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第1章 传感器基础 1

1.1传感器技术基础 1

1.1.1传感器数据手册 1

1.1.2传感器性能特征定义 2

1.1.3示例器件的传感器性能特征 3

1.1.4传感器电子元器件简介 4

1.1.5传感器类型 4

1.1.6传感器的局限性 6

1.1.7滤波器 7

1.1.8运放 9

1.2传感器系统 10

第2章 应用上的考虑 14

2.1传感器特性 15

2.2系统特性 15

2.3仪器选型 15

2.3.1传感器 15

2.3.2电缆 16

2.3.3电源 17

2.3.4放大器 18

2.4数据采集与读取 19

2.5安装 19

2.5.1传感器 19

2.5.2黏固粉涂敷 20

2.5.3电缆 20

2.5.4电源、放大器和读出器 20

第3章 测量问题和测量准则 22

第4章 传感器信号调理 23

4.1调理电桥 23

4.1.1概述 23

4.1.2电桥 23

4.1.3电桥输出的放大与线性化 27

4.1.4电桥的驱动 30

4.1.5参考文献 34

4.2信号调理放大器 35

4.2.1概述 35

4.2.2精密运放的特性 36

4.2.3放大器直流误差的预算分析 47

4.2.4单一电源运放 48

4.2.5仪表放大器 55

4.2.6斩波稳零型放大器 68

4.2.7隔离放大器 70

4.2.8参考文献 73

4.3用于信号调理的A/D转换器 74

4.3.1逐次逼近型A/D转换器 74

4.3.2多路输入的SAR型A/D转换器 79

4.3.3片上完整数据采集系统 81

4.3.4Sigma-Delta（ΣΔ）型A/D转换器 82

4.3.5高分辨率的低频Sigma-Delta型A/D转换器 86

4.4高阻抗传感器的信号调理 87

4.4.1光电二极管前置放大器设计 87

4.4.2高速光电二极管I/V转换器的补偿 98

4.4.3高阻抗电荷输出传感器 102

4.4.4CCD/CIS图像处理 106

4.4.5参考文献 111

第5章 加速度、冲击与振动传感器 112

5.1概述 112

5.2技术基础 112

5.2.1压电式加速度计 112

5.2.2压阻式加速度计 116

5.2.3电容性加速度计 118

5.2.4伺服式或力平衡式加速度计 120

5.3加速度计的选型和说明 121

5.4适用标准 123

5.5接口与设计 125

5.5.1螺栓安装 125

5.5.2黏合剂安装 125

5.5.3磁性安装 125

5.5.4探针 126

5.5.5接地隔离、大地噪声和接地回路 126

5.5.6电缆及连接 127

5.5.7最新进展和未来展望 127

参考文献 128

第6章 生物传感器 129

6.1概述 129

6.2生物传感器的应用 131

6.2.1健康护理 131

6.2.2工业过程控制 134

6.2.3军事和国家安全应用 134

6.2.4环境监测 134

6.3生物传感器的起源 135

6.4生物受体分子 135

6.5生物传感器中的传导机制 137

6.6生物传感器的应用范围 139

6.7最新进展和未来展望 142

参考文献 143

第7章 化学传感器 145

7.1技术基础 145

7.1.1鼻子 145

7.1.2特定分子探测器 145

7.1.3电化学探测技术 149

7.2应用 150

7.2.1汽车 150

7.2.2其他化学传感器技术和应用 151

7.2.3CHEMFET 152

7.3总结 153

第8章 电容式和电感式位移传感器 154

8.1概述 154

8.2电容式传感器 154

8.2.1电容技术基础 155

8.2.2目标考虑 155

8.3电感式传感器 156

8.3.1电感技术基础 156

8.3.2目标考虑 157

8.4电容式和电感式传感器类型 158

8.5电容式和电感式传感器的选型和说明 159

8.5.1物理结构 159

8.5.2术语 159

8.6电容式和电感式传感器的比较 161

8.7应用 162

8.7.1传感器的典型工作原理 162

8.7.2线性或模拟 162

8.7.3输出说明 162

8.7.4多通道系统 163

8.7.5电容式或电感式传感器的应用 163

8.7.6电容式传感器的应用 167

8.7.7仅能使用电感式传感器的应用 170

8.7.8结合使用电容式和电感式传感器的应用 172

8.7.9最大效率考虑 173

8.8最新进展和未来展望 174

8.9总结 174

资源 174

第9章 传感技术中的电磁学 175

9.1概述 175

9.2电磁学和电感 175

9.3传感器应用 177

9.4磁场传感器 180

9.5总结 182

第10章 流量和液位传感器 183

10.1流量测量方法 183

10.1.1热风速计 183

10.1.2差压测量 183

10.1.3涡街流量传感器 186

10.1.4容积式流量传感器 186

10.1.5涡轮流量传感器 186

10.1.6质量流量计 186

10.1.7电磁式流量传感器 187

10.1.8超声流量传感器 188

10.1.9激光多普勒流量测量 188

10.2流量传感器的选型 190

10.3安装和维护 190

10.3.1校准 191

10.3.2维护 191

10.4流量传感器的新发展 192

10.5液位传感器 192

10.5.1液位传感器的类型 192

10.5.2液位测量技术的选择 195

10.6适用标准 195

第11章 力、称重和重量传感器 196

11.1概述 196

11.2石英传感器 196

11.2.1技术基础 196

11.2.2传感器类型 197

11.2.3选型和说明 199

11.2.4适用标准 201

11.2.5最新进展和未来展望 201

11.2.6主要制造商 201

11.3应变计传感器 201

11.3.1技术基础 201

11.3.2传感器类型 202

11.3.3分类 203

11.3.4选型和说明 203

11.3.5适用标准 204

11.3.6最新进展和未来展望 205

参考文献与资源 205

第12章 湿度传感器 206

12.1湿度 206

12.2传感器类型与技术 206

12.2.1电容式RH传感器 206

12.2.2电阻式湿度传感器 208

12.2.3热导式湿度传感器 209

12.3湿度传感器的选型和说明 209

12.3.1湿度传感器的选型 210

12.3.2电容式RH传感器的选型 210

12.3.3电阻式RH传感器的选型 211

12.3.4热导式湿度传感器的选型 212

12.4适用标准 212

12.4.1标准组织 212

12.4.2工业组织 213

12.5接口与设计信息 214

12.5.1温度和湿度影响 214

12.5.2电压输出 214

12.5.3冷凝和受潮 215

12.5.4集成信号调理 216

参考文献与资源 217

第13章 机械振动监测传感器 218

13.1概述 218

13.2技术基础 221

13.3加速度计类型 223

13.3.1用于固定安装的低成本工业级ICP加速度计 223

13.3.2低频工业级ICP加速度计 223

13.3.3高频工业级ICP？加速度计 224

13.3.44mA～20mA振动感应传感器 224

13.3.5直流响应、工业级电容式加速度计的应用 225

13.4工业级加速度计选型 225

13.5适用标准 232

13.6最新进展和未来展望 232

13.7传感器制造商 233

参考文献与资源 233

第14章 光学和辐射传感器 235

14.1光传感器 235

14.1.1量子检测器 235

14.1.2热检测器 239

14.1.3光敏晶体管的应用实例 241

14.2热红外检测器 242

第15章 位置和运动传感器 244

15.1接触式和非接触式位置传感器 244

15.1.1概述 244

15.1.2位置传感器的类型 244

15.1.3限位开关 245

15.1.4电阻式位置传感器 249

15.1.5磁性位置传感器 251

15.1.6超声位置传感器 259

15.1.7接近传感器 263

15.1.8光电传感器 273

15.1.9最新进展和未来展望 279

15.1.10参考文献与资源 279

15.2弦线电位计与弦线编码器工程导论 280

15.2.1概述 281

15.2.2CPT的优势 281

15.2.3其他设计要素 285

15.2.4结论 286

15.2.5资料 286

15.3线位置、旋转位置和运动传感器 286

15.3.1线性可调差分变压器 287

15.3.2霍尔效应电磁传感器 291

15.3.3光学编码器 293

15.3.4旋转变压器与同步机 294

15.3.5感应同步器 297

15.3.6矢量交流感应电机控制 299

15.3.7加速度计 300

15.3.8参考文献 302

15.4位置与位移传感器的选型 304

15.4.1基本术语 304

15.4.2参数 304

15.4.3需求核对 307

15.4.4后续步骤 308

15.4.5参考文献与资源 309

第16章 压力传感器 311

16.1压阻式压力测量 311

16.1.1压力测量技术基础 311

16.1.2压力测量类型 313

16.1.3压力传感器的选型与说明 315

16.1.4适用标准 322

16.1.5接口和设计信息 323

16.1.6最新进展和未来展望 326

16.1.7参考文献与资源 327

16.2压电式压力传感器 327

16.2.1技术基础 328

16.2.2传感器设计及应用 333

16.2.3传感器选型 340

16.2.4制造商链接 342

16.2.5最新发展和未来展望 342

16.2.6参考文献与资源 343

第17章 机械冲击传感器 344

17.1技术基础 344

17.1.1冲击测量 344

17.1.2速度冲击 344

17.1.3振荡冲击 344

17.1.4大幅度冲击 345

17.1.5高频、短上升时间型冲击 345

17.1.6传感器需在大应力条件下工作 345

17.2各种传感器及其优缺点 345

17.2.1压电型加速度计 345

17.2.2电荷模式压电型加速度计 345

17.2.3低阻抗电压输出型加速度计 346

17.2.4压阻型加速度计 346

17.2.5激光多普勒速度计 346

17.2.6应变计 346

17.3选型与指标 347

17.3.1期望的幅度 347

17.3.2期望的频率成分 348

17.3.3低频 348

17.3.4高频 348

17.3.5故障类型 349

17.3.6结构性谐振 351

17.3.7环境的影响 351

17.4适用标准 355

17.5接口技术 355

17.5.1机械接口及安装 355

17.5.2电气接口和信号调理 357

17.6设计方法、技巧及实例 358

17.6.1高机械谐振频率 358

17.6.2耐振 358

17.6.3带阻尼的谐振响应 358

17.6.4机械滤波 358

17.6.5电子滤波 359

17.7最新进展和未来展望 359

参考文献 359

第18章 测试与测量传声器 361

18.1测量传声器的特性 361

18.2常用传声器类型 362

18.3传统电容器传声器设计 362

18.4预极化或驻极体传声器设计 363

18.5频率响应 363

18.5.1声波入射角度的影响 363

18.5.2压强传声器 364

18.5.3自由场传声器 365

18.5.4随机入射传声器 367

18.6测量范围限制 367

18.6.1下限声级限制 367

18.6.2上限声级限制 368

18.6.3振动膜张力的影响 368

18.7环境条件的影响 368

18.8传声器标准 369

18.9专用传声器类型 370

18.9.1声强传声器 370

18.9.2阵列传声器 371

18.9.3探针传声器 371

18.10校准 372

18.10.1声级校准器 372

18.10.2活塞话机校准器 372

18.10.3插入电压校准 372

18.10.4场校准 373

18.10.5互易校准 373

18.11测试与测量传声器的主要制造商 373

参考文献与资源 374

第19章 应变计 375

19.1概述 375

19.1.1压阻式应变计 375

19.1.2薄膜应变计 377

19.1.3微型器件 378

19.1.4应变计的精度 379

19.1.5应用 379

19.1.6压阻式悬臂的计算示例 379

19.2基于应变计的测量 381

19.2.1压力传感器 383

19.2.2电桥信号调理电路 384

19.2.3参考文献 387

19.3应变计传感器的安装 388

19.3.1一般应力分析安装的胶结薄片应变计 388

19.3.2精密传感器的安装 389

19.3.3高温安装 390

19.3.4其他安装方法 392

第20章 温度传感器 394

20.1传感器类型和技术 394

20.1.1机电型 394

20.1.2电子型 395

20.1.3阻性器件 396

20.2温度传感器的指标与选型 397

20.3适用标准 406

20.3.1标准机构 406

20.3.2工业组织 407

20.3.3适用标准和指标 407

20.4接口和设计信息 409

20.4.1双金属型、球状型和毛细管型恒温器 409

20.4.2电阻和精度 409

20.4.3测温电路 412

20.4.4热传导方程和RTD的自发热 413

20.5最新进展和未来展望 415

参考文献与资源 415

第21章 纳米技术传感器：可能性、现实性与应用 417

21.1可能性 417

21.1.1日益集成化技术 418

21.1.2生产进步 419

21.1.3运算设计 419

21.2现实性 419

21.3应用 420

21.4总结 423

参考文献 423

进一步阅读 424

第22章 无线传感器网络：原理及应用 425

22.1概述 425

22.2单个无线传感器节点结构 425

22.3无线传感器网络体系结构 426

22.3.1星形网 426

22.3.2网状网 427

22.3.3星形—网状混合型网 427

22.4无线传感器网络物理层无线协议方案 428

22.4.1IEEE802.11x 428

22.4.2蓝牙 428

22.4.3IEEE802.15.4 429

22.4.4ZigBee 429

22.4.5IEEE1451.5 430

22.5传感器网络的功率考虑 430

22.6无线传感器网络应用 431

22.6.1结构健康监测的智能结构 431

22.6.2工业自动化 431

22.6.3典型应用的土木结构监测 432

22.7最新进展和未来展望 434

22.8结论 434

22.9致谢 434

参考文献 434

附录A传感器寿命成本分析与计算 436

附录B智能传感器和传感器电子数据表（TEDS）问答 439

附录C单位和换算 442

附录D物理常量 448

附录E介电常数 456

附录F折射率 459

附录G工程材料性质 460

附录H发射源电阻系数 467

附录1一些典型液体的物理性质 478

附录J不同介质中的声速 479

附录K电池 480

附录L温度 481

传感器供应商 482