傳感器和信號(hào)調(diào)節(jié)（第2版）

譯者序Ⅲ

前言Ⅴ

第1章利用傳感器的測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)介1

1.1一般概念和術(shù)語(yǔ)1

1.1.1測(cè)量系統(tǒng)1

1.1.2換能器、傳感器和執(zhí)行器2

1.1.3信號(hào)調(diào)節(jié)和顯示3

1.1.4接口、數(shù)據(jù)域和變換4

1.2傳感器的分類5

1.3通用輸入輸出配置9

1.3.1干擾輸入和調(diào)整輸入9

1.3.2補(bǔ)償技術(shù)10

1.4測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性11

1.4.1精確度、精密度和靈敏度11

1.4.2其他特性：線性和分辨率14

1.4.3系統(tǒng)誤差15

1.4.4隨機(jī)誤差16

1.5動(dòng)態(tài)特性18

1.5.1零階測(cè)量系統(tǒng)19

1.5.2一階測(cè)量系統(tǒng)19

1.5.3二階測(cè)量系統(tǒng)22

1.6傳感器的其他特性26

1.6.1輸入特性：阻抗27

1.6.2可靠性28

1.7初級(jí)傳感器30

1.7.1溫度傳感器：雙金屬傳感器31

1.7.2壓力傳感器32

1.7.3流速和流量傳感器34

1.7.4液位傳感器41

1.7.5力和轉(zhuǎn)矩傳感器42

1.7.6加速度和傾斜傳感器43

1.7.7速度傳感器44

1.8傳感器使用的材料45

1.8.1導(dǎo)體、半導(dǎo)體和電介質(zhì)47

1.8.2磁性材料50

1.9微傳感器工藝52

1.9.1厚膜工藝52

1.9.2薄膜工藝53

1.9.3微機(jī)械加工工藝54

習(xí)題57

參考文獻(xiàn)59

●傳感器和信號(hào)調(diào)節(jié)目錄●第2章電阻式傳感器61

2.1電位器61

2.2應(yīng)變計(jì)67

2.2.1基本原理：壓阻效應(yīng)67

2.2.2類型和應(yīng)用71

2.3電阻式溫度檢測(cè)器74

2.4熱敏電阻79

2.4.1模型79

2.4.2熱敏電阻的類型和應(yīng)用86

2.4.3線性化90

2.5磁敏電阻92

2.6光敏電阻（LDR）96

2.7電阻式濕度計(jì)101

2.8電阻式氣體傳感器103

2.9液體電導(dǎo)率傳感器107

習(xí)題109

參考文獻(xiàn)111

第3章電阻式傳感器的信號(hào)調(diào)節(jié)113

3.1電阻的測(cè)量113

3.2分壓器118

3.2.1電位器120

3.2.2用于熱敏電阻123

3.2.3動(dòng)態(tài)測(cè)量125

3.2.4分壓器用的放大器126

3.3惠斯登電橋：平衡測(cè)量128

3.4惠斯登電橋：偏轉(zhuǎn)測(cè)量130

3.4.1靈敏度和線性130

3.4.2電阻式傳感器電橋的模擬線性化133

3.4.3傳感器電橋的校準(zhǔn)和平衡134

3.4.4差值測(cè)量、平均值測(cè)量和補(bǔ)償135

3.4.5惠斯登電橋的電源139

3.4.6惠斯登電橋的檢測(cè)方法142

3.5差動(dòng)放大器和儀表放大器143

3.5.1差動(dòng)放大器143

3.5.2利用兩個(gè)運(yùn)算放大器的儀表放大器148

3.5.3利用三個(gè)運(yùn)算放大器的儀表放大器150

3.6干擾155

3.6.1干擾的類型和抑制155

3.6.2信號(hào)電路接地158

3.6.3屏蔽接地159

3.6.4隔離放大器163

習(xí)題165

參考文獻(xiàn)173

第4章變電抗式傳感器和磁電式傳感器174

4.1電容式傳感器174

4.1.1可變電容器174

4.1.2差動(dòng)電容器181

4.2電感式傳感器184

4.2.1變磁阻式傳感器184

4.2.2渦流式傳感器189

4.2.3線性可調(diào)差接變壓器（LVDT）192

4.2.4可調(diào)變壓器：自動(dòng)同步器、分解器和感應(yīng)同步器199

4.2.5磁彈性傳感器和磁致伸縮傳感器210

4.2.6威甘德（Wiegand）傳感器和脈沖合金線傳感器213

4.2.7飽和磁心（磁通閘門）傳感器215

4.2.8超導(dǎo)量子干涉器件（SQUID）216

4.3磁電式傳感器218

4.3.1基于法拉第定律的傳感器218

4.3.2霍耳式傳感器223

習(xí)題227

參考文獻(xiàn)229

第5章變抗式傳感器的信號(hào)調(diào)節(jié)232

5.1問題和解決方案232

5.2交流電橋236

5.2.1靈敏度和線性236

5.2.2電容性電橋的模擬線性化239

5.2.3交流放大器和電源去耦240

5.2.4靜電屏蔽和有源屏蔽245

5.2.5交直流信號(hào)變換器247

5.3載波放大器和相干檢波251

5.3.1載波放大器的工作原理和結(jié)構(gòu)251

5.3.2相敏檢波器257

5.3.3在線性可調(diào)差接變壓器中的應(yīng)用261

5.4供電容式傳感器使用的特殊信號(hào)調(diào)節(jié)器263

5.5分解器數(shù)字變換器和數(shù)字分解器變換器266

5.5.1自動(dòng)同步器分解器變換器266

5.5.2數(shù)字分解器變換器269

5.5.3分解器數(shù)字變換器270

習(xí)題271

參考文獻(xiàn)275

第6章有源傳感器277

6.1熱電式傳感器：熱電偶277

6.1.1可逆的熱電效應(yīng)277

6.1.2常用的熱電偶281

6.1.3實(shí)用的熱電偶定律284

6.1.4熱電偶回路中的冷端補(bǔ)償287

6.2壓電式傳感器290

6.2.1壓電效應(yīng)290

6.2.2壓電材料293

6.2.3應(yīng)用294

6.3熱電式傳感器300

6.3.1熱電效應(yīng)300

6.3.2熱電材料302

6.3.3輻射定律：普朗克定律、維恩定律和斯忒藩玻爾茲曼定律302

6.3.4應(yīng)用304

6.4光電式傳感器306

6.4.1光電效應(yīng)306

6.4.2材料和應(yīng)用307

6.5電化學(xué)傳感器308

習(xí)題311

參考文獻(xiàn)314

第7章有源傳感器的信號(hào)調(diào)節(jié)316

7.1斬波放大器和低漂移放大器316

7.1.1運(yùn)算放大器中的失調(diào)和漂移316

7.1.2斬波放大器322

7.1.3自動(dòng)調(diào)零放大器323

7.1.4組合放大器325

7.1.5儀表放大器的失調(diào)和漂移326

7.2靜電計(jì)放大器和互阻抗放大器327

7.2.1互阻抗放大器328

7.2.2通過積分進(jìn)行電流測(cè)量331

7.2.3設(shè)計(jì)靜電計(jì)電路時(shí)的注意事項(xiàng)332

7.3電荷放大器333

7.4放大器的噪聲338

7.4.1噪聲的基礎(chǔ)知識(shí)339

7.4.2運(yùn)算放大器的噪聲342

7.4.3互阻抗放大器的噪聲349

7.4.4電荷放大器的噪聲350

7.4.5儀表放大器的噪聲352

7.5電阻器的噪聲和漂移354

7.5.1固定電阻器的漂移354

7.5.2可調(diào)電阻器（電位器）的漂移356

7.5.3電阻器的噪聲357

習(xí)題358

參考文獻(xiàn)363

第8章數(shù)字式傳感器和智能傳感器365

8.1位置編碼器365

8.1.1增量位置編碼器365

8.1.2絕對(duì)位置編碼器372

8.2諧振式傳感器376

8.2.1基于石英諧振器的傳感器377

8.2.2表面聲波（SAW）傳感器382

8.2.3振動(dòng)金屬絲應(yīng)變計(jì)383

8.2.4振動(dòng)圓筒傳感器384

8.2.5數(shù)字式流量計(jì)385

8.3可變振蕩器387

8.3.1正弦振蕩器388

8.3.2張弛振蕩器389

8.3.3可變CMOS振蕩器391

8.3.4可變振蕩器的線性393

8.4變換成頻率、周期或持續(xù)時(shí)間395

8.4.1電壓頻率變換395

8.4.2檢測(cè)量頻率直接變換397

8.4.3檢測(cè)量持續(xù)時(shí)間直接變換400

8.5傳感器微控制器直接連接402

8.5.1頻率測(cè)量402

8.5.2周期和時(shí)間間隔測(cè)量404

8.5.3計(jì)算和補(bǔ)償407

8.5.4速度測(cè)量——數(shù)字式轉(zhuǎn)速計(jì)408

8.6傳感器的通信系統(tǒng)409

8.6.1電流遙測(cè)術(shù)：4mA~20mA電流環(huán)路411

8.6.2同時(shí)進(jìn)行模擬和數(shù)字通信412

8.6.3傳感器總線：現(xiàn)場(chǎng)總線413

8.7智能傳感器415

習(xí)題417

參考文獻(xiàn)420

第9章其他檢測(cè)方法422

9.1基于半導(dǎo)體結(jié)的傳感器422

9.1.1基于半導(dǎo)體結(jié)的溫度計(jì)422

9.1.2磁敏二極管和磁敏晶體管428

9.1.3光電二極管428

9.1.4位置靈敏探測(cè)器（PSD）436

9.1.5光電晶體管437

9.1.6半導(dǎo)體結(jié)核輻射探測(cè)器438

9.2基于MOSFET的傳感器440

9.3電荷耦合式傳感器和CMOS圖像傳感器442

9.3.1工作原理442

9.3.2CCD和CMOS圖像傳感器的類型及應(yīng)用446

9.4光纖傳感器449

9.4.1光纖的基礎(chǔ)知識(shí)449

9.4.2光纖傳感器技術(shù)和應(yīng)用450

9.5超聲波傳感器454

9.5.1超聲波傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)454

9.5.2基于超聲波的檢測(cè)方法和應(yīng)用456

9.6生物傳感器458

習(xí)題460

參考文獻(xiàn)463

習(xí)題答案465 2100433B

本書根據(jù)John Wiley & Sons出版公司2001年出版的“Sensors and Signal Conditioning”（第2版）一書翻譯而成。書中對(duì)實(shí)踐中常用傳感器及利用傳感器進(jìn)行高精確度、高分辨率和寬動(dòng)態(tài)范圍檢測(cè)所使用的信號(hào)調(diào)節(jié)電路，包括電橋、放大器作了詳細(xì)而全面的介紹。全書共分9章，分別對(duì)利用傳感器的測(cè)量系統(tǒng)，常用傳感器的工作原理、材料、結(jié)構(gòu)和制造工藝，電阻式傳感器的信號(hào)調(diào)節(jié)電路，變電抗式傳感器的信號(hào)調(diào)節(jié)，有源傳感器的信號(hào)調(diào)節(jié)以及一些新型傳感器（智能傳感器、生物傳感器）進(jìn)行了討論。書中著重介紹了在信號(hào)調(diào)節(jié)中可能出現(xiàn)的一些問題及其解決方案。在敘述各章內(nèi)容時(shí)，還列舉若干設(shè)計(jì)實(shí)例，每章最后都列出相當(dāng)數(shù)量的習(xí)題供讀者鉆研思考，并在書末給出解答。

本書可供從事傳感器和電子測(cè)量技術(shù)工作的科技人員及高等院校相關(guān)專業(yè)的大學(xué)生閱讀參考。

內(nèi)容簡(jiǎn)介

《傳感器原理(第3版)》詳細(xì)闡述了各類傳感器的基本原理和基本分析方法，主要介紹了多種傳感器的設(shè)計(jì)方案和應(yīng)用情況。《傳感器原理(第3版)》共有15章，分別講述傳感器工作的物理效應(yīng)、結(jié)構(gòu)、特性、測(cè)量電路、誤差補(bǔ)償及典型應(yīng)用；并以較多篇幅介紹傳感器的現(xiàn)代技術(shù)、高精化設(shè)計(jì)以及實(shí)用的抗干擾措施?！秱鞲衅髟?第3版)》內(nèi)容具有科學(xué)性、先進(jìn)性和實(shí)用性。2100433B

第1章

傳感器的一般特性1·1 傳感器的靜態(tài)特性1·2 傳感器的動(dòng)態(tài)特性1·3 傳感器動(dòng)態(tài)特性分析1·4 傳感器無(wú)失真測(cè)試條件1·5 機(jī)電模擬和變量分類思考題與習(xí)題

第2章 電阻應(yīng)變式傳感器

2·1 金屬電阻應(yīng)變式傳感器

2·2 半導(dǎo)體應(yīng)變片及壓阻式傳感器

2·3 電位計(jì)式傳感器

思考題與習(xí)題

第3章 電感式傳感器

3·1 電感式傳感器

3·2 差動(dòng)變壓器

3·3 電渦流式傳感器

思考題與習(xí)題

第4章 電容式傳感器

4·1 電容式傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)類型

4·2 電容式傳感器的靜態(tài)特性

4·3 電容式傳感器的等效電路

4·4 電容式傳感器的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4·5 電容式傳感器的測(cè)量電路

4·6 電容式傳感器的應(yīng)用

附錄a 具有固體介質(zhì)的變間隙電容式傳感器原理特性分析推導(dǎo)

附錄b 變介電常數(shù)電容式傳感器原理特性分析推導(dǎo)

附錄c 電容測(cè)厚原理推導(dǎo)

思考題與習(xí)題

第5章 壓電式傳感器

5·1 壓電式傳感器的工作原理

5·2 壓電材料的主要特性

5·3 壓電元件常用的結(jié)構(gòu)形式

5·4 壓電式傳感器的信號(hào)調(diào)理電路

5·5 壓電式傳感器的應(yīng)用

思考題與習(xí)題

第6章 磁電式傳感器

6·1 磁電式傳感器的原理和結(jié)構(gòu)

6·2 磁電式傳感器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

6·3 磁電式傳感器的應(yīng)用

思考題與習(xí)題

第7章 熱電式傳感器

7·1 熱電阻

7·2 pn結(jié)型溫度傳感器

7·3 熱電偶

思考題與習(xí)題

第8章 光電式傳感器

8·1 光電效應(yīng)

8·2 光電器件

8·3 光源及光學(xué)元件

8·4 光電式傳感器的應(yīng)用

8·5 光纖傳感器

8·6 紅外傳感器

8·7 圖像傳感器簡(jiǎn)介

思考題與習(xí)題

第9章 磁敏傳感器

9·1 霍爾傳感器

9·2 磁敏電阻

9·3 結(jié)型磁敏管

思考題與習(xí)題

第10章 數(shù)字式傳感器

10·1 光柵傳感器

10·2 磁柵傳感器

10·3 感應(yīng)同步器

10·4 角數(shù)字編碼器

10·5 頻率式數(shù)字傳感器

思考題與習(xí)題

第11章 氣體傳感器

11·1 熱導(dǎo)式氣體傳感器

11·2 接觸燃燒式氣敏傳感器

11·3 半導(dǎo)體氣體傳感器

11·4 紅外氣體傳感器

11·5 濕式氣體傳感器

思考題與習(xí)題

第12章 濕度傳感器

12.1 濕度及濕度傳感器的特性和分類

12.2 電解質(zhì)系濕度傳感器

12.3 半導(dǎo)體及陶瓷濕度傳感器

12.4 有機(jī)物及高分子聚合物濕度傳感器

12.5 非水分子親合力型濕度傳感器

12.6 濕度傳感器的應(yīng)用

思考題與習(xí)題

第13章 其他傳感器簡(jiǎn)介

13.1 超聲波傳感器

13.2 微波傳感器

13.3 超導(dǎo)傳感器

13.4 智能傳感器

思考題與習(xí)題

第14章 傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)

14.1 傳感器的靜態(tài)特性標(biāo)定

14.2 傳感器的動(dòng)態(tài)特性標(biāo)定

14.3 壓力傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn)

14.4 振動(dòng)傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn)

14.5 溫度傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn)

思考題與習(xí)題2100433B