3.1 铂电阻与温度的关系

4.3.2 铂电阻体的结构

4.3.3 铂电阻分度特性表

4.4 铜电阻

4.4.1 铜电阻与温度的关系

4.4.2 铜电阻体的结构

4.4.3 铜电阻分度特性表

4.4.4 铜电阻的缺点

4.5 热电偶

4.5.1 工作原理

4.5.2 基本定律

1.中间导体定律

2.标准电极定律

3.中间温度定律

4.5.3 结构形式

1.普通热电偶

2.铠装热电偶

3.薄膜热电偶

4.5.4 冷端的温度补偿

1.冷端温度修正法

2.电桥补偿法

4.6 温敏二极管

4.6.1 工作原理

4.6.2 基本特性——(UF-T)关系

4.7 温敏三极管

4.7.1 基本原理

4.7.2 测温电路与输出特性

4.8 温敏晶闸管(可控硅)

4.8.1 工作原理

4.8.2 温度特性

4.8.3 开关温度控制

1.增大反向漏电流和直流增益

2.利用栅极分路电阻

4.8.4 应用举例

1.温度开关

2.火灾报警电路

4.9 集成温度传感器

4.9.1 电压型集成温度传感器

1.基本原理

2.电路结构及性能

4.9.2 电流型集成温度传感器(AD590)

1.AD590的基本原理

2.AD590的结构及性能

4.10 新型及特种温度传感器

4.10.1 热辐射温度传感器

1.全辐射高温计

2.光学高温计

3.光电高温计

4.比色温度计

4.10.2 热敏电容

4.10.3 石英温度计

4.10.4 表面波温度传感器

4.10.5 超声波温度传感器

4.10.6 谐振式温度计

4.10.7 音叉式水晶温度传感器

4.10.8 光纤温度传感器

1.光纤辐射式温度传感器

2.调制型荧光光纤温度传感器的测温原理

4.11 热电传感技术工程应用举例

4.11.1 温度检测及指示

4.11.2 温度补偿电路

4.11.3 过热保护

4.11.4 自动延时电路

4.11.5 控温电路

4.11.6 降温报警器

4.11.7 温度控制器

4.11.8 摄氏温度计

4.11.9 温差测量

4.12 小结

4.13 习题

第5章 R、L、C传感技术

5.1 电阻式传感器

5.1.1 电位器式传感器

5.1.2 电阻应变式传感器

1.应变片电阻的选择

2.应变片灵敏度的选择

5.1.3 应用举例

1.电位器式传感器的应用

2.电阻应变式传感器的应用

5.2 电感式传感器

5.2.1 自感型电感式传感器

1.可变磁阻式传感器

2.涡流式传感器

5.2.2 互感型-差动变压器式电感传感器

5.2.3 应用举例

5.3 电容式传感器

5.3.1 工作原理

5.3.2 结构类型

5.3.3 优缺点及特殊问题

1.优点

2.缺点

3.一些特殊问题

5.3.4 应用举例

5.4 R、L、C传感技术工程应用举例

5.4.1 罐内液重测量

5.4.2 料位测量

5.4.3 高频反射式涡流厚度测量

5.4.4 电容测厚仪

5.4.5 电子皮带秤

5.5 小结

5.6 习题

第6章 压电、磁敏传感技术

6.1 压电式传感器

6.1.1 工作原理

1.压电效应

2.石英晶体的压电效应

6.1.2 压电材料及压电元件的结构

1.压电材料选择原则

2.常见压电材料

3.压电元件的常用结构形式

6.1.3 测量电路

1.电压放大器

2.电荷放大器

6.1.4 应用举例

1.测量汽缸中燃烧的爆发力

2.测量冲床压力

6.2 磁敏电阻

6.2.1 磁阻效应

6.2.2 磁敏电阻的结构

6.2.3 应用举例

1.非接触式交流电流监视器

2.电机转速测量电路

6.3 磁敏二极管

6.3.1 结构形式

6.3.2 工作原理

6.3.3 主要特性

1.磁电特性

2.伏安特性

3.温度特性

6.3.4 应用举例

1.磁场测量——2ACM索尼二极管的应用

2.无触点开关

3.无触点电位器

6.4 磁敏三极管

6.4.1 结构形式

6.4.2 工作原理

6.4.3 主要特性

1.磁电特性

2.伏安特性

3.温度特性及其补偿

6.4.4 磁敏三极管的应用

6.5 霍尔传感器

6.5.1 霍尔效应及霍尔元件

1.霍尔效应

2.霍尔元件基本结构

3.霍尔元件基本特性

4.霍尔元件不等位电势补偿

5.霍尔元件温度补偿

6.5.2 应用举例

1.霍尔式微位移传感器

2.霍尔式转速传感器

3.霍尔计数装置

6.6 压电、磁敏传感技术工程应用举例

6.6.1 位移检测

6.6.2 转速检测

6.6.3 钢绳断裂(丝)检测

6.6.4 功率测量

6.6.5 霍尔无损探伤

6.6.6 霍尔开关带载电路

6.6.7 霍尔计数装置

6.6.8 霍尔汽车点火器

6.6.9 霍尔线性集成传感器测磁感强度

6.7 小结

6.8 习题

第7章 声、气、湿敏传感技术

7.1 声/超声波传感器

7.1.1 声/超声波及其物理性质

1.声/超声波的波形及其转换

2.声/超声波的反射和折射

3.声/超声波的衰减

7.1.2 声敏传感器

1.电阻变换型声敏传感器

2.压电声敏传感器

3.电容式声敏传感器(静电型)

4.音响传感器

7.1.3 超声波传感器

1.超声波传感器的分类

2.超声波传感器的应用

7.2 气敏传感器

7.2.1 电阻型半导体气敏材料的导电机理

7.2.2 电阻型半导体气敏传感器的结构

7.2.3 气敏器件的基本特性

1.SnO2系

2.ZnO系

7.2.4 非电阻型气敏器件

1.MOS二极管气敏器件

2.钯-MOS场效应晶体管气敏器件

7.2.5 气敏传感器的主要参数与特性

1.灵敏度

2.响应时间

3.选择性

4.稳定性

5.温度特性

6.湿度特性

7.电源电压特性

7.2.6 应用举例

1.简易家用气体报警

2.有害气体鉴别、报警与控制电路

3.可燃性气体浓度检测电路

4.矿灯瓦斯报警器

7.3 湿敏传感器

7.3.1 氯化锂湿敏电阻

7.3.2 半导体陶瓷湿敏电阻

1.负特性湿敏半导瓷的导电机理

2.正特性湿敏半导瓷的导电机理

3.典型半导瓷湿敏元件

7.3.3 应用举例

1.湿度检测器

2.高湿度显示器

3.房间湿度控制器

4.汽车后窗玻璃自动去湿装置

7.4 工程应用举例

7.4.1 超声波探伤

1.穿透法探伤

2.反射法探伤

7.4.2 烟雾报警器

7.4.3 酒精测试仪

7.4.4 酒精检测报警器

7.4.5 直读式湿度计

7.4.6 浴室镜面水汽清除器

7.4.7 土壤缺水告知器

7.4.8 电容式谷物水分测量仪

7.5 小结

7.6 习题

第8章 生物传感技术

8.1 生物分子传感器

8.1.1 定义

8.1.2 基本结构

8.1.3 工作原理及类型

1.将化学变化转变成电信号

2.将热变化转换为电信号

3.将光效应转变为电信号

4.直接产生电信号

8.2 酶传感器

8.2.1 基本结构

8.2.2 工作过程

8.2.3 典型酶传感器

1.葡萄糖传感器

2.氨基酸传感器

3.乙醇传感器

4.尿素传感器

5.青霉素传感器

8.3 微生物传感器

8.3.1 优点

8.3.2 工作原理

8.3.3 电流型微生物传感器

8.3.4 电位型微生物传感器

8.4 免疫传感器

8.4.1 结构组成

1.直接型电化学免疫传感器的结构

2.间接型电化学免疫传感器的结构

8.4.2 分类和测定原理

1.电流型酶免疫传感器

2.电流型非酶标记免疫传感器

3.电位型无标记免疫传感器

4.电位型酶免疫传感器

5.电位型非酶标记免疫传感器

8.4.3 应用举例

1.免疫传感器在测量胰岛素中的应用

2.免疫传感器在人绒毛膜促性腺激素hCG测定中的应用

8.5 生物电子学传感器

8.5.1 酶场效应晶体管的结构与工作原理

1.酶场效应晶体管的结构

2.酶场效应晶体管工作原理

8.5.2 免疫场效应晶体管的结构与工作原理

8.6 仿生传感器

8.6.1 视觉传感器

1.视觉检测

2.视觉图像分析

3.描绘与识别

8.6.2 听觉传感器

8.6.3 触觉传感器

8.6.4 压觉传感器

8.6.5 接近觉传感器

8.6.6 力觉传感器

8.6.7 滑觉传感器

8.7 生物传感技术工程应用举例

8.7.1 微生物传感器在甲烷测定中的应用

8.7.2 微生物传感器在抗生素测量中的应用

1.细菌-胶原膜的制备

2.酶催化反应原理

3.测量系统及测量过程

8.8 小结

8.9 习题

第9章 无线传感技术

9.1 类型特点

9.1.1 无线传感器的类型

1.振动传感器

2.应变传感器

3.扭矩传感器

9.1.2 无线传感器的特点

1.低功耗设计

2.时间同步

3.植入脑部

4.唤醒方式

5.网络结构

9.1.3 5G/6G太赫兹

9.1.4 太赫兹(THz)的优势

1.Tbit/s级的数据传输速率

2.天气条件因素影响低

3.安全性

4.可以实现多点通信

9.2 发射接收原理

9.2.1 无线发送设备的组成

9.2.2 无线接收设备的组成

9.3 无线传感器技术工程应用举例

9.3.1 桥梁健康检测及监测

9.3.2 粮仓温湿度监测

1.系统特点

2.配件指标

9.3.3 混凝土浇灌温度监测

9.3.4 地震监测

9.3.5 建筑物振动检测

9.3.6 无线抽水泵系统

9.3.7 无线模拟量与开关量检测

1.无线模拟量

2.无线开关量

9.3.8 主从站多种信号检测

9.4 小结

9.5 习题

第10章 超导、智能传感技术

10.1 超导传感器

10.1.1 超导效应

10.1.2 SCQID超导传感器的工作原理

10.1.3 几种超导传感器的结构

10.1.4 超导传感器的分类

1.直流SCQID

2.射频SCQID

10.1.5 SCQID测量系统

10.2 智能传感器

10.2.1 智能传感器的定义及其功能

10.2.2 传感器智能化的技术途径

1.传感器和信号处理装置的功能集成化

2.基于新的检测原理和结构,实现信号处理的智能化

3.研制人工智能材料

10.2.3 应用举例

10.2.4 智能传感器的发展前景

10.3 超导、智能传感技术工程应用举例

10.3.1 ST-3000系列智能压力传感器

10.3.2 EJA差压变送器

10.3.3 利用通用接口(USIC)构成的智能温度压力传感器

10.3.4 人工神经网络智能传感器

10.3.5 其他智能传感器

1.超声智能传感器

2.智能加速度传感器

3.智能红外传感器

4.二维自适应图像传感器

10.4 小结

10.5 习题

参考文献

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