传感器技术共9章: 第1章为传感器及测量的基础知识;第2~8章分别介绍电阻应变式、电容式、电感式、光电式、压电式、热电式和各种半导体传感器的工作原理、基本结构、测量电路及应用;第9章集中介绍厚膜、MEMS、模糊和生物传感器等现代传感器的定义、原理及应用。书中所举应用例子均为典型案例或最新应用;主要知识点均采用了图文结合,使其更容易被理解和掌握;每章后都列出了相关参考文献及推荐书目,供读者深入学习。
《传感器技术》可作为仪器科学、测控技术、机电一体化、电子、电气工程及自动化等相关专业学生的教材或参考书,也可供相关研究与工程技术人员参考或作为培训教材。
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传感器技术是当今世界令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术之一,也是当代科学技术发展的一个重要标志,它与通信技术、计算机技术共同构成现代信息产业,是信息产业的三大支柱之一。同时,传感器既是新技术革命和信息社会的重要技术基础,也是现代科技的开路先锋。如果说计算机是人类大脑的延伸,那么传感器就是人类五官的拓展。
21世纪是人类全面进入信息电子化的时代,随着人类探知领域和空间的扩展,人们需要获得的电子信息种类日益增加,需要信息传递的速度加快,信息处理的能力增强,因此要求与此相对应的信息采集技术——传感技术,必须跟上信息化的发展需要。它是人类探知自然界信息的触觉,为人类认知和控制相应的对象提供条件和依据。作为现代信息技术三大核心技术之一的传感器技术,将是21世纪世界各国在高新技术发展方面争夺的一个重要领域。
传感技术的迅速发展和普遍应用,对高等学校的传感器技术基础教育提出了新的要求。特别是对于工科学生来说,除了掌握传感器的基础知识,能用对应传感器进行相应的数
传感器技术是当今世界令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术之一,也是当代科学技术发展的一个重要标志,它与通信技术、计算机技术共同构成现代信息产业,是信息产业的三大支柱之一。同时,传感器既是新技术革命和信息社会的重要技术基础,也是现代科技的开路先锋。如果说计算机是人类大脑的延伸,那么传感器就是人类五官的拓展。
21世纪是人类全面进入信息电子化的时代,随着人类探知领域和空间的扩展,人们需要获得的电子信息种类日益增加,需要信息传递的速度加快,信息处理的能力增强,因此要求与此相对应的信息采集技术——传感技术,必须跟上信息化的发展需要。它是人类探知自然界信息的触觉,为人类认知和控制相应的对象提供条件和依据。作为现代信息技术三大核心技术之一的传感器技术,将是21世纪世界各国在高新技术发展方面争夺的一个重要领域。
传感技术的迅速发展和普遍应用,对高等学校的传感器技术基础教育提出了新的要求。特别是对于工科学生来说,除了掌握传感器的基础知识,能用对应传感器进行相应的数据测量外,还应对传感器的基本工作原理及其在各个领域的应用有一定了解。本书就是为工科学生学习和掌握传感器技术的工作原理、结构和具体应用等而设置的一门技术基础课。其任务是使学生从基础理论的角度出发,再通过实验的实践环节来掌握传感器的基本工作原理、基本结构和测量电路等知识,起到良好的指导性作用。
本书力求讲透基本原理,做到基础性和先进性的统一。它作为本科学生学习传感器技术的入门教材,首先重点介绍传感器的基本工作原理、基本结构、测量电路(或补偿电路)和具体应用(最近几年的最新应用),使学生在实践中能做到举一反三,为以后学习、应用新型传感器技术打下坚实的基础;与此同时,兼顾内容的系统性和先进性,注意追踪传感器及应用技术的新水平和发展趋势。其次,强调易读性,凡是介绍传感器工作原理时,都通过图来进行讲解,使学生从感性和理论上进行双重理解。另外,在传感器应用部分,列举了我们生活中可接触到(基于最新的具体应用)的或者传感器在未来的应用提案,不仅有利于提高学生的学习兴趣,还使学生大体上了解到传感器的应用趋势。
本书的第1章主要介绍传感器和测量的基础知识;第2~7章分别介绍基于不同效应的电阻应变式、电容式、电感式、光电式、压电式及热电式传感器的工作原理、基本结构、测量电路及应用等内容;第8章主要介绍基于半导体材料的霍尔传感器、气敏传感器和湿敏传感器的效应、分类、相关特性及应用等内容;第9章集中介绍厚膜、MEMS、模糊和生物传感器等几种现代传感器的定义、原理和应用等。
本书由桂林电子科技大学的陈显平任主编,由于作者水平有限,书中的错误和不妥之处,敬请读者批评指正。
编者
2014年9月16日
1.1传感器概述
1.1.1传感器的发展现状及趋势
1.1.2传感器的地位与作用
1.1.3传感器的定义及命名方式
1.1.4传感器的组成与分类
1.1.5传感器的技术特点
1.1.6传感器的重要意义
1.2传感器的数学模型概述
1.2.1静态模型
1.2.2动态模型
1.2.3传感器静态特性
1.2.4传感器动态特性
1.2.5传感器的标定
1.3测量基础知识
第1章 传感器及测量的基础知识
1.1传感器概述
1.1.1传感器的发展现状及趋势
1.1.2传感器的地位与作用
1.1.3传感器的定义及命名方式
1.1.4传感器的组成与分类
1.1.5传感器的技术特点
1.1.6传感器的重要意义
1.2传感器的数学模型概述
1.2.1静态模型
1.2.2动态模型
1.2.3传感器静态特性
1.2.4传感器动态特性
1.2.5传感器的标定
1.3测量基础知识
1.3.1测量及分类
1.3.2误差及分析
课后习题
参考文献
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第2章 电阻应变式传感器
2.1电阻应变式传感器基本理论
2.1.1电阻应变式传感器的工作原理
2.1.2电阻应变片的工作原理
2.2电阻应变片的结构、种类和特性
2.2.1应变片的基本结构
2.2.2应变片的种类及特点
2.2.3应变片的参数特性
2.3应变片的选择与粘贴
2.3.1应变片的选择
2.3.2应变片的粘贴
2.4测量电路、补偿方法及应用
2.4.1常用的几种组桥方式
2.4.2电阻应变片的温度误差及其补偿
2.4.3电阻应变式传感器的应用
2.5压阻传感器测量电路和应用
2.5.1压阻传感器的结构
2.5.2压阻传感器的应用
课后习题
参考文献
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第3章 电容式传感器
3.1电容式传感器的工作原理及类型
3.1.1基本工作原理
3.1.2基本类型
3.2电容式传感器的等效电路
3.3电容式传感器的测量电路
3.3.1电桥电路
3.3.2调频电路
3.3.3谐振电路
3.3.4运算放大器式电路
3.3.5二极管双T形交流电桥
3.3.6脉冲宽度调制电路
3.4电容式传感器的应用
3.4.1电容式压差传感器
3.4.2电容式称重传感器
3.4.3电容式加速度传感器
3.4.4电容式触摸屏
3.4.5 Touch ID
课后习题
参考文献
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第4章电感式传感器
4.1变磁阻式传感器
4.1.1结构和工作原理
4.1.2等效电路
4.1.3差动变气隙式传感器
4.2互感式传感器
4.2.1基本结构
4.2.2工作原理
4.2.3等效电路
4.2.4测量电路
4.3电涡流式传感器
4.3.1基本原理
4.3.2等效电路
4.3.3测量电路
4.4电感式传感器的应用
课后习题
参考文献
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第5章 光电式传感器
5.1光电效应
5.1.1外光电效应
5.1.2内光电效应
5.2光电器件
5.2.1外光电效应器件
5.2.2内光电效应器件
5.3光电式传感器的应用
5.3.1应用形式
5.3.2光电耦合器
5.3.3光电转速计
5.3.4光电脉搏传感器
5.4图像传感器
5.4.1 CCD固体图像传感器
5.4.2 CMOS图像传感器
5.4.3图像传感器的应用
5.5光纤传感器
5.5.1光纤的结构
5.5.2光纤传光原理
5.5.3光纤传感器的类型
5.5.4光纤传感器的应用
课后习题
参考文献
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第6章 压电式传感器
6.1压电效应和压电材料
6.1.1压电效应
6.1.2压电效应的特性
6.1.3压电材料
6.1.4压电效应的基本原理
6.2压电元件的常用结构
6.3等效电路和测量电路
6.3.1等效电路
6.3.2测量电路
6.4压电式传感器的应用
6.4.1压电式触摸屏
6.4.2压电式测力传感器
6.4.3压电式加速度传感器
6.4.4PVDF压电传感器
课后习题
参考文献
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第7章 热电式传感器
7.1热电偶
7.1.1热电偶的工作原理
7.1.2热电偶的基本定律
7.1.3热电偶的分类
7.1.4热电偶的冷端温度补偿
7.1.5热电偶的基本测量电路
7.2热电阻
7.2.1常用热电阻
7.2.2热电阻的测量电路
7.3热敏电阻
7.3.1热敏电阻的基本结构
7.3.2热敏电阻的主要特性
7.4热电式传感器的应用
7.4.1流程控制
7.4.2家用电器
7.4.3汽车电子
7.4.4空调系统
7.4.5医疗卫生
7.4.6测量与计量
课后习题
参考文献
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第8章 半导体传感器
8.1霍尔传感器
8.1.1霍尔效应和霍尔传感器
8.1.2霍尔传感器的分类与特性
8.1.3测量误差与补偿方法
8.1.4霍尔传感器的应用
8.2气敏传感器
8.2.1半导体气敏传感器的机理
8.2.2半导体气敏传感器及结构
8.2.3气敏传感器的应用
8.3湿敏传感器
8.3.1湿度及其表示方法
8.3.2氯化锂湿敏电阻
8.3.3半导瓷湿敏电阻
8.3.4湿敏传感器的应用
8.4半导体传感器的现状与发展趋势
8.4.1商业电子
8.4.2自动驾驶汽车
课后习题
参考文献
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第9章 现代传感器
9.1厚膜传感器
9.1.1厚膜技术
9.1.2主要应用
9.2MEMS传感器
9.2.1概念与结构
9.2.2主要应用
9.3生物传感器
9.3.1定义
9.3.2生物传感器的基本原理
9.3.3应用实例
9.4模糊传感器
9.4.1定义及基本功能
9.4.2应用实例
9.5智能传感器
9.5.1定义与功能
9.5.2结构和实现
9.5.3应用与方向
9.6多功能传感器
9.6.1定义
9.6.2结构模型
9.6.3应用实例
9.7模型传感器
9.8未来传感器的四大领域
课后习题
参考文献
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