現(xiàn)代傳感技術(shù)

內(nèi)容概要

本書(shū)已由北京市教育委員會(huì)評(píng)定為高等教育精品教材立項(xiàng)項(xiàng)目。
本書(shū)書(shū)，從多方位介紹了現(xiàn)代傳感技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，系統(tǒng)地介紹了主要類(lèi)型傳感器的信息變換原理和電子信號(hào)調(diào)理輸出過(guò)程。全書(shū)共分為8章，分別為：傳感器的一般特性、光電傳感器、溫度傳感器、超聲波傳感器、力敏傳感器、磁敏傳感器、熱電偶型溫度傳感器、智能傳感器。各章中又介紹和分析了這一章所屬大類(lèi)中的多種重要類(lèi)型的傳感器及其相應(yīng)的接口電路和應(yīng)用電路方案。本書(shū)著重于理論與實(shí)際應(yīng)用方面?要求相結(jié)合，重點(diǎn)介紹傳感器的基本特性以及與信息變換特性相關(guān)聯(lián)的傳感原理、信號(hào)調(diào)理技術(shù)、誤差分析與補(bǔ)償方法及相關(guān)的接口電路設(shè)計(jì)和應(yīng)用電路分析。在這個(gè)基礎(chǔ)上介紹了傳感器與微處理器相結(jié)合的智能化演進(jìn)思路和智能型傳感器的工作原理、信號(hào)處理方式、通信控制協(xié)議及其實(shí)際應(yīng)用方案。本書(shū)知識(shí)結(jié)構(gòu)新穎實(shí)用，對(duì)基本概念的講解明確清楚，原理分析嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致，數(shù)學(xué)推理過(guò)程嚴(yán)謹(jǐn)完整。是一本適合于課堂講解、自學(xué)閱讀和在傳感工程方面實(shí)際應(yīng)用的書(shū)。
本書(shū)可以作為工科高等院校電子電氣類(lèi)、電子信息類(lèi)、自動(dòng)化與智能控制類(lèi)、儀器儀表與電子檢測(cè)技術(shù)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的本科生高年級(jí)和研究生的教材，也可以作為相關(guān)專(zhuān)業(yè)工程技術(shù)人員的實(shí)用參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

第一章 傳感器的一般特性
 1.1 概述
 1.1.1 傳感器及其作用
 1.1.2 敏感元件和傳感器的組成
 1.2 傳感器的分類(lèi)
 1.2.1 按被檢測(cè)對(duì)象分類(lèi)
 1.2.2 按變換方式分類(lèi)
 1.3 傳感器的基本特性
 1.3.1 基本特性
 1.3.2 研究傳感器的基本特性的意義
 1.3.3 傳感器的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性
 1.4 傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)
 1.4.1 量程和量程寬度
 1.4.2 滿量程值
 1.4.3 線性度
 1.4.4 靈敏度
 1.4.5 分辨率和平均分辨率
 1.4.6 分辨力
 1.4.7 遲滯
 1.4.8 重復(fù)性
 1.4.9 精度
 1.5 傳感器的動(dòng)態(tài)特性
 1.5.1 典型傳感器動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型
 1.5.2 典型一階傳感器系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析
 1.5.3 典型二階傳感器系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析
 1.5.4 傳感器的傳遞函數(shù)
 1.6 一般傳感器動(dòng)態(tài)特性的綜合參數(shù)
 1.6.1 上升時(shí)間
 1.6.2 穩(wěn)定時(shí)間(建立時(shí)間)
 1.6.3 過(guò)沖量(超調(diào)量)、過(guò)沖率，及衰減率
 1.6.4 頻帶寬度
 本章小結(jié)
 習(xí)題與思考題
第二章 光電傳感器
 2.1 概述
 2.2 光電效應(yīng)
 2.2.1 外光電效應(yīng)
 2.2.2 內(nèi)光電效應(yīng)
 2.3 光靈敏度參數(shù)
 2.3.1 光功率和光照度
 2.3.2 以光照度為基礎(chǔ)的光敏靈敏度
 2.3.3 物理輻射靈敏度
 2.3.4 光譜靈敏度與相對(duì)光譜靈敏度
 2.4 光敏二極管傳感器
 2.4.1 光敏二極管的構(gòu)造和基本工作原理
 2.4.2 光敏二極管的性能特點(diǎn)和主要參數(shù)
 2.4.3 光電二極管的應(yīng)用電路
 2.5 高速光電二極管
 2.5.1 PIN型光電二極管
 2.5.2 雪崩型光電二極管(APD)
 2.6 光電三極管傳感器
 2.6.1 光電三極管的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)
 2.6.2 光電三極管的主要特性
 2.6.3 光電三極管的使用方法
 2.7 光敏電阻傳感器
 2.7.1 光敏電阻傳感器原理及構(gòu)造概述
 2.7.2 光敏電阻傳感器的主要特性
 2.7.3 光敏電阻傳感器的參數(shù)說(shuō)明
 2.7.4 光敏電阻傳感器的應(yīng)用電路
 本章小結(jié)
 習(xí)題與思考題
第三章 溫度傳感器
 3.1 概述
 3.1.1 溫度傳感器的種類(lèi)
 3.1.2 溫標(biāo)簡(jiǎn)介
 3.2 熱敏電阻傳感器
 3.2.1 負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻傳感器(NTC)及其特性參數(shù)
 3.2.2 NTC熱敏電阻傳感器特性舉例
 3.2.3 NTC熱敏電阻的線性化
 3.2.4 NTC熱敏電阻的應(yīng)用
 3.2.5 薄膜型碳化硅(SiC)快速響應(yīng)NTC熱敏電阻傳感器
 3.2.6 PTC型熱敏電阻傳感器
 3.3 半導(dǎo)體PN結(jié)型溫度傳感器
 3.3.1 溫敏二極管傳感器
 3.3.2 用晶體三極管對(duì)作為溫敏元件的測(cè)溫方法
 3.3.3 輸出量正比于絕對(duì)溫度的溫度傳感器
 3.3.4 集成傳感器AD590的主要參數(shù)和應(yīng)用舉例
 本章小結(jié)
 習(xí)題與思考題
第四章 超聲波傳感器
 4.1 概述
 4.2 超聲波的特性和檢測(cè)方式
 4.3 壓電式超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)和原理
 4.3.1 壓電型超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)
 4.3.2 超聲波傳感器的等效電路
 4.3.3 超聲波傳感器的諧振頻點(diǎn)測(cè)量
 4.3.4 壓電式超聲波傳感器的輸出信號(hào)
 4.4 壓電式超聲波傳感器的性能特點(diǎn)
 4.4.1 超聲波換能器的聲壓和靈敏度
 4.4.2 超聲波傳感器的主要性能參數(shù)
 4.5 超聲波發(fā)射器的驅(qū)動(dòng)方法
 4.5.1 使用晶體管的超聲波發(fā)射電路
 4.5.2 使用時(shí)基電路555的發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路
 4.5.3 使用CMOS門(mén)電路的發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路
 4.6 超聲波信號(hào)的接收方法
 4.6.1 使用運(yùn)算放大器的接收電路
 4.6.2 使用電壓比較器的接收電路
 4.6.3 使用視頻放大器的接收電路
 4.7 超聲波傳感器的應(yīng)用方法
 4.7.1 反射式物體探知電路
 4.7.2 超聲波測(cè)距電路
 4.8 超聲波傳感器的多普勒應(yīng)用
 4.8.1 多普勒檢測(cè)原理
 4.8.2 多普勒流速測(cè)量
 4.8.3 多普勒流量測(cè)量
 本章小結(jié)
 習(xí)題與思?題
第五章 力敏傳感器
 5.1 概述
 5.1.1 力傳感器和壓力傳感器
 5.1.2 力敏傳感器的種類(lèi)
 5.1.3 力敏傳感器中有關(guān)物理概念的說(shuō)明
 5.2 電阻應(yīng)變片及其工作原理
 5.2.1 導(dǎo)體形狀改變引起的電阻變化
 5.2.2 壓阻效應(yīng)引起金屬導(dǎo)體的電阻變化
 5.2.3 壓阻效應(yīng)引起半導(dǎo)體材料的電阻變化
 5.3 金屬電阻應(yīng)變片式力傳感器
 5.3.1 金屬電阻應(yīng)變片的構(gòu)造和用法
 5.3.2 用金屬電阻應(yīng)變片測(cè)力
 5.3.3 彈性應(yīng)變式力敏傳感原理
 5.3.4 彈性應(yīng)變式力敏傳感器的參數(shù)
 5.3.5 金屬電阻應(yīng)變片式力傳感器的接口電路
 5.4 半導(dǎo)體壓阻式壓力傳感器
 5.4.1 壓力傳感器檢測(cè)的特點(diǎn)
 5.4.2 壓力測(cè)量單?
 5.4.3 半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片的種類(lèi)和特點(diǎn)
 5.4.4 擴(kuò)散硅型半導(dǎo)體壓力傳感器
 5.4.5 壓阻式半導(dǎo)體壓力傳感器的工作方式
 5.4.6 壓阻式半導(dǎo)體壓力傳感器的接口電路
 5.5 電容式壓力傳感器
 5.5.1 電容式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)和原理
 5.5.2 電容式壓力傳感器的接口電路
 5.6 力敏傳感器的應(yīng)用電路
 5.6.1 表壓傳感器的應(yīng)用電路
 5.6.2 絕對(duì)壓力傳感器的應(yīng)用電路
 5.6.3 壓力信息數(shù)字顯示電路
 本章小結(jié)
 習(xí)題與思考題
第六章 磁敏傳感器
 6.1 概述
 6.1.1 磁信息和傳感器
 6.1.2 常用的磁物理量單位
 6.2 霍爾式磁敏傳感器
 6.2.1 霍爾效應(yīng)和傳感器
 6.2.2 ?爾原理
 6.2.3 霍爾元件的性能特點(diǎn)及參數(shù)
 6.2.4 霍爾傳感器的接口電路
 6.3 磁敏電阻傳感器
 6.3.1 磁電阻效應(yīng)與傳感器
 6.3.2 半導(dǎo)體磁敏電阻傳感器
 6.3.3 鐵磁性體磁敏電阻傳感器
 6.4 磁敏傳感器的應(yīng)用電路
 6.4.1 用霍爾傳感器制作測(cè)量磁通量的高斯計(jì)
 6.4.2 用磁敏電阻?作電流傳感器
 6.4.3 用磁敏電阻器作微弱磁信號(hào)讀取器
 本章小結(jié)
 習(xí)題與思考題
第七章 熱電偶型溫度傳感器
 7.1 概述
 7.2 熱電偶傳感器的工作原理
 7.2.1 塞貝克效應(yīng)
 7.2.2 接觸電勢(shì)
 7.2.3 溫差電勢(shì)
 7.2.4 熱電偶中的總熱電勢(shì)
 7.2.5 熱電偶基本定律
 7.3 標(biāo)準(zhǔn)熱電偶分類(lèi)
 7.3.1 S型熱電偶傳感器
 7.3.2 B型熱電偶傳感器
 7.3.3 K型熱電偶傳感器
 7.3.4 E型熱電偶傳感器
 7.3.5 T型熱電偶傳感器
 7.3.6 標(biāo)準(zhǔn)熱電偶傳感器特征歸納
 7.3.7 熱電偶的電極線直徑與工作溫度
 7.3.8 非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶簡(jiǎn)介
 7.4 熱電偶傳感器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)
 7.4.1 裝配型熱電偶傳感器
 7.4.2 鎧裝型熱電偶傳感器
 7.4.3 熱電偶測(cè)溫導(dǎo)線型傳感器
 7.4.4 熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線
 7.5 熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償
 7.5.1 冷端冰浴溫度補(bǔ)償法
 7.5.2 中間溫度式補(bǔ)償法
 7.5.3 電路補(bǔ)償法
 7.6 熱電偶傳感器的應(yīng)用電路
 7.6.1 K型熱電偶的線性化電路
 7.6.2 熱電偶專(zhuān)用集成電路及其應(yīng)用
 7.6.3 使用K型熱電偶的溫度信息采集控制系統(tǒng)
 本章小結(jié)
 習(xí)題與思考題
第八章 智能傳感器
 8.1 智能傳感器介紹
 8.2 普通傳感器的智能化
 8.3 集成型智能溫度傳感器分析
 8.3.1 DS18B20協(xié)議控制型溫度傳感器的特點(diǎn)
 8.3.2 DS18B20的主要工作參數(shù)
 8.3.3 DS18B20的模塊結(jié)構(gòu)及其功能
 8.3.4 DS18B20的供電方式
 8.3.5 DS18B20的操作時(shí)序和指令系統(tǒng)
 8.3.6 DS18B20的時(shí)隙操作順序
 8.4 微電腦管理下的溫度采集控制系統(tǒng)
 8.4.1 智能溫度測(cè)控管理系統(tǒng)的組成方式
 8.4.2 使用DS18B20的智能溫度測(cè)控系統(tǒng)
 本章小結(jié)
 習(xí)題與思考題
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：插圖：元件組合式智能傳感器：這是一種由分立元件和分立集成電路塊組成的智能傳感器。它由多個(gè)獨(dú)立功能的電路模塊組成，將微處理器系統(tǒng)、I／0端口電路模塊、顯示和存儲(chǔ)電路模塊、信號(hào)調(diào)理電路及普通傳感器裝配在同一個(gè)殼體內(nèi)，組成分立模塊式智能傳感器。元件組合式智能傳感器的集成度低，體積較大，但它易于設(shè)計(jì)和修改，既可以批量生產(chǎn)，又可以配合具體工程項(xiàng)目小批量制作，是一種易于調(diào)整規(guī)格和靈活應(yīng)用的智能傳感器。混合結(jié)構(gòu)式智能傳感器：這是一種將傳感器的敏感元件、微處理器和I／0電路、存儲(chǔ)器、信號(hào)調(diào)理電路等分別制作在不同的芯片或基片上，之后將這些芯片和基片統(tǒng)一封裝在一個(gè)外殼內(nèi)，形成一體化外形的器件。這種混合式智能傳感器，可以使用各種變換原理的敏感元件，在傳感器設(shè)計(jì)制作上靈活度很高，可以制作出各種各樣用途的智能傳感器。有些傳感器件還可以將能源（太陽(yáng)能電池）和半導(dǎo)體冷卻環(huán)路（帕爾貼效應(yīng)冷卻環(huán)）也制作在內(nèi)，使應(yīng)用上更加方便。全集成式智能傳感器：將半導(dǎo)體傳感器或其他敏感元件與其后的信號(hào)調(diào)理電路、A／D變換電路、I／O端口電路和一定規(guī)模的運(yùn)算處理電路集成制作在同一只芯片上，就構(gòu)成了一種全集成化的智能傳感器。這種全集成式智能傳感器的芯片構(gòu)造通常都比較復(fù)雜，多數(shù)器件采用三維分布的芯片構(gòu)造。這種三維芯片構(gòu)造就是在二維平面集成電路的基礎(chǔ)上，向三維立體的方向拓展功能區(qū)，以滿足智能系統(tǒng)和敏感元件各個(gè)方面的功能要求。隨著敏感元件的創(chuàng)新和大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，這種全集成式智能傳感器在檢測(cè)方式和智能化水平上，也在不斷優(yōu)化和發(fā)展中?！饔捎诤芏嘣?，也有些環(huán)境和條件下不適合使用智能傳感器，而仍須使用常規(guī)傳感器。如超過(guò)半導(dǎo)體芯片工作溫度范圍的高溫度和低溫度的測(cè)量、在有嚴(yán)重振動(dòng)環(huán)境中或暴露在有腐蝕性的化學(xué)物質(zhì)中的測(cè)檢、電磁干擾強(qiáng)的環(huán)境下的探測(cè)工作等，就必須使用常規(guī)傳感器才能進(jìn)行。另外，由于各種用戶(hù)在傳感器供電條件、通迅信道條件、數(shù)字信號(hào)處理能力等方面各有不同，很多情況下，從滿足傳感器工作條件和檢測(cè)工作成本方面考慮，選用普通傳感器進(jìn)行檢測(cè)仍是最為合理的選擇。因此，由普通傳感器發(fā)展起來(lái)的智能傳感器并不能全部取代常規(guī)傳感器，在電子信息工程領(lǐng)域中，智能傳感器和常規(guī)傳感器將長(zhǎng)期共存下去。

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