传感器及应用

本书共分12章，系统地介绍了传感器的基本原理及特性、传感器应用的相关知识、传感器的应用举例及实用技术。本书揭示了应变式、电位器式、电容式、电感式、电涡流式、压电式、超声波式、霍尔式、光电式、光纤式、激光式、频率式及热敏、气敏、湿敏、旋转编码器、感应同步器、磁栅、光栅、容栅、球栅等传感器的基本原理与特性；介绍了传感器信号处理、数据采集、抗干扰及传感器与PLC、计算机、仪表等控制和显示设备的连接技术；列举了传感器在机床、自动生产线、机器人、汽车和安全防范系统中的应用实例，突出了传感器的安装、调整等实践技能。本书还介绍了红外、紫外、CCD、PSD、色彩、甲醛、PM2.5、智能式、机器人等新型传感器及其应用。

前言
第1章传感器的基本知识1
1.1传感器的定义与作用1
1.1.1传感器的定义1
1.1.2传感器的作用和应用领域1
1.2传感器的组成与分类3
1.2.1传感器的组成3
1.2.2传感器的分类3
1.3传感器的基本特性4
1.3.1传感器的静态特性4
1.3.2传感器的动态特性6
1.4传感器的测量误差与准确度6
1.4.1误差的类型7
1.4.2误差的表示方法7
1.4.3准确度8
1.5传感器中的弹性敏感元件8
1.5.1应力与应变的概念8
1.5.2弹性敏感元件的特性9
1.5.3弹性敏感元件的材料10
1.5.4弹性敏感元件的类型10
思考与练习11
第2章线性位移传感器及应用13
2.1电阻式传感器13
2.1.1应变式传感器13
2.1.2电位器式传感器16
2.2电容式传感器17
2.2.1电容式传感器的类型17
2.2.2电容式传感器的转换电路18
2.2.3电容式位移传感器的实用结构19
2.3电感式传感器20
2.3.1自感式传感器20
2.3.2差动变压器22
2.4电涡流式传感器23
2.4.1电涡流式传感器的工作原理24
2.4.2电涡流式传感器的结构24
2.4.3电涡流式传感器的转换电路24
2.4.4电涡流式传感器的使用注意事项24
2.4.5电涡流式传感器测位移25
2.5压电式传感器26
2.5.1压电材料与压电效应26
2.5.2电荷放大器29
2.6超声波传感器30
2.6.1超声波的传输特性30
2.6.2超声波换能器31
2.7磁敏传感器32
2.7.1霍尔式传感器33
2.7.2磁敏电阻传感器35
2.8光电式传感器35
2.8.1光的知识36
2.8.2光电效应36
2.8.3光电元件37
2.8.4光电传感器的类型44
2.9光纤与激光传感器45
2.9.1光纤传感器45
2.9.2激光传感器48
2.10频率式传感器48
2.11智能式传感器50
2.11.1智能式传感器的特点50
2.11.2智能式传感器的构成50
思考与练习51
第3章位置传感器在制造业中的应用53
3.1旋转位置传感器及应用53
3.1.1光电式旋转编码器53
3.1.2光电式旋转编码器的应用与注意事项55
3.1.3旋转变压器57
3.2感应同步器及应用58
3.2.1感应同步器的结构和种类58
3.2.2感应同步器数显表及其应用59
3.2.3感应同步器在镗床上的应用60
3.3光栅传感器及应用60
3.3.1光栅的类型与结构61
3.3.2莫尔条纹61
3.3.3直线光栅的安装与调整63
3.4磁栅传感器及应用65
3.4.1磁栅传感器的类型65
3.4.2磁栅传感器的原理66
3.4.3磁栅传感器的结构67
3.4.4磁栅传感器的组装68
3.5容栅传感器69
3.5.1容栅传感器的结构及工作原理69
3.5.2容栅传感器的特点70
3.6球同步器70
3.6.1球同步器的特点70
3.6.2球同步器的结构和原理71
3.7数显表与数显量具72
3.7.1数显表72
3.7.2数显量具74
3.8接近传感器及应用76
3.8.1接近传感器的类型与选用76
3.8.2常用接近传感器及其特性78
3.8.3接近式传感器的接线方式82
3.8.4接近传感器的参数检测83
3.9传感器在ＭＰＳ系统中的应用84
3.9.1工作站1中的来料检测传感器84
3.9.2工作站2中的材料检测传感器85
3.9.3工作站3中的多种传感器85
3.9.4工作站4中的位置传感器86
3.9.5工作站5中的光断续器86
3.10传感器在无损检测中的应用87
3.10.1超声波检测87
3.10.2红外无损检测技术88
思考与练习88
第4章力与运动学量传感器及应用90
4.1测力与称重90
4.1.1测力传感器及应用90
4.1.2扭矩测量及扭矩传感器91
4.1.3电子皮带秤93
4.1.4电子计价秤94
4.2运动学量传感器及应用95
4.2.1振动的测量95
4.2.2加速度传感器96
4.2.3多普勒效应测量线速度99
4.2.4转速测量100
思考与练习101
第5章压力、流量和物位传感器及应用102
5.1压力传感器及应用102
5.1.1压力的基本概念及单位
5.1.2常用压力传感器
5.1.3压力计的选择和使用
5.2流量传感器及应用
5.2.1流量及其测量方法
5.2.2流量传感器举例
5.2.3流量测量仪表的选用
5.3物位传感器及应用
5.3.1物位测量概述
5.3.2静压式液位计
5.3.3超声波物位传感器及应用
5.3.4微波物位传感器及应用
5.3.5电极式与电容式物位传感器
思考与练习
第6章温度传感器及应用
6.1温度与温标
6.2热电偶及应用
6.2.1热电偶的原理及种类
6.2.2热电偶的使用
6.3电阻式温度传感器及应用
6.3.1热电阻温度传感器及应用
6.3.2热敏电阻温度传感器及应用
6.4PN结和集成温度传感器及应用
6.4.1PN结温度传感器及其应用电路
6.4.2集成温度传感器
6.4.3集成温度传感器应用电路
6.4.4数字式集成温度传感器
6.5光纤温度传感器
思考与练习
第7章气体与湿度传感器及应用
7.1气体传感器及应用
7.1.1可检测气体的种类与性质
7.1.2气体传感器及其特性
7.1.3气体传感器应用举例
7.1.4空气质量检测
7.2湿度传感器及应用
7.2.1湿度的概念和检测方法
7.2.2湿度传感器的类型与特性
7.2.3湿度传感器的应用
7.2.4湿度检测与控制电路实例
思考与练习
第8章机器人传感器
8.1机器人自适应传感器
8.1.1机器人内部传感器
8.1.2机器人外部传感器
8.1.3机器人手爪传感器
8.2工业机器人传感器
8.2.1装配机器人传感器系统
8.2.2焊接机器人传感器系统
8.2.3管道内作业机器人传感器系统
8.3移动机器人传感器
8.3.1移动机器人实时避障传感器
8.3.2移动机器人导航系统
8.3.3移动机器人传感系统举例
8.4飞行机器人传感器
8.4.1飞行机器人姿态传感器
8.4.2飞行机器人惯性传感器
8.4.3天线伺服跟踪系统
8.5水下机器人传感器
8.5.1卢呐传感系统
8.5.2水声换能器
8.5.3超短基线定位系统
思考与练习
第9章汽车传感器
9.1汽车传感器的种类与特点
9.2汽车温度传感器
9.2.1热敏电阻式温度传感器的作用与检查
9.2.2其他类型的温度传感器的作用与检查
9.3汽车压力与流量传感器
9.3.1汽车压力传感器
9.3.2汽车流量传感器
9.4汽车气体传感器
9.4.1氧传感器的作用与检查
9.4.2稀薄混合气传感器
9.4.3宽域空燃比传感器
9.4.4烟尘浓度传感器
9.5汽车速度传感器
9.5.1汽车转速传感器
9.5.2汽车车速传感器
9.5.3汽车角速度传感器
9.6汽车加速度传感器
9.6.1爆燃传感器
9.6.2碰撞传感器
9.7汽车位置传感器
9.7.1节气门位置传感器
9.7.2车高与转向传感器
9.7.3液位传感器
9.7.4方位传感器
9.7.5曲轴和凸轮轴位置传感器
9.8汽车中其他传感器的应用
思考与练习
第10章传感器在安全防范中的应用
10.1传感器在防盗报警系统中的应用
10.1.1入侵探测和防盗报警系统概述
10.1.2红外入侵探测器
10.1.3超声波入侵探测器
10.1.4微波入侵探测器
10.1.5复合探测技术和防范报警系统
10.2传感器在火灾探测报警系统中的应用
10.2.1火灾的信息检测
10.2.2火灾探测器
10.2.3火灾探测器的安装
思考与练习
第11章传感器信号处理与抗干扰技术
11.1传感器信号的预处理方法
11.1.1开／关式传感器信号的预处理
11.1.2模拟脉冲式传感器信号的预处理
11.1.3模拟连续式传感器信号的预处理
11.1.4模拟频率式传感器信号的预处理
11.1.5数字式传感器信号的预处理
11.1.6相敏检波电路
11.2传感器的信号放大电路
11.2.1测量放大器
11.2.2集成仪表放大电路介绍
11.3传感器信号的补偿与标度变换
11.3.1传感器信号的温度补偿
11.3.2传感器信号的非线性补偿
11.3.3传感器的标度变换
11.4抗干扰技术
11.4.1干扰的来源及形式
11.4.2干扰的抑制技术
思考与练习
第12章传感器的接口技术
12.1传感器与微机的接口技术
12.1.1数据采集系统概述
12.1.2A—D转换器
12.1.3其他数据采集部件
12.1.4数据采集卡的应用
12.2传感器与PLC的连接
12.2.1接近传感器与PLC的连接
12.2.2旋转编码器与PLC的连接
12.2.3模拟量传感器与PLC的连接
12.3传感器与检测仪表的连接
12.3.1传感器与模拟式仪表的连接
12.3.2传感器与数字式仪表的连接
思考与练习
参考文献

本书第２版２００８年出版，被评为普通高等教育“十一五” 国家级规划教材、２００８年度普通高等教育国家精品教材，现已多次印刷，深受读者欢迎。近年来，随着我国产业转型升级，“中国制造”正沿着自动化和智能化道路向高端迈进，这对传感器及应用提出了更高的要求。因此，本次修订的宗旨是：进一步简化原理性内容、删除不常用及不便实施教学的内容，增加传感器应用于自动化和智能化领域的急需内容。本次修订具体说明如下。    １增加新内容本次修订增加了机器人传感器、旋转变压器、数字式集成温度传感器、数据采集卡的应用、传感器与ＰＬＣ的连接、接近传感器的接线方式及参数检测、空气质量检测（包括ＰＭ２５检测和甲醛检测）等知识，可适应社会需求。    ２调整结构１）新增机器人传感器列为第８章，因此本版总体结构调整为１２章。    ２）原第８章顺移为第９章，由于汽车传感器的作用与结构已形成系列化的专用传感器，因此本章章名改为“汽车传感器”。    ３）原第９章变为第１０章，删除了“传感器在家用电器中的应用” 相关内容，章名改为“传感器在安全防范中的应用”。    ４）原第１０章变为第１１章，章名改为“传感器信号处理与抗干扰技术”。    将原书１０４节“数据采集”相关内容移入第１２章。    ５）将原第１１章内容改写为“传感器与检测仪表的连接”，与原书１０４节“数据采集”和新增的“传感器与ＰＬＣ的连接”合为第１２章，章名为“传感器的接口技术”。    ６）将３１节改为“旋转位置传感器及应用”，内容包括“旋转变压器” 和“光电旋转编码器及应用”。第３章章名改为“位置传感器在制造业中的应用”。    ３删繁就简１）删除可通过网络查阅的器件参数表。    ２）删除了大量复杂的汽车传感器结构图及原理说明，突出了传感器对行车的影响及故障检测。    ３）删除了显示与调节仪表的原理，着重讲述传感器与仪表的连接方法。     Ⅳ  ４）突出高分子材料的电阻式和电容式湿度传感器，压缩了烧结型湿度传感器内容。    ５）删除了不常见的光电高温计和红外测温仪。    ６）对全书文字进一步斟酌修改，尽量做到言简意赅。    本次修订由王煜东主编，参阅了高国富、谢少荣、罗均编著的《机器人传感器及应用》网络版，李玉华、郭素娜、范乐、魏宏飞等提供了宝贵意见，在此一并表示感谢。    由于作者水平有限，书中难免存在缺点和不妥之处，恳请读者批评指正。    编  者