电子元器件实用手册 传感器篇 2017年版

电子元器件实用手册 传感器篇
作者： （美）Charles Platt，Fredrik Jansson
出版时间： 2017年版
丛编项： 爱上制作
内容简介
　　本书介绍常用电子元器件的基本信息、工作原理、使用方法、参数、注意事项等，便于初学者查找相关元器件的应用方式，本卷侧重于介绍传感器，包括GPS、磁力计、红外传感器、倾斜传感器等。作为电子元件工具书介绍它们的经典用途的同时，本书又以DIY的新角度介绍如何在项目中使用这些电子元件，可以为制作爱好者提供准确的信息，甚至当作一部工具书来使用。
目录
1　GPS　1
1．1　它可以做什么　1
1．1．1　原理图符号　1
1．1．2　GPS子模块　1
1．2　它如何工作　1
1．3　演变　2
1．4　参数　2
1．5　如何使用它　2
1．5．0　每秒脉冲输出数　3
1．6　禁止事项　3
1．6．1　静电放电　3
1．6．2　接地不良　3
1．6．3　虚焊　3
1．6．4　许可限制　3
1．6．5　搜星失败　3
1．6．6　速度或高度超出限定值　3
2　磁力计　5
2．1　它可以做什么　5
2．1．1　原理图符号　5
2．1．2　IMU　5
2．1．3　应用　5
2．2　它如何工作　6
2．2．1　磁场　6
2．2．2　地轴　6
2．2．3　线圈磁力计　7
2．2．4　霍尔效应和磁阻　7
2．3　演变　7
2．4　如何使用它　8
2．5　禁止事项　8
2．5．1　磁干扰　8
2．5．2　安装不当　8
3　物体检测传感器　9
3．1　它可以做什么　9
3．1．0　原理图符号　9
3．2　演变　10
3．3　光检测　10
3．3．1　透射型光传感器　11
3．3．2　对射型光传感器　12
3．4　磁传感器　13
3．5　簧片开关　13
3．5．1　簧片开关种类　14
3．5．2　簧片开关参数　14
3．5．3　如何使用簧片开关　14
3．6　霍尔效应传感器　14
3．6．1　霍尔效应传感器的工作原理　15
3．6．2　霍尔效应传感器的种类　15
3．7　参数　15
3．8　如何使用霍尔效应传感器　15
3．9　如何使用物体检测传感器　15
3．9．1　线性移动检测　15
3．9．2　中断检测　16
3．9．3　角度检测　16
3．10　不同传感器的优缺点汇总　16
3．10．1　光学物体检测传感器的优点　16
3．10．2　光学物体检测传感器的缺点　16
3．10．3　簧片开关的优点　16
3．10．4　簧片开关的缺点　16
3．10．5　霍尔效应传感器的优点　17
3．10．6　霍尔效应传感器的缺点　17
3．11　禁止事项　17
3．11．1　光传感器　17
3．11．2　簧片开关　17
4　被动式红外传感器　19
4．1　它可以做什么　19
4．1．1　原理图符号　19
4．1．2　应用　19
4．2　它如何工作　19
4．2．1　热释电传感器　20
4．2．2　检测单元　20
4．2．3　镜头组　20
4．3　演变　22
4．4　禁止事项　23
4．4．1　高温灵敏度衰减　23
4．4．2　检测窗口损坏　23
4．4．3　受潮　23
5　距离传感器　25
5．1　它可以做什么　25
5．1．1　原理图符号　25
5．1．2　应用　25
5．2　演变　25
5．2．1　超声波　25
5．2．2　红外线　26
5．2．3　相对优势　26
5．3　常见的超声波传感器　26
5．3．1　进口产品　27
5．3．2　独立元器件　27
5．4　红外线传感器常见型号　27
5．4．0　红外线距离传感器的发展趋势　28
5．5　电容位移传感器　28
5．5．0　应用　29
5．6　它如何工作　29
5．6．1　误差来源　29
5．6．2　参数　29
5．7　光或超声波距离传感器的注意事项　29
5．7．1　待测物体距离太近　29
5．7．2　信号源混杂　30
5．7．3　反射面选取不当　30
5．7．4　环境因素　30
5．7．5　LED老化　30
6　线性位置传感器　31
6．1　它可以做什么　31
6．1．1　应用　31
6．1．2　原理图符号　31
6．2　它如何工作　31
6．2．1　线性电位计　31
6．2．2　磁性线性编码器　32
6．2．3　光学线性编码器　33
6．2．4　线性编码器的应用　33
6．2．5　线性可变差动变压器　33
6．3　注意事项　34
6．3．1　机械故障　34
6．3．2　LED老化　34
7　旋转位置传感器　35
7．1　它可以做什么　35
7．1．1　应用　35
7．1．2　原理图符号　35
7．2　电位计　35
7．2．1　弧形旋转电位计　35
7．2．2　限位柱　36
7．2．3　多匝旋转电位计　36
7．2．4　磁旋转位置传感器　36
7．2．5　旋转位置传感芯片　37
7．2．6　旋转编码器　37
7．2．7　光学旋转编码器　37
7．2．8　光学产品　38
7．2．9　计算机鼠标原理　38
7．2．10　旋转速度　38
7．2．11　绝对位置　39
7．2．12　格雷码　39
7．2．13　磁旋转编码器　40
7．3　如何使用它　40
7．4　注意事项　41
7．4．1　接线错误　41
7．4．2　编码错误　41
7．4．3　术语混淆　41
8　倾斜传感器　43
8．1　它可以做什么　43
8．1．0　原理图符号　43
8．2　它如何工作　43
8．2．1　简化版本　44
8．2．2　应用　44
8．3　演变　45
8．3．1　汞开关　45
8．3．2　摆锤开关　45
8．3．3　磁化球　45
8．4　倾斜传感器　45
8．4．0　两轴倾斜传感器　46
8．5　参数　47
8．6　如何使用它　47
8．7　注意事项　47
8．7．1　触点腐蚀　47
8．7．2　随机信号　47
8．7．3　环境危害　47
8．7．4　依赖重力　47
8．7．5　稳定性　47
9　陀螺仪　49
9．1　它可以做什么　49
9．1．1　原理图符号　49
9．1．2　IMU　49
9．1．3　应用　49
9．2　它如何工作　49
9．2．0　振动陀螺仪　50
9．3　演变　51
9．3．0　IMU　51
9．4　参数　51
9．5　如何使用它　52
9．6　注意事项　52
9．6．1　温漂　52
9．6．2　机械压力　52
9．6．3　外部振动　52
9．6．4　电路布局　52
10　加速度计　53
10．1　它可以做什么　53
10．1．1　IMU　53
10．1．2　原理图符号　53
10．1．3　应用　53
10．2　它如何工作　54
10．2．1　重力与自由落体　54
10．2．2　旋转　54
10．2．3　计算　54
10．3　演变　55
10．4　参数　56
10．5　注意事项　56
10．5．1　机械压力　56
10．5．2　其他问题　56
11　振动传感器　57
11．1　它可以做什么　57
11．1．0　原理图符号　57
11．2　演变　57
11．2．1　弹簧式　57
11．2．2　压电板条　58
11．2．3　压电芯片　58
11．2．4　“诱捕”型　58
11．2．5　磁场型　59
11．2．6　水银型　59
11．3　参数　59
11．3．1　主要参数　59
11．3．2　动态参数　59
11．4　如何使用它　60
11．5　注意事项　60
11．5．1　线缆信号衰减　60
11．5．2　干扰　60
11．5．3　正确接地　60
11．5．4　疲劳损坏　60
12　力传感器　61
12．1　它可以做什么　61
12．1．1　应用　61
12．1．2　原理图符号　61
12．2　它如何工作　62
12．2．1　应力计　62
12．2．2　惠斯通电桥电路　62
12．2．3　惠斯通电桥校正　63
12．2．4　应力计的信号放大　63
12．2．5　其他应力计模块　63
12．2．6　塑料膜力传感器　64
12．2．7　形变式力传感器　64
12．2．8　简易电阻传感器　64
12．3　如何使用它　64
12．3．0　塑料膜电阻力传感器　64
12．4　参数　65
12．4．1　薄膜型力传感器的适用范围　65
12．4．2　薄膜型力传感器的规格　65
12．4．3　应力计　66
12．5　注意事项　66
12．5．1　焊接问题　66
12．5．2　检测区域选择不当　66
12．5．3　防水问题　66
12．5．4　温度灵敏度　66
12．5．5　引脚过长　66
13　单点触摸传感器　67
13．1　它可以做什么　67
13．1．1　应用　67
13．1．2　原理图符号　67
13．2　它如何工作　68
13．3　如何使用它　68
13．3．1　如何获得触摸板　68
13．3．2　独立触摸板　68
13．3．3　触摸轮和触摸带　69
13．3．4　设计指南　69
13．4　注意事项　69
13．4．1　手套　69
13．4．2　笔　69
13．4．3　导电墨水　69
14　触摸屏　71
14．1　它可以做什么　71
14．1．0　原理图符号　71
14．2　演变　71
14．2．1　电阻式　71
14．2．2　电容式　72
14．3　触摸屏总成　72
15　液位传感器　73
15．1　它可以做什么　73
15．1．1　原理图符号　73
15．1．2　应用　73
15．2　它如何工作　73
15．2．1　二进制输出漂浮传感器　73
15．2．2　模拟输出液位传感器　74
15．2．3　增量输出液位传感器　75
15．2．4　排水式液位传感器　75
15．2．5　超声波液位传感器　75
15．2．6　称重传感　75
15．2．7　压力传感　76
15．3　注意事项　76
15．3．1　湍流　76
15．3．2　倾斜　76
16　液体流速传感器　79
16．1　它可以做什么　79
16．1．1　原理图符号　79
16．1．2　叶轮液体流量传感器　79
16．1．3　涡轮液体流量传感器　80
16．1．4　叶轮和涡轮的缺点　80
16．1．5　热液体流速传感器　80
16．1．6　滑套式液体流量开关　81
16．1．7　滑动活塞式液体流量开关　81
16．1．8　超声波液体流速传感器　81
16．1．9　磁液体流量传感器　81
16．1．10　差压液体流量计　81
16．2　注意事项　82
16．2．0　易受灰尘或腐蚀性材料影响　82
17　气体/液体压强传感器　83
17．1　它可以做什么　83
17．1．1　原理图符号　83
17．1．2　应用　83
17．1．3　设计要点　83
17．1．4　单位　83
17．2　它如何工作　84
17．2．1　基本传感单元　84
17．2．2　相对测量　84
17．3　演变　85
17．3．1　环境气压　85
17．3．2　高度　85
17．3．3　气压　85
17．4　注意事项　86
17．4．1　易受灰尘、潮湿或腐蚀性材料影响　86
17．4．2　光敏感　86
18　气体浓度传感器　87
18．1　它可以做什么　87
18．1．0　原理图符号　87
18．2　半导体气体传感器　87
18．3　氧气传感器　88
18．4　湿度传感器　88
18．4．1　露点传感器　89
18．4．2　绝对湿度传感器　89
18．4．3　相对湿度传感器　89
18．4．4　湿度传感器的输出信号　89
18．4．5　模拟湿度传感器　89
18．4．6　设计要点　90
18．4．7　数字湿度传感器　90
18．5　注意事项　91
18．5．1　空气污染　91
18．5．2　重校准　91
18．5．3　焊接问题　91
19　气体流速传感器　93
19．1　它可以做什么　93
19．1．1　应用　93
19．1．2　原理图符号　93
19．2　它如何工作　93
19．2．1　风速计　93
19．2．2　手持式风速计　94
19．2．3　超声波风速计　94
19．2．4　热线风速计　94
19．2．5　质量流速传感　94
19．2．6　应用　95
19．2．7　单位　95
19．2．8　测量较大的流速　95
19．2．9　输出　95
19．3　注意事项　96
20　光敏电阻　97
20．1　它可以做什么　97
20．1．0　原理图符号　97
20．2　它如何工作　97
20．2．0　构造　97
20．3　演变　98
20．3．0　光隔离器中的光敏电阻　98
20．4　参数　98
20．4．0　光敏电阻与光敏三极管的区别　98
20．5　如何使用它　99
20．5．0　串联电阻的选择　99
20．6　注意事项　99
20．6．1　过载　99
20．6．2　过压　99
20．6．3　与其他器件混淆　99
21　光敏二极管　101
21．1　它可以做什么　101
21．1．1　原理图符号　101
21．1．2　应用　101
21．2　它如何工作　101
21．3　演变　102
21．3．1　PIN光敏二极管　102
21．3．2　雪崩光敏二极管　102
21．3．3　封装　102
21．3．4　波长范围　102
21．3．5　光敏二极管阵列　102
21．3．6　输出种类　103
21．3．7　特殊种类　103
21．4　参数　103
21．5　如何使用它　104
21．6　注意事项　104
22　光敏三极管　105
22．1　它可以做什么　105
22．1．1　原理图符号　105
22．1．2　应用　105
22．2　它如何工作　106
22．3　演变　106
22．3．1　可选基极引脚　106
22．3．2　光敏达林顿管　106
22．3．3　光敏FET　106
22．4　参数　106
22．4．1　与其他光照传感器的比较　107
22．4．2　批号　107
22．5　如何使用它　107
22．5．0　输出值的计算　108
22．6　注意事项　108
22．6．1　视觉分类错误　108
22．6．2　超出输出范围　108
23　NTC热敏电阻　109
23．1　它可以做什么　109
23．1．1　原理图符号　109
23．1．2　应用　109
23．2　NTC热敏电阻如何工作　110
23．2．1　温度传感器的输出转换　110
23．2．2　串联电阻的取值　111
23．2．3　惠斯通电桥电路　111
23．2．4　获取温度值　111
23．3　浪涌抑制器　111
23．3．0　复位　112
23．4　热敏电阻的参数　112
23．4．1　时间与温度　112
23．4．2　电阻与响应　112
23．4．3　千欧与开尔文　112
23．4．4　参考温度　112
23．4．5　参考电阻　112
23．4．6　损耗常数　112
23．4．7　温度系数　112
23．4．8　热时间常数　113
23．4．9　误差　113
23．4．10　温度范围　113
23．4．11　控制电流　113
23．4．12　功率范围　113
23．4．13　可交替性　113
23．5　注意事项　113
23．5．1　自发热　113
23．5．2　散热　113
23．5．3　温度过高或过低　113
23．6　附录：温度传感器间的关系　113
23．6．1　NTC热敏电阻　114
23．6．2　PTC热敏电阻　114
23．6．3　热电偶　114
23．6．4　电阻温度检测器　114
23．6．5　半导体温度传感器　114
24　PTC热敏电阻　115
24．1　它可以做什么　115
24．1．0　原理图符号　115
24．2　PTC热敏电阻综述　115
24．3　温度检测型硅基热敏电阻　116
24．3．0　RTDs　116
24．4　非线性PTC热敏电阻　116
24．4．1　高温保护　116
24．4．2　过流保护　117
24．4．3　PTC型浪涌电流抑制器　118
24．4．4　PTC热敏电阻的启动电流　118
24．4．5　将PTC热敏电阻用作荧光灯镇流器　119
24．4．6　将PTC热敏电阻用作加热单元　119
24．5　注意事项　119
24．5．1　自发热过载　119
24．5．2　加热其他元器件　119
25　热电偶　121
25．1　它可以做什么　121
25．1．0　原理图符号　122
25．2　热电偶的应用　122
25．3　热电偶的工作原理　122
25．3．0　热电偶的其他知识　123
25．4　如何使用它　123
25．4．1　热电偶的种类　123
25．4．2　赛贝克系数　124
25．4．3　输出转换芯片　124
25．5　热电堆　125
25．6　注意事项　125
25．6．1　极性　125
25．6．2　电子干扰　125
25．6．3　金属疲劳和氧化　125
25．6．4　型号选择不当　125
25．6．5　自制热电偶的焊接问题　125
26　RTD(电阻温度检测器)　127
26．1　它可以做什么　127
26．2　RTD的属性　127
26．2．1　原理图符号　128
26．2．2　应用　128
26．3　如何使用它　128
26．4　演变　128
26．4．1　接线　129
26．4．2　RTD探针　129
26．4．3　信号处理　129
26．5　注意事项　129
26．5．1　自发热　129
26．5．2　热绝缘　129
26．5．3　传感单元不兼容　129
27　半导体温度传感器　131
27．1　它可以做什么　131
27．1．1　半导体温度传感器的应用　131
27．1．2　原理图符号　132
27．1．3　特性　132
27．2　它如何工作　132
27．2．1　CMOS传感器　132
27．2．2　多晶体管　132
27．2．3　PTAT和 Brokaw Cell　133
27．3　演变　133
27．3．1　模拟电压输出　133
27．3．2　模拟电流输出　134
27．3．3　数字输出　135
27．4　CMOS半导体温度传感器　136
27．5　注意事项　137
27．5．1　不同的温度单位　137
27．5．2　延长线干扰　137
27．5．3　延时　137
27．5．4　处理时间　137
28　红外温度传感器　139
28．1　它可以做什么　139
28．1．1　应用　139
28．1．2　原理图符号　140
28．2　它如何工作　140
28．2．1　热电堆　140
28．2．2　温度测量　141
28．3　演变　141
28．3．1　表面贴片封装类型　142
28．3．2　传感器阵列　142
28．4　参数　142
28．4．1　温度范围　142
28．4．2　视场　142
28．5　注意事项　142
28．5．1　视场选择不当　142
28．5．2　反光物体　142
28．5．3　玻璃遮挡　142
28．5．4　多热源　142
28．5．5　热梯度　143
29　话筒　145
29．1　它可以做什么　145
29．1．0　原理图符号　145
29．2　它如何工作　145
29．2．1　碳粒式话筒　145
29．2．2　动圈式话筒　146
29．2．3　电容式话筒　146
29．2．4　驻极体话筒　146
29．2．5　MEMS话筒　147
29．2．6　压电式话筒　147
29．3　参数　147
29．3．1　灵敏度　147
29．3．2　方向性　148
29．3．3　频率响应　148
29．3．4　阻抗　148
29．3．5　总谐波失真　148
29．3．6　信噪比　148
29．4　注意事项　149
29．4．1　线缆敏感度　149
29．4．2　电源干扰　149
30　电流传感器　151
30．1　它可以做什么　151
30．1．1　应用　151
30．1．2　安培计　151
30．1．3　原理图符号　151
30．1．4　电流表的接线　152
30．2　串联电阻　152
30．2．1　电流采样电阻　152
30．2．2　电压检测　153
30．3　霍尔效应电流传感器　153
30．4　注意事项　154
30．4．1　混淆AC与DC　154
30．4．2　磁干扰　154
30．4．3　电表接线错误　154
30．4．4　电流超出范围　154
31　电压传感器　155
31．1　它可以做什么　155
31．1．0　应用　155
31．2　电压表　155
31．2．1　原理图符号　156
31．2．2　电压表的接线　156
31．3　它如何工作　156
31．3．1　负载相关误差　156
31．3．2　音量条　156
31．4　注意事项　157
31．4．1　混淆AC与DC　157
31．4．2　高阻抗电路　157
31．4．3　电压超出范围　157
31．4．4　对地电压　157
附录A　传感器输出　159
A．1　模拟输出　159
A．1．1　模拟：电压　159
A．1．2　模拟：电阻　160
A．1．3　模拟：集电极开路　161
A．1．4　模拟：电流　161
A．1．5　二进制：高/低　161
A．1．6　二进制：PWM　162
A．1．7　二进制：频率　162
A．1．8　数字：I2C　162
A．1．9　数字：SPI　162
术语表　163