項目1 認(rèn)識傳感器 ........................................ 1
1.1 傳感器的定義、組成與分類 ....... 2
1.1.1 傳感器的定義 ........................ 2
1.1.2 傳感器的組成 ........................ 3
1.1.3 人體系統(tǒng)與機器系統(tǒng)的機能
對應(yīng)關(guān)系 ................................ 4
1.1.4 傳感器的分類 ........................ 4
1.1.5 傳感器的命名代號 ................ 7
1.2 了解傳感器的性能指標(biāo) ................ 7
1.2.1 傳感器的靜態(tài)特性 ................ 8
1.2.2 傳感器的動態(tài)特性 .............. 11
1.3 傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn) ................... 13
1.3.1 傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn) .......... 13
1.3.2 靜態(tài)標(biāo)定 .............................. 14
1.3.3 動態(tài)標(biāo)定 .............................. 15
1.4 認(rèn)識傳感技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展
趨勢 .................................................. 15
1.4.1 傳感技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀 .......... 15
1.4.2 傳感技術(shù)的發(fā)展趨勢 .......... 15
1.4.2 開發(fā)研制的新型傳感器 ...... 16
習(xí)題 ........................................................... 19
項目2 位移、速度、流量傳感器及其
應(yīng)用 .................................................. 20
2.1 參量型位移傳感器 ....................... 21
2.1.1 電阻式位移傳感器 .............. 21
2.1.2 電容式位移傳感器 .............. 24
2.1.3 電感式位移傳感器 .............. 26
2.1.4 感應(yīng)同步器 .......................... 29
2.2 光柵、磁柵位移傳感器 .............. 31
2.2.1 光柵位移傳感器 .................. 31
2.2.2 磁柵位移傳感器 .................. 33
2.3 速度、加速度傳感器 ................... 34
2.3.1 速度傳感器 .......................... 34
2.3.2 加速度傳感器 ...................... 42
2.4 物位流量流速傳感器 ................... 44
2.4.1 物位傳感器 .......................... 44
2.4.2 流量傳感器 .......................... 46
2.4.3 流速傳感器 .......................... 48
2.5 位移傳感器的應(yīng)用 ....................... 49
2.5.1 光電編碼器的位置測量
應(yīng)用 ...................................... 49
2.5.2 軸承間隙的檢測 .................. 50
2.5.3 太陽能熱水器的水位
報警器 .................................. 51
2.6 綜合實訓(xùn)：檢測互感式電感位移
傳感器螺管式差動變壓器
的性能 ............................................. 52
習(xí)題 ........................................................... 53
項目3 力學(xué)傳感器及其應(yīng)用 ..................... 54
3.1 測力傳感器 .................................... 55
3.1.1 變換力或壓力的彈性元件 .. 55
3.1.2 電阻應(yīng)變式測力傳感器 ...... 57
3.1.3 壓電式測力傳感器 .............. 60
3.1.4 壓磁式測力傳感器 .............. 62
3.2 扭矩傳感器 .................................... 63
3.2.1 電阻應(yīng)變式扭矩傳感器 ...... 64
3.2.2 磁致伸縮式扭矩傳感器 ...... 64
3.2.3 磁電式扭矩傳感器 .............. 65
3.2.4 電容式扭矩傳感器 .............. 65
3.2.5 光電式扭矩傳感器 .............. 66
3.2.6 鋼弦式扭矩傳感器 .............. 66
3.3 壓力傳感器 .................................... 66
3.3.1 電阻式壓力傳感器 .............. 67
3.3.2 電容式壓力傳感器 .............. 69
3.3.3 電感式壓力傳感器 .............. 70
3.3.4 霍爾式壓力傳感器 .............. 71
傳感器與檢測技術(shù)應(yīng)用（微課版）
2
3.3.5 壓電式壓力傳感器 .............. 73
3.4 力學(xué)傳感器的應(yīng)用 ....................... 74
3.4.1 壓差式液位傳感器 .............. 74
3.4.2 壓電式玻璃破碎報警器 ...... 75
3.4.3 指套式電子血壓計 .............. 75
3.4.4 高速定量分裝系統(tǒng) .............. 76
3.4.5 CL-YZ-320 型力敏
傳感器 .................................. 77
3.4.6 基于力 力矩傳感器的
機器人力控系統(tǒng) .................. 77
3.5 綜合實訓(xùn)：箔式應(yīng)變片及直流
電橋的原理和工作情況 ............... 79
習(xí)題 ........................................................... 82
項目4 溫度傳感器及其應(yīng)用 ..................... 83
4.1 熱電式溫度傳感器 ....................... 84
4.1.1 熱電偶的測溫原理 .............. 85
4.1.2 熱電偶的基本定律 .............. 86
4.1.3 熱電偶的材料和結(jié)構(gòu) .......... 88
4.1.4 熱電偶的冷端溫度補償 ...... 90
4.2 電阻式溫度傳感器 ....................... 90
4.2.1 金屬熱電阻式溫度
傳感器 .................................. 91
4.2.2 熱敏電阻式溫度傳感器 ...... 93
4.3 非接觸式溫度傳感器 ................... 95
4.3.1 全輻射式溫度傳感器 .......... 95
4.3.2 亮度式溫度傳感器 .............. 96
4.3.3 光電比色式溫度傳感器 ...... 97
4.4 半導(dǎo)體、集成溫度傳感器 .......... 98
4.4.1 半導(dǎo)體溫度傳感器 .............. 98
4.4.2 集成溫度傳感器 .................. 99
4.5 溫度傳感器的應(yīng)用 ..................... 100
4.5.1 雙金屬溫度傳感器的室溫
測量 .................................... 101
4.5.2 雙金屬溫度傳感器在電冰箱
中的應(yīng)用 ............................ 101
4.5.3 CPU 上的過熱報警器 ........ 102
4.5.4 熱敏電阻在空調(diào)器控制電路
中的應(yīng)用 ............................ 102
4.5.5 K 型熱電偶的測溫電路 ..... 103
4.5.6 集成溫度傳感器的應(yīng)用 .... 103
4.6 綜合實訓(xùn)：了解熱電偶的原理
及現(xiàn)象 ........................................... 106
習(xí)題 ......................................................... 107
項目5 氣敏傳感器、濕度傳感器及
其應(yīng)用 ............................................. 108
5.1 氣敏傳感器 .................................. 109
5.1.1 氣敏傳感器的分類 ............ 109
5.1.2 半導(dǎo)體式氣敏傳感器 ........ 110
5.1.3 接觸燃燒式氣敏傳感器 .... 114
5.1.4 固體電解質(zhì)式氣敏
傳感器 ................................ 114
5.1.5 紅外線吸收式氣敏
傳感器 ................................ 115
5.1.6 熱導(dǎo)率變化式氣敏
傳感器 ................................ 115
5.1.7 濕式氣敏傳感器 ................ 116
5.2 濕度傳感器 .................................. 116
5.2.1 濕度的定義 ........................ 117
5.2.2 濕度傳感器的分類及
特性 .................................... 117
5.2.3 電解質(zhì)型濕度傳感器 ........ 119
5.2.4 半導(dǎo)體陶瓷型濕度
傳感器 ................................ 120
5.2.5 有機高分子濕度傳感器 .... 122
5.2.6 單晶半導(dǎo)體型濕度
傳感器 ................................ 123
5.3 水分傳感器 .................................. 124
5.3.1 含水量的檢測方法 ............ 124
5.3.2 水分傳感器的工作原理 .... 126
5.3.3 水分傳感器的探頭結(jié)構(gòu) .... 126
5.3.4 電阻式水分計的原理 ........ 127
5.3.5 土壤水分傳感電路 ............ 127
5.4 氣敏傳感器和濕度傳感器的
應(yīng)用實例 ....................................... 128
5.4.1 氣敏電阻檢漏報警器 ........ 128
5.4.2 礦燈瓦斯報警器 ................ 128
5.4.3 半導(dǎo)體式煤氣傳感器 ........ 129
5.4.4 熱敏電阻式濕度傳感器 .... 129
目 錄
3
5.4.5 金屬氧化物陶瓷濕度
傳感器 ................................ 130
5.4.6 結(jié)露傳感器的應(yīng)用 ............ 131
5.5 綜合實訓(xùn)：氣敏傳感器實驗..... 132
習(xí)題 ......................................................... 133
項目6 光電傳感器及其應(yīng)用 ................... 134
6.1 光電效應(yīng)及光電器件 ................. 135
6.1.1 光電效應(yīng) ............................ 135
6.1.2 光電發(fā)射型光電器件 ........ 137
6.1.3 光導(dǎo)型光電器件 ................ 138
6.1.4 光伏型光電器件 ................ 141
6.1.5 光電耦合器 ........................ 142
6.2 紅外傳感器 .................................. 143
6.2.1 紅外線的特點 .................... 143
6.2.2 紅外線傳感器的類型 ........ 144
6.3 激光傳感器 .................................. 147
6.3.1 激光傳感器的分類 ............ 148
6.3.2 激光的產(chǎn)生 ........................ 149
6.3.3 激光的特性 ........................ 150
6.3.4 激光傳感器的應(yīng)用 ............ 150
6.4 光纖傳感器 .................................. 152
6.4.1 光纖傳感器的分類 ............ 152
6.4.2 光纖傳感器的結(jié)構(gòu)和傳光
原理 .................................... 153
6.4.3 光纖的主要參數(shù) ................ 153
6.4.4 常用光纖傳感器 ................ 154
6.5 光電傳感器應(yīng)用實例 ................. 156
6.5.1 自動照明燈 ........................ 156
6.5.2 光電式數(shù)字轉(zhuǎn)速表 ............ 156
6.5.3 手指光反射測量心率 ........ 157
6.5.4 條形碼掃描筆 .................... 157
6.5.5 激光傳感器的測距應(yīng)用 .... 158
6.6 綜合實訓(xùn)1：光電傳感器（反射
型）測轉(zhuǎn)速 .................................. 159
6.7 綜合實訓(xùn)2：光纖位移測量 .... 160
習(xí)題 ......................................................... 161
項目7 視覺傳感器及其應(yīng)用 ................... 162
7.1 光導(dǎo)視覺傳感器 ......................... 163
7.1.1 光導(dǎo)視覺傳感器的構(gòu)成 .... 163
7.1.2 光導(dǎo)視覺傳感器的成像
原理 .................................... 164
7.1.3 光導(dǎo)視覺傳感器與固態(tài)視覺
傳感器的比較 .................... 164
7.2 CCD 視覺傳感器 ......................... 165
7.2.1 CCD ..................................... 166
7.2.2 CCD 視覺傳感器的信號
傳遞 .................................... 167
7.2.3 CCD 視覺傳感器的結(jié)構(gòu) .... 168
7.2.4 CCD 彩色圖像傳感器 ........ 171
7.3 CMOS 視覺傳感器 ...................... 171
7.3.1 CCD 和CMOS 的比較 ....... 172
7.3.2 CMOS 型放大器的電路
結(jié)構(gòu) .................................... 173
7.3.3 CMOS 型光電轉(zhuǎn)換器件 ..... 174
7.3.4 CMOS 視覺傳感器的
結(jié)構(gòu) .................................... 175
7.3.5 CMOS 視覺傳感器的
特點 .................................... 176
7.4 人工視覺 ....................................... 176
7.4.1 人工視覺系統(tǒng)的硬件
構(gòu)成 .................................... 177
7.4.2 人工視覺的物體識別 ........ 177
7.4.3 新型人工視覺系統(tǒng)的
研究 .................................... 179
7.5 視覺傳感器應(yīng)用實例 ................. 181
7.5.1 數(shù)字?jǐn)z像機 ........................ 181
7.5.2 數(shù)字照像機 ........................ 184
7.6 綜合實訓(xùn)：視覺傳感器的
應(yīng)用光控開關(guān)設(shè)計實驗 ... 187
習(xí)題 ......................................................... 189
項目8 傳感器在機電一體化系統(tǒng)中的
應(yīng)用 ................................................ 190
8.1 傳感器在工業(yè)機器人中的
應(yīng)用 ................................................ 191
8.1.1 零位和極限位置的
檢測 .................................... 192
8.1.2 位移量的檢測 .................... 192
8.1.3 速度、加速度的檢測 ........ 193
傳感器與檢測技術(shù)應(yīng)用（微課版）
4
8.1.4 外部信息傳感器在電弧焊
工業(yè)機器人中的應(yīng)用 ........ 193
8.2 傳感器在數(shù)控機床與加工中心
中的應(yīng)用 ....................................... 194
8.2.1 傳感器在位置反饋系統(tǒng)中的
應(yīng)用 .................................... 195
8.2.2 傳感器在速度反饋系統(tǒng)中的
應(yīng)用 .................................... 196
8.3 傳感器在汽車機電一體化中的
應(yīng)用 ................................................ 196
8.3.1 汽車用傳感器 .................... 197
8.3.2 傳感器在發(fā)動機中的典型
應(yīng)用 .................................... 199
8.3.3 傳感器在汽車空調(diào)系統(tǒng)中的
應(yīng)用 .................................... 201
8.3.4 傳感器在公路交通系統(tǒng)中的
應(yīng)用 .................................... 203
8.4 傳感器在家用電器中的應(yīng)用 .... 204
8.4.1 電子灶的濕度傳感器
控制 .................................... 205
8.4.2 電子灶的氣體傳感器
控制 .................................... 206
8.4.3 電子灶的溫度傳感器
控制 .................................... 206
習(xí)題 ......................................................... 207
參考文獻 .......................................................... 208