光电传感器及其应用

副标题:无

作   者:何勇,王生泽编著

分类号:

ISBN:9787502554941

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简介

  传感器是获取信息的工具,它涉及整个科学技术、国防、航空、航天、交通运输、能源、机械、石油、化工、轻工、纺织等工业部门和环境保护、生物医学工程等和日常生活的各个领域,是现代信息技术的重要支柱技术之一。本书较为详细地阐述和分析了光电传感器的原理、特点和作用,介绍了传感器的研究状态以及应用情况,并给出了其在许多领域的应用实例。    本书可供希望了解或使用光电传感器的工程技术人员阅读,也可供高等工科院校有关的研究生和本科学生作为教材和学习的参考书使用。                     序          光机电一体化是激光技术、微电子技术、计算机技术、信息技术与机械技术的相互交叉与融合,是诸多高新技术产业和高新技术装备的基础。它包括产品和技术两方面:光机电一体化产品是集光学、机械、微电子、自动控制和通讯技术于一体的高科技产品,具有很高的功能和附加值;光机电一体化技术是指其技术原理和使光机电一体化产品得以实现、使用和发展的技术。    目前,国际上产业结构的调整使得各个行业不断融合和协调发展。作为光学、机械与电子相结合的复合产业,光机电一体化以其特有的技术带动性、融合性和普适性,受到了国内外科技界、企业界和政府部门的特别关注, 它将在提升传统产业的过程中,带来高度的创新性、渗透性和增值性,成为未来制造业的支柱,被誉为21世纪最具魅力的朝阳产业。我国已经将发展光机电一体化技术列为重点高新科技发展项目,北京市政府也于2001年7月23日批准正式成立了北京市光机电一体化产业基地,预计到2010年,北京市光机电一体化产业总产值将达到336亿元。    随着光机电一体化技术的不断发展,各个行业的技术人员对其兴趣和需求也与日俱增。但到目前为止, 国内还鲜有将光机电一体化技术作为一个整体技术门类来介绍和论述的书籍,这与其方兴未艾的发展势头形成了巨大反差。有鉴于此, 由北方工业大学、东华大学、华中科技大学和上海交通大学联合编写光机电一体化丛书, 旨在适时推出一套光机电一体化技术基本知识和应用实例的科技丛书,满足科研设计单位、企业及高等院校的科研和教学的需求,为有关技术人员在开发光机电一体化产品时,提供从产品造型、功能、结构、材料、传感测量到控制等诸方面有价值的参考素材。    本丛书共十本,包括《光机电一体化实用技术》、《现代数控机床》、《光机电一体化系统设计》、《智能机器人》、《光机电一体化技术产品实例》、《楼宇设备自动化技术》、《关节型机器人》、《微机电系统设计与制造》、《激光在加工和检测中的应用》、《光电传感器及其应用》。自2003年8月起陆续出版发行。    丛书的基本特点, 一是内容新颖,力求及时地反映光机电一体化技术在国内外的最新进展和作者的有关研究成果;二是系统全面,丛书分门别类地归纳总结了光机电一体化技术的基本理论和在国民经济各个领域的应用实例,重点介绍了光机电一体化技术的工程应用方法和实现方法,许多内容,如楼宇自动门的专门论述, 尚属国内首次; 三是深入浅出,每本书重点突出,注重理论联系实际。既有一定的理论深度,又偏重实用性,力求满足不同层次读者的需求,适合工程技术人员阅读和高校机械类专业教学的需要。    由于本丛书涉及内容广泛,相关技术发展迅速,加之作者水平有限, 时间紧促,书中错误和不妥在所难免,恳请专家、学者和读者不吝指教为盼!   《光机电一体化丛书》编辑委员会    2003年5月于北京    .                    前言          没有传感器技术就没有"现代科学技术"的观点已为全世界所公认。传感器技术是关于传感器及其敏感元件与材料的一门综合型技术。随着光机电一体化技术的发展,作为各种信息的感知、采集、转换、测试中不可缺少的重要技术工具,传感器技术的应用已遍及国防、航空、航天、交通运输、能源、机械、石油、化工、轻工、纺织等工业部门和环境保护、生物医学工程等和日常生活的各个领域。现代社会已步入信息时代,传感器技术、计算机技术与信息技术一起已成为支撑整个现代信息产业的三大支柱。如果没有高度侏真和性能可靠的传感器及其应用技术,那么信息的准确获取就成了一句空话,信息技术和计算机技术也就成了无源之水。本书论述了光电传感器的原理、特点和作用,介绍了传感器的研究状态以及应用情况,并给出了其在许多领域的应用实例。    本书是《光机电一体化丛书》的一册,全书共分14章,第1章对传感器的定义、构成、分类、作用以及发展趋势进行了阐述;第2章较为详细地讨论了电阻应变式传感器的原理、测量电路及其应用; 第3章对电容式传感器原理以及应用进行阐述;第4章介绍了电感式传感器原理、等效电路的分析和应用实例;第5章对压电式传感器原理和应用进行了阐述; 第6章对磁敏传感器的原理和应用范围进行了讨论; 第7章简要地介绍了磁电式传感的原理以及应用;第8章主要介绍了温度传感器的原理、特点以及应用; 第9章讨论了光学传感器原理、性能与特点;第10章扼要介绍了光栅传感器性能、特点以及应用; 第11章重点论述了光电式传感器原理、特点和应用; 第12章对光纤传感器的原理、基本构成和主要调制技术进行了系统介绍,并列举了应用实例; 第13章主要介绍了红外传感器原理以及在工业和军事上的应用; 第14章阐述了固态图像传感器的原理、特点以及在工业上的应用。    本书的特色是较全面地论述了光电传感器的原理和实际应用,可供希望了解或使用光电传感器的工程技术人员阅读,也可供高等工科院校有关专业的研究生和本科学生作为教材和参考书使用。    本书的编写过程中,作者参阅和引用了大量书籍、期刊以及技术资料,可以说没有这些论著及文献,本书是不可能完成的。在此对有关作者表示衷心的感谢,对他们的辛勤工作表示崇高的敬意。对于有些遗漏、未能列出的文献和资料;编者向其作者表示诚挚的感谢。    本书编写过程中, 刁岩斌、董毅、 肖强、成玲、胡佳豪、滕兵、张良春、范岩、任华建参与了资料收集、绘图、制表和文字校对工作;李恩光副教授、马小健副教授、丁彩红副教授、陈家新博士、诸龙根老师和徐青老师给予大力协助,在此,编者一一向他们表示感谢。    由于编者学识水平有限,成书时间仓促,书中肯定存在一些错误和不恰当之处, 恳请广大读者给予批评指正。    编 者    2004年3月      

目录

第1章绪论 10页
1.1概述 10页
1.2传感器在科学技术领域中的重要性 11页
1.3传感器的分类 11页
1.4传感器的基本性能 12页
1.5传感器技术的发展趋势 13页
第2章电阻应变式传感器 15页
2.1电阻应变式传感器的工作原理 15页
2.1.1基本原理 15页
2.1.2金属材料与半导体材料的应变效应 16页
2.2电阻应变片的结构与分类 18页
2.3电阻应变片的特性 19页
2.3.1静态特性 19页
2.3.2动态特性 21页
2.4电阻应变片的变换电路 23页
2.4.1直流电桥的原理与平衡条件 23页
2.4.2电压灵敏度与对称电桥 24页
2.4.3电桥的分析 25页
2.4.4非线性误差及其补偿 27页
2.4.5交流电桥平衡的原理与条件 28页
2.4.5.1输出电压及平衡条件 28页
2.4.5.2交流电桥的输出特性及零位平衡 29页
2.5电阻应变式传感器 31页
2.5.1电阻应变式力传感器 31页
2.5.1.1柱式力传感器 31页
2.5.1.2梁式力传感器 33页
2.5.2电阻应变式压力传感器 34页
2.5.3电阻应变式加速度传感器 38页
2.6电阻应变式传感器的应用 38页
2.6.1平面膜片式压力传感器应用 38页
2.6.2电阻应变片在轧制力检测中的应用 39页
2.6.3应变传感器在衡器中的应用 40页
第3章电容式传感器 43页
3.1电容式传感器的工作原理 43页
3.1.1工作原理 43页
3.1.2平行板电容式传感器的工作方式 43页
3.2电容式传感器的信号变换电路 48页
3.2.1交流不平衡电桥 49页
3.2.2二极管环形检波电路 51页
3.2.3差动脉冲宽度调制电路 52页
3.2.4运算放大器测量电路 54页
3.3电容式传感器的应用 56页
3.3.1电容式差压变送器 56页
3.3.2膜片电极式压力传感器 57页
3.3.3电容式测微仪 59页
3.3.4电容式液位计 59页
3.3.5电容测厚仪 62页
3.3.6利用电容量变化效应的温度传感器 63页
第4章电感式传感器 64页
4.1变气隙自感式传感器的工作原理 64页
4.2变气隙自感式传感器的等效电路 66页
4.2.1等效电路 66页
4.2.2等效电路的分析 66页
4.3开磁路螺线管式电感传感器 68页
4.4开磁路差动式电感传感器 70页
4.5电感式传感器的信号变换电路 71页
4.6互感式电感传感器 74页
4.7电涡流式传感器 76页
4.7.1高频反射式涡流传感器 76页
4.7.2低频透射式电涡流传感器 78页
4.7.3电涡流式传感器的测量电路 80页
4.8电感式传感器的应用 82页
4.8.1变磁阻式传感器的应用 82页
4.8.2电涡流式传感器的应用 86页
第5章压电式传感器 89页
5.1压电式传感器的工作原理 89页
5.1.1压电效应 89页
5.1.2压电常数和表面电荷的计算 91页
5.2压电材料 93页
5.2.1压电晶体 93页
5.2.2压电陶瓷 93页
5.3压电式传感器的等效电路 94页
5.4压电式传感器的信号调节电路 96页
5.4.1电压放大器 (阻抗变换器) 96页
5.4.2电荷放大器 99页
5.5压电式加速度传感器 100页
5.5.1工作原理 100页
5.5.2灵敏度 101页
5.5.3频率特性 101页
5.5.4压电式加速度传感器的结构 103页
5.6压电式测力传感器 104页
5.7压电式传感器的应用 105页
第6章磁敏传感器 107页
6.1霍尔传感器 107页
6.1.1霍尔效应 107页
6.1.2霍尔元件 108页
6.1.3霍尔元件的应用 109页
6.2集成霍尔传感器 113页
6.3磁敏电阻 115页
6.3.1磁敏电阻的工作原理与特性 115页
6.3.2磁敏电阻基本应用电路 116页
6.4磁敏二极管和磁敏三极管 118页
6.4.1磁敏二极管的结构和工作原理 118页
6.4.2磁敏三极管的结构和工作原理 121页
6.5磁敏式传感器应用 123页
第7章磁电式传感器 128页
7.1磁电式传感器的工作原理 128页
7.2动圈式磁电传感器 128页
7.2.1动圈式磁电传感器工作原理 128页
7.2.2动圈式磁电传感器结构 129页
7.2.3信号变换电路 130页
7.3磁阻式磁电传感器 130页
7.3.1工作原理 130页
7.3.2转速脉冲变换电路 131页
7.4磁电式传感器的频率响应特性 132页
7.5磁电式传感器的应用 133页
7.5.1磁电式振动速度传感器 133页
7.5.2磁电式转速传感器 134页
7.5.3磁电式扭矩仪 134页
7.5.4机载振动检测系统 134页
第8章温度传感器 136页
8.1热电偶 136页
8.1.1热电偶的基本原理 136页
8.1.2热电偶的结构与类型 140页
8.1.3热电偶的冷端温度补偿 141页
8.1.4热电偶实用测温电路 143页
8.2热电阻传感器 145页
8.2.1金属热电阻 145页
8.2.2热电阻的测量电路 146页
8.3半导体热敏电阻 146页
8.3.1热敏电阻的主要特性 147页
8.3.2热敏电阻的应用 149页
8.4晶体管和集成温度传感器 153页
8.4.1晶体管温度传感器 153页
8.4.2集成温度传感器 154页
第9章光学传感器 158页
9.1光学传感器类型以及特性参数 158页
9.1.1光学传感器类型 158页
9.1.2光学传感器的特性参数 158页
9.2光学传感器用光源 159页
9.2.1激光光源 160页
9.2.1.1半导体激光器 160页
9.2.1.2气体激光器 162页
9.2.2发光二极管 (LED) 162页
9.2.3普通光源 164页
9.3半导体色敏光学传感器 164页
9.3.1色敏传感系统与色度学基础 164页
9.3.2半导体色敏传感器 166页
9.4集成光学传感器 168页
9.4.1光波导原理 168页
9.4.2平面波导传感器 172页
9.4.2.1致密型波导集成光学传感器 172页
9.4.2.2多微孔波导集成光学传感器 175页
9.4.3马赫苍蟮赂缮嫘图成光学传感器 176页
9.4.4迈克耳逊干涉型集成光学传感器 177页
第10章光栅传感器 178页
10.1计量光栅的基本原理 178页
10.1.1光栅 178页
10.1.2光栅的种类 178页
10.1.3莫尔条纹 179页
10.2光栅传感器的工作原理 183页
10.2.1莫尔条纹测量位移原理 183页
10.2.2辨向原理 185页
10.3莫尔条纹细分原理 186页
10.3.1光栅细分的方法 186页
10.3.2直接细分 186页
10.3.3细分电桥基本原理 188页
10.4光栅传感器的应用 190页
第11章光电式传感器 192页
11.1光电导传感器 192页
11.1.1光敏电阻的特性 192页
11.1.2光敏电阻的偏置电路 196页
11.2光生伏特传感器 197页
11.2.1光电池 198页
11.2.2硅光电二极管 199页
11.2.3硅光电三极管 202页
11.2.4光电场效应管 203页
11.3光电发射器件 204页
11.3.1光电管 204页
11.3.2真空光电倍增管的基本工作原理 205页
11.3.3光电倍增管的倍增极 206页
11.3.4光电倍增管的基本特性 207页
11.4光电式传感器的应用 210页
11.4.1模拟式光电传感器的应用 210页
11.4.2脉冲式光电传感器的应用 212页
第12章光纤传感器 213页
12.1光学纤维的结构和基本原理 213页
12.2光强度调制型光纤传感器 215页
12.2.1微弯效应的光强度调制技术 216页
12.2.2光强度的外调制技术 220页
12.2.3强度调制型光纤传感器 223页
12.3相位调制型光纤传感器 231页
12.3.1光纤光波干涉技术 231页
12.3.2光纤干涉仪 233页
12.3.3光波相位调制型光纤传感器 235页
12.4光波偏振调制型光纤传感器 238页
12.4.1光波偏振调制型光纤传感器的工作原理 238页
12.4.2光纤电磁参量传感器 240页
第13章红外传感器 244页
13.1红外传感系统和光学系统 245页
13.1.1红外传感系统 245页
13.1.2红外光学系统 245页
13.2红外传感器 246页
13.2.1热传感器 246页
13.2.2光子红外传感器 256页
13.3红外测温 258页
13.3.1红外测温的特点 258页
13.3.2红外测温原理 258页
13.3.3红外测温仪 258页
13.4红外成像 259页
13.4.1红外成像原理 259页
13.4.2红外成像仪 261页
13.5红外分析仪 262页
13.6红外无损检测 263页
13.6.1焊接缺陷的无损检测 263页
13.6.2铸件内部缺陷探测 264页
13.6.3疲劳裂纹探测 264页
13.7红外探测技术在军事上的应用 264页
13.7.1红外侦察 265页
13.7.2红外雷达 265页
第14章固态图像传感器 266页
14.1CCD 的基本结构和工作原理 267页
14.1.1CCD 的基本结构 267页
14.1.2MOS的工作原理 267页
14.1.3CCD 电荷的产生和输出 269页
14.2CCD 图像传感器 271页
14.2.1线型固态图像传感器 271页
14.2.2面型固态图像传感器 274页
14.3CCD 图像传感器的主要特性 280页
14.4红外固态图像传感器 284页
14.4.1引言 284页
14.4.2混合式IR睠CD 传感器 284页
14.4.3单片集成式IR睠CD 传感器 285页
14.5微光 CCD 像传感器 286页
14.6固态图像传感器的应用 287页
14.6.1固态图像传感器输出的特点 287页
14.6.2尺寸测量 287页
14.6.3图像处理装置 289页
参考文献 291页

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光电传感器及其应用
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