本書介紹傳感器的基本知識、傳感器組成與分類、傳感器的材料及特性、傳感器標定與校準、傳感檢測
技術的作用和發(fā)展，重點講解位移、力學、溫度、氣敏、濕度、光電、視覺等方面的傳感器的工作原理與應
用方法，對傳感器檢測的輸出信號處理、傳感器與微機的接口、傳感器網絡進行詳細敘述。本書還包含根據
工學結合課程的教學安排編寫的綜合實訓。本書共8 個項目，每個項目前均有知識目標、能力目標和項目導
讀，項目后均附有習題。
本書選材廣泛、圖文并茂、層次分明、條理清晰、結構合理、重點突出、深入淺出、通俗易懂，通過大
量的傳感器實例分析和綜合實訓來幫助讀者理解傳感器的工作原理。
本書深度適宜、實用性強，可作為高職院校機電一體化及相關專業(yè)的教學用書，也可作為相關專業(yè)培訓
教材或相關工程技術人員的參考用書。
（1）以二維碼形式嵌入帶動畫視頻的微課版創(chuàng)新教材，具有一定的創(chuàng)新性。
（2）對教材內容進行調整，更加適應教學需求。降低理論深度，強化實訓環(huán)節(jié)。
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（4）精選實例，典型生動。
（5）靈活采用生動活潑的小欄目，增加知識性和趣味性。
2018年湖北省職業(yè)院校技能大賽高職組現代電氣控制系統(tǒng)安裝與調試賽項一等獎和二等獎各一項（指導教師），2019年第十三屆西門子杯中國智能制造挑戰(zhàn)賽高職組離散行業(yè)運動控制賽項全國初賽二等獎（指導教師），主持國家實用新型專利三項，計算機軟件著作權兩項。
主編參編教材《可編程控制器（西門子系統(tǒng)）實訓教程》等多部教材 ，在國內外各類期刊發(fā)表論文10余篇。
項目1 認識傳感器 ........................................ 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
對應關系 ................................ 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 ................ 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 傳感器的標定與校準 ................... 13
1.3.1 傳感器的標定與校準 .......... 13
1.3.2 靜態(tài)標定 .............................. 14
1.3.3 動態(tài)標定 .............................. 15
1.4 認識傳感技術的現狀和發(fā)展
趨勢 .................................................. 15
1.4.1 傳感技術的應用現狀 .......... 15
1.4.2 傳感技術的發(fā)展趨勢 .......... 15
1.4.2 開發(fā)研制的新型傳感器 ...... 16
習題 ........................................................... 19
項目2 位移、速度、流量傳感器及其
應用 .................................................. 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 位移傳感器的應用 ....................... 49
2.5.1 光電編碼器的位置測量
應用 ...................................... 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：檢測互感式電感位移
傳感器螺管式差動變壓器
的性能 ............................................. 52
習題 ........................................................... 53
項目3 力學傳感器及其應用 ..................... 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
傳感器與檢測技術應用（微課版）
2
3.3.5 壓電式壓力傳感器 .............. 73
3.4 力學傳感器的應用 ....................... 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：箔式應變片及直流
電橋的原理和工作情況 ............... 79
習題 ........................................................... 82
項目4 溫度傳感器及其應用 ..................... 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 熱電偶的材料和結構 .......... 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 半導體、集成溫度傳感器 .......... 98
4.4.1 半導體溫度傳感器 .............. 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
中的應用 ............................ 101
4.5.3 CPU 上的過熱報警器 ........ 102
4.5.4 熱敏電阻在空調器控制電路
中的應用 ............................ 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用 .... 103
4.6 綜合實訓：了解熱電偶的原理
及現象 ........................................... 106
習題 ......................................................... 107
項目5 氣敏傳感器、濕度傳感器及
其應用 ............................................. 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 電解質型濕度傳感器 ........ 119
5.2.4 半導體陶瓷型濕度
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構 .... 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 結露傳感器的應用 ............ 131
5.5 綜合實訓：氣敏傳感器實驗..... 132
習題 ......................................................... 133
項目6 光電傳感器及其應用 ................... 134
6.1 光電效應及光電器件 ................. 135
6.1.1 光電效應 ............................ 135
6.1.2 光電發(fā)射型光電器件 ........ 137
6.1.3 光導型光電器件 ................ 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 激光的產生 ........................ 149
6.3.3 激光的特性 ........................ 150
6.3.4 激光傳感器的應用 ............ 150
6.4 光纖傳感器 .................................. 152
6.4.1 光纖傳感器的分類 ............ 152
6.4.2 光纖傳感器的結構和傳光
原理 .................................... 153
6.4.3 光纖的主要參數 ................ 153
6.4.4 常用光纖傳感器 ................ 154
6.5 光電傳感器應用實例 ................. 156
6.5.1 自動照明燈 ........................ 156
6.5.2 光電式數字轉速表 ............ 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用 .... 158
6.6 綜合實訓1：光電傳感器（反射
型）測轉速 .................................. 159
6.7 綜合實訓2：光纖位移測量 .... 160
習題 ......................................................... 161
項目7 視覺傳感器及其應用 ................... 162
7.1 光導視覺傳感器 ......................... 163
7.1.1 光導視覺傳感器的構成 .... 163
7.1.2 光導視覺傳感器的成像
原理 .................................... 164
7.1.3 光導視覺傳感器與固態(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 視覺傳感器的結構 .... 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
結構 .................................... 173
7.3.3 CMOS 型光電轉換器件 ..... 174
7.3.4 CMOS 視覺傳感器的
結構 .................................... 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 視覺傳感器應用實例 ................. 181
7.5.1 數字攝像機 ........................ 181
7.5.2 數字照像機 ........................ 184
7.6 綜合實訓：視覺傳感器的
應用光控開關設計實驗 ... 187
習題 ......................................................... 189
項目8 傳感器在機電一體化系統(tǒng)中的
應用 ................................................ 190
8.1 傳感器在工業(yè)機器人中的
應用 ................................................ 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
傳感器與檢測技術應用（微課版）
4
8.1.4 外部信息傳感器在電弧焊
工業(yè)機器人中的應用 ........ 193
8.2 傳感器在數控機床與加工中心
中的應用 ....................................... 194
8.2.1 傳感器在位置反饋系統(tǒng)中的
應用 .................................... 195
8.2.2 傳感器在速度反饋系統(tǒng)中的
應用 .................................... 196
8.3 傳感器在汽車機電一體化中的
應用 ................................................ 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
應用 .................................... 199
8.3.3 傳感器在汽車空調系統(tǒng)中的
應用 .................................... 201
8.3.4 傳感器在公路交通系統(tǒng)中的
應用 .................................... 203
8.4 傳感器在家用電器中的應用 .... 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
習題 ......................................................... 207
參考文獻 .......................................................... 208
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