传感器原理与应用

项目一 传感器理论基础 1 任务一 认识传感器 1 1.1 传感器的定义与组成 2 1.1.1 传感器的定义 2 1.1.2 传感器的组成 2 1.2 传感器的分类 3 1.3 传感器的地位和作用 4 1.3.1 传感器的地位 4 1.3.2 传感器的作用 4 1.4 传感器技术的发展趋势 5 课后思考 6 任务二 了解传感器的一般特性 7 1.5 传感器的静态特性 7 1.5.1 传感器静态特性的数学模型 7 1.5.2 传感器的静态特性指标 8 1.6 传感器的动态特性 12 1.6.1 传感器动态特性的基本概念 12 1.6.2 传感器动态特性的数学模型 13 1.6.3 传感器的动态特性指标 14 课后思考 16 项目二 基于电阻式传感器的动作检测 17 任务三 利用拇指摇杆实现动作检测 17 2.1 电阻应变式传感器的工作原理 18 2.1.1 电阻式传感器概述 18 2.1.2 电阻应变效应 18 2.1.3 电阻应变片的结构和分类 19 2.1.4 电阻应变片的特性参数 22 2.2 电阻应变式传感器的测量电路 24 2.2.1 电桥电路 25 2.2.2 典型测量电路 26 2.2.3 温度误差及其补偿方法 30 2.3 电阻应变式传感器的验证实验 32 2.3.1 实验概述 32 2.3.2 实验实施 33 2.4 电阻应变式传感器的应用发展 36 2.4.1 应变式测力传感器 37 2.4.2 应变式压力传感器 38 2.4.3 应变式位移传感器 38 2.4.4 应变式扭矩传感器 39 2.5 拇指摇杆的创新实践 40 2.5.1 实践概述 40 2.5.2 硬件连接 40 2.5.3 软件编程 41 2.6 压阻式传感器的工作原理 41 2.6.1 压阻式传感器的原理 41 2.6.2 压阻式传感器的结构 42 2.6.3 压阻式传感器的温度误差及补偿 43 2.7 压阻式传感器的应用发展 44 2.7.1 压阻式压力传感器 44 2.7.2 压阻式液位传感器 44 2.7.3 压阻式加速度传感器 45 课后思考 46 项目三 基于电容式/压电式传感器的身份识别 47 任务四 基于电容式传感器进行指纹识别 48 3.1 电容式传感器的工作原理 48 3.1.1 电容式传感器概述 48 3.1.2 电容式传感器的工作原理及分类 48 3.2 电容式传感器的等效电路和测量电路 55 3.2.1 电容式传感器的等效电路 55 3.2.2 电容式传感器的测量电路 56 3.3 电容式传感器的验证实验 61 3.3.1 实验概述 61 3.3.2 实验实施 61 3.4 电容式传感器的应用发展 64 3.4.1 电容式液位传感器 64 3.4.2 电容式压力传感器 64 3.4.3 电容式加速度传感器 66 3.4.4 电容式位移传感器 67 3.4.5 电容式指纹传感器 68 3.5 指纹识别的创新实践 68 3.5.1 实践概述 68 3.5.2 硬件连接 69 3.5.3 软件编程 69 课后思考 69 任务五 基于压电式传感器进行声音识别 70 3.6 压电式传感器的工作原理 70 3.6.1 压电式传感器概述 70 3.6.2 压电效应 70 3.7 压电式传感器的等效电路和测量电路 75 3.7.1 压电式传感器的等效电路 75 3.7.2 压电式传感器的测量电路 76 3.7.3 压电元件的连接 79 3.8 压电式传感器的验证实验 80 3.8.1 实验概述 80 3.8.2 实验实施 80 3.9 压电式传感器的应用发展 81 3.9.1 压电式测力传感器 82 3.9.2 压电式加速度传感器 82 3.9.3 压电式声音传感器 83 3.9.4 新型压电材料的应用 83 3.10 声音识别的创新实践 85 3.10.1 实践概述 85 3.10.2 硬件连接 86 3.10.3 软件编程 87 课后思考 87 项目四 基于超声波/电感式传感器的距离检测 88 任务六 应用超声波传感器进行测距 89 4.1 超声波传感器的工作原理 89 4.1.1 超声波的基本概念及特性 89 4.1.2 压电式超声波传感器的工作原理 91 4.2 超声波传感器的验证实验 92 4.2.1 实验概述 92 4.2.2 实验实施 92 4.3 超声波传感器的应用发展 93 4.3.1 超声波测厚度 93 4.3.2 超声波测物位 94 4.3.3 超声波测流量 96 4.3.4 超声波探伤 98 4.3.5 超声波指纹识别 100 4.4 倒车雷达的创新实践 100 4.4.1 实践概述 100 4.4.2 硬件连接 101 4.4.3 软件编程 101 课后思考 101 任务七 应用电感式传感器实现物料分选 102 4.5 自感式传感器 102 4.5.1 自感式传感器的工作原理 102 4.5.2 自感式传感器的测量电路 107 4.5.3 自感式传感器的应用发展 109 4.6 差动变压器式传感器 111 4.6.1 差动变压器式传感器的工作原理 111 4.6.2 差动变压器式传感器的测量电路 118 4.6.3 差动变压器式传感器的应用发展 119 4.7 电感式传感器的验证实验 121 4.7.1 实验概述 121 4.7.2 实验实施 121 4.8 电涡流式传感器 123 4.8.1 电涡流式传感器的工作原理 123 4.8.2 电涡流式传感器的测量电路 125 4.8.3 电涡流式传感器的应用发展 126 4.9 物料分选的创新实践 127 4.9.1 实践概述 127 4.9.2 硬件连接 128 4.9.3 软件编程 128 课后思考 128 项目五 基于霍尔传感器的电和磁检测 129 任务八 应用霍尔开关控制点火 129 5.1 霍尔传感器的工作原理 130 5.1.1 霍尔传感器概述 130 5.1.2 霍尔效应 130 5.1.3 霍尔元件的工作原理 130 5.1.4 霍尔元件 131 5.2 霍尔传感器的测量电路及误差分析 133 5.2.1 霍尔传感器的测量电路 133 5.2.2 霍尔传感器的误差分析 133 5.3 霍尔传感器的验证实验 135 5.3.1 实验概述 135 5.3.2 实验实施 136 5.4 霍尔传感器的应用发展 137 5.4.1 霍尔微位移传感器 137 5.4.2 霍尔压力传感器 138 5.4.3 霍尔转速传感器 138 5.4.4 霍尔式汽车无触点点火装置 140 5.5 霍尔开关的创新实践 141 5.5.1 实践概述 141 5.5.2 硬件连接 141 5.5.3 软件编程 142 课后思考 142 项目六 基于光电式传感器的光线检测 143 任务九 应用光电式传感器追踪移动物体 143 6.1 光电式传感器的工作原理 144 6.1.1 光电式传感器概述 144 6.1.2 光电效应 144 6.1.3 光电器件 146 6.2 光电式传感器的类型及测量电路 160 6.2.1 光电式传感器的类型 160 6.2.2 光电式传感器的测量电路 161 6.3 光电式传感器的验证实验 163 6.3.1 实验概述 163 6.3.2 实验实施 163 6.4 光电式传感器的应用发展 164 6.4.1 光电耦合器 164 6.4.2 光电式浊度计 165 6.4.3 光电式带材跑偏检测器 166 6.4.4 光电式数字转速表 167 6.4.5 包装填充物高度检测 168 6.4.6 条形码扫描笔 168 6.5 追踪移动物体的创新实践 169 6.5.1 实践概述 169 6.5.2 硬件连接 169 6.5.3 软件编程 170 课后思考 170 项目七 基于温度/湿敏传感器的温度和湿度检测 171 任务十 应用温度传感器实现高温报警 172 7.1 温度传感器概述 172 7.1.1 温度 172 7.1.2 温标 172 7.1.3 温度传感器的类型及其特点 175 7.2 金属热电阻 176 7.2.1 热电阻温度传感器概述 176 7.2.2 金属热电阻的工作原理 176 7.2.3 金属热电阻的测量电路 179 7.3 温度传感器的验证实验 181 7.3.1 实验概述 181 7.3.2 实验实施 181 7.4 热敏电阻 184 7.4.1 热敏电阻的工作原理 184 7.4.2 热敏电阻的特性 185 7.5 热电偶 186 7.5.1 热电偶概述 186 7.5.2 热电偶的工作原理 186 7.5.3 热电偶的基本定律 189 7.5.4 热电偶的结构和分类 190 7.5.5 热电偶的冷端温度补偿 193 7.6 温度传感器的应用发展 195 7.6.1 热电偶熄火保护装置 195 7.6.2 谷物温度测量仪 196 7.7 高温报警的创新实践 197 7.7.1 实践概述 197 7.7.2 硬件连接 197 7.7.3 软件编程 198 课后思考 198 任务十一 应用湿敏传感器实现智能浇花 198 7.8 湿敏传感器的工作原理 199 7.8.1 湿敏传感器概述 199 7.8.2 湿敏传感器的工作原理 200 7.9 湿敏传感器的验证实验 207 7.9.1 实验概述 207 7.9.2 实验实施 208 7.10 湿敏传感器的应用发展 209 7.10.1 汽车后窗玻璃自动去湿装置 209 7.10.2 高湿度显示仪 210 7.11 智能浇花的创新实践 210 7.11.1 实践概述 210 7.11.2 硬件连接 211 7.11.3 软件编程 212 课后思考 212 项目八 基于气敏传感器的烟雾和气体检测 213 任务十二 应用气敏传感器实现烟雾报警 213 8.1 气敏传感器的工作原理 214 8.1.1 气敏传感器概述 214 8.1.2 电阻式半导体气敏传感器的工作原理 216 8.2 气敏传感器的验证实验 219 8.2.1 实验概述 219 8.2.2 实验实施 220 8.3 气敏传感器的应用发展 221 8.3.1 煤气报警器 221 8.3.2 酒精测试器 221 8.3.3 便携式矿井瓦斯超限报警器 222 8.4 烟雾报警器的创新实践 222 8.4.1 实践概述 222 8.4.2 硬件连接 223 8.4.3 软件编程 223 课后思考 223 参考文献 224