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基础篇 1

第1章 概论 1

1.1 传感器的地位和作用 1

1.2 传感器的应用和需求 1

1.2.1 应用领域 1

1.2.2 市场需求 2

1.3 传感器的发展动向 2

1.3.1 力学量传感器 2

1.3.2 热学量传感器 3

1.3.3 光学量传感器 4

1.4 传感器技术动向 4

1.3.5 声学量传感器 5

1.3.4 磁学量传感器 5

1.4.1 集成化、智能化 6

1.4.2 微机械化和系统化 6

1.5 传感器的定义与分类 7

1.5.1 定义 7

1.5.2 分类 7

1.6 传感器命名法及代号 7

1.6.1 传感器命名方法 7

1.6.2 传感器代号标记方法 10

1.6.3 传感器代号 11

2.1 被测量名词术语 15

2.1.1 力学量名词术语 15

第2章 传感器的名词术语 15

2.1.2 光学量名词术语 18

2.1.3 热学量名词术语 19

2.1.4 磁学量名词术语 20

2.1.5 声学量名词术语 20

2.1.6 电学量名词术语 21

2.1.7 辐射名词术语 21

2.2 传感器分类术语 22

2.2.1 一般分类术语 22

2.2.2 物理量传感器分类术语 24

2.2.3 化学量传感器分类术语 28

2.2.4 生物量传感器分类术语 29

2.3.1 通用性能术语 31

2.3 传感器性能术语 31

2.3.2 常用物理量传感器性能术语 36

第3章 双向传感器统一理论 41

3.1 机电模拟 41

3.1.1 变量分类及机电理论基本公式 41

3.1.2 两种机电模拟 44

3.1.3 机电网络 45

3.2 双向机电传感器理论分析 47

3.2.1 双向传感器统一理论概述 47

3.2.2 理想传感器 48

3.2.3 实际传感器 49

3.2.4 双向传感器的频响函数 50

29.1.2 介质的电磁特性 51

3.2.5 常用的双向传感器的特征传递矩阵和频响函数 52

4.1.1 静特性的表示方法 56

第4章 传感器的特性 56

4.1 传感器静态特性的一般知识 56

4.1.2 静特性的求法 59

4.2 传感器的主要静态性能指标 59

4.2.1 测量范围和量程 59

4.2.2 分辨力和阈值 59

4.2.3 灵敏度 61

4.2.4 迟滞 61

4.2.5 重复性 62

4.2.6 线性度 63

4.2.7 符合度 67

4.2.8 零漂及温漂 70

4.2.9 总精度 71

4.2.10 总精度计算示例 74

4.3 传感器的动态响应特性 77

4.3.1 传感器动态响应的基本特点 78

4.3.2 传递函数与频响特性 80

4.3.3 一阶系统的动态响应 83

4.3.4 二阶系统的动态响应 86

4.3.6 传感器动态响应特性的指标 91

4.3.5 高阶系统的动态响应 91

4.3.7 实验确定传递函数的方法 93

第5章 传感器的基础效应 97

5.1 传感器功能、材料和效应 97

5.2 光电效应 98

5.2.1 外光电效应 98

5.2.2 内光电效应 98

5.3 电光效应 99

5.3.2 电光克尔(Kerr)效应 100

5.3.3 光弹性效应 100

5.3.4 电致发光效应 100

5.4 磁光效应 100

5.4.1 法拉第效应 100

5.3.1 泡克耳斯(Pockels)效应 100

5.5.2 磁阻效应 101

5.5.1 霍耳效应 101

5.4.3 科顿-蒙顿效应 101

5.4.2 磁光克尔效应 101

5.5 磁电效应 101

5.6 热电效应和热释电效应 102

5.6.1 热电效应 102

5.6.2 热释电效应 102

5.7 热磁效应 103

5.7.1 横向能斯脱效应 103

5.7.2 纵向能斯脱效应 103

5.7.3 里纪-勒杜克效应 103

5.7.4 热磁纵向效应 103

5.8 压电效应 104

5.8.1 正压电效应 104

5.8.2 逆压电效应 104

5.8.3 电致伸缩效应 104

5.10.2 压磁效应 105

5.10.3 威德曼(Wiedeman)效应 105

5.10 磁致伸缩效应和压磁效应 105

5.9 压阻效应 105

5.10.1 磁致伸缩效应 105

5.11 约瑟夫逊(Josephson)效应与核磁共振 106

5.11.1 隧道效应 106

5.11.2 直流约瑟夫逊效应 106

5.11.3 交流约瑟夫逊效应 107

5.12.1 光的多普勒(Doppler)效应 108

5.12.2 萨古纳克(Sagnac)效应 108

5.12 与光有关的效应 108

5.11.4 核磁共振 108

5.12.3 喇曼(Raman)效应 109

5.12.4 派生喇曼效应 110

5.12.5 布里渊(Brillouin)效应 110

5.12.6 派生布里渊效应 110

5.13 与声波有关的效应 110

5.13.1 声音的多普勒效应 110

5.13.6 碰撞-阻尼效应 111

5.13.5 德·哈斯-板·阿尔芬(De Haass-Van Alphen)效应 111

5.13.4 声磁效应 111

5.13.2 声电效应 111

5.13.3 声光效应 111

5.13.7 △E效应 112

5.13.8 遮掩效应 112

5.13.9 衍射效应 113

5.14 放射线效应 113

5.14.1 γ射线的光电效应 113

5.14.2 吸收效应及原子序号效应 114

5.14.3 俄歇效应 114

5.14.4 康普顿效应 114

5.14.5 纬度效应 114

5.16 吸附效应及表面场效应 115

5.16.1 吸附效应 115

5.15 击波动态效应 115

5.15.3 动态磁学效应 115

5.15.2 动态光学效应 115

5.15.1 动态电学效应 115

5.16.2 半导体表面场效应 116

5.17 与化学有关的效应 116

5.17.1 科顿(Cotton)效应 116

5.17.2 中性盐效应 116

5.17.7 努森(Knudsen)效应 117

5.17.6 彼得(Budde)效应 117

5.17.5 贝克.纳赞(Baker-Nathan)效应 117

5.17.3 饱和效应 117

5.17.4 电泳效应 117

6.1.1 金属 118

第6章 传感器材料 118

6.1 金属和合金 118

6.1.2 合金 119

6.2 磁性材料 120

6.2.1 磁性材料的分类 120

6.2.2 磁致伸缩材料 121

6.2.3 永磁铁氧体 121

6.3.1 传感器用陶瓷材料的物理性质 122

6.3 陶瓷传感器材料 122

6.3.2 各种传感器用陶瓷材料 127

6.4 有机传感器材料 134

6.5 半导体传感器材料 136

6.5.1 半导体的电子特征 136

6.5.2 电导、载流子密度和迁移率的机理 137

6.5.3 涉及半导体物性的外场效应 140

6.6 光纤传感器材料 141

6.6.1 光导纤维的分类及特性 141

6.5.4 电性能的热特性 141

6.6.2 光纤参数测试 143

7.1 弹性敏感元件的基本特性 145

7.1.1 概述 145

7.1.2 弹性元件的工作特性 145

第7章 弹性敏感元件 145

7.1.3 非弹性效应 147

7.2 弹性敏感元件的材料 149

7.3 弹性敏感元件的形式及其力学特性 150

7.4.1 等截面梁 154

7.4.2 等强度梁 154

7.4 常用弹性元件的设计与计算 154

7.4.3 两端固定梁 156

7.4.4 环式弹性元件 156

7.4.5 平膜片在均布压力作用下的挠度和应力 158

7.4.6 在均布压力作用下的薄膜 160

7.4.7 平膜片大挠度问题 161

7.4.8 平膜片的非线性 161

7.4.9 有硬中心的平膜片在均布压力作用下的挠度和应力 163

7.4.10 平膜片在集中力作用下的位移和应力 164

7.4.11 平膜片的有效面积 165

7.4.12 矩形膜片 166

7.4.13 波纹膜片和膜盒 167

7.4.14 波纹管 171

7.4.15 波登管(弹簧管) 173

7.4.16 筒式应变弹性元件 175

7.4.17 弹性谐振元件 176

第8章 多传感器信息融合技术 178

8.1 引言 178

8.2.2 信息融合层次 179

8.2 信息融合的特点和模式 179

8.2.1 信息融合的特点 179

8.3.1 概述 180

8.3 多传感器信息融合方法 180

8.3.2 统计决策法 181

8.3.3 D-S证据推理法 181

8.3.4 基于人工神经网络方法 184

8.4 信息融合在机器人中的应用 185

8.4.1 手爪多传感器信息融合 185

8.4.2 移动机器人多传感器信息融合系统 188

9.2.1 光谱灵敏度S(λ) 191

9.2.2 相对光谱灵敏度Sr(λ) 191

第9章 光传感器 191

9.2 光电器件的基本特性 191

9.1 光电效应 191

原理篇 191

9.2.3 积分灵敏度S 192

9.2.4 通量阈φH 192

9.2.5 转换特性Sz(t)和时间常数τ 192

9.3 光电器件 193

9.2.10 伏安特性I(U) 193

9.2.6 光电器件的频率特性Sr(f) 193

9.3.1 光敏电阻 193

9.2.9 温度特性 193

9.2.7 光照特性U(Ee) 193

9.2.8 光谱特性Sr(λ) 193

9.3.2 光敏二极管和光敏三极管 197

9.3.3 光电池 199

9.3.4 半导体色敏元件 200

9.3.5 光电位置敏感器件 202

9.3.6 光电管 207

9.3.7 光电倍增管 211

9.4 固体图像传感器 214

9.4.1 固体图像传感器种类和特点 214

9.4.2 CCD图像传感器的工作原理 215

9.4.3 自扫描光电二极管阵列工作原理 217

9.4.4 固体图像传感器的应用 219

9.5 红外传感器 221

9.5.1 红外基础知识 222

9.5.2 红外探测器 223

9.5.3 红外探测器的应用 228

9.6 激光传感器 231

9.6.1 激光概述 231

9.6.2 激光器 232

9.6.3 激光的检测应用 233

第10章 热传感器 236

10.1 热学基本知识 236

10.1.1 温标 236

10.1.2 国际实用温标 237

10.1.3 用于温度计量进行量值传递的一些主要基准器和标准器 238

10.2 热电偶传感器 238

10.2.1 热电偶传感器的物理基础 239

10.2.2 热电偶的结构及材料 242

10.2.3 热电偶的类型 246

10.2.4 热电偶的分度法和主要特性 251

10.2.5 热电偶实用测温线路 253

10.2.6 热电偶参考端温度 255

10.2.7 热电偶的测量误差 259

10.3 热电阻型温度传感器 264

10.3.1 工作原理 264

10.3.2 热电阻材料和结构 265

10.3.3 热电阻使用误差 267

10.4 热敏电阻 271

10.4.1 热敏电阻的基本参数 272

10.4.2 热敏电阻器主要特性 273

10.4.3 热敏电阻器的应用 277

10.4.4 热敏铁氧体温度传感器 279

10.5.2 晶体管温度传感器 281

10.5.1 PN结温度传感器 281

10.5 晶体管温度传感器 281

10.5.3 集成温度传感器 284

10.6 热膨胀型温度传感器 289

10.6.1 双金属片式温度传感器 289

10.6.2 压力式温度计 290

10.7 示温涂料型液晶型传感器 291

10.7.1 示温涂料 291

10.7.2 液晶型示温传感器 292

10.8 热噪声型温度传感器 293

10.8.1 热噪声测温原理 293

10.8.2 噪声测温的主要方法 293

10.9 NQR温度传感器 297

10.9.1 NQR原理(Cl35的NQR) 297

10.9.2 谐振频率vT的检测方法与温度计的结构 298

10.10 电容型温度传感器 298

10.11 光纤温度传感器 299

11.1.1 霍耳效应 303

第11章 磁传感器 303

11.1 霍耳器件 303

11.1.2 霍耳器件的结构和测量电路 304

11.1.3 霍耳器件的主要特性参数 305

11.1.4 不等位电势和温度误差的补偿 306

11.1.5 霍耳集成电路 309

11.1.6 霍耳器件的应用简介 311

11.2 磁敏二极管和磁敏三极管 314

11.2.1 磁敏二极管的工作原理和主要特性 314

11.2.2 磁敏三极管的工作原理和主要特性 318

11.2.3 磁敏二极管和磁敏三极管的应用 321

11.3 CMOS磁敏器件 322

11.4 半导体磁敏电阻 323

11.4.1 物理磁阻效应和几何磁阻效应 323

11.4.2 磁阻元件 325

11.5 强磁性金属薄膜磁敏电阻 326

11.6 韦根德磁敏器件 328

11.7 磁通门传感器 329

11.8 超导量子干涉器件 332

11.8.1 约瑟夫逊效应 332

11.8.2 直流超导量子干涉器件 333

11.8.3 射频超导量子干涉器件 335

11.9 半导体三维磁矢量器件 335

11.9.1 三维霍耳器件 336

11.9.2 半导体三维磁敏晶体管 337

11.10 Z-元件 338

11.10.1 Z-元件的基本特性 339

11.10.2 Z-元件的半导体生产工艺 340

第12章 磁电式传感器 342

12.1 工作原理 342

12.2 典型结构 344

12.2.1 动钢型磁电式传感器 344

12.2.2 动圈型磁电式传感器 345

12.3 动态特性 346

12.3.1 机械阻抗的概念 346

12.3.2 基本元件的机械阻抗 347

12.3.3 磁电式传感器的机械阻抗 348

12.3.4 网络分析理论及其传递矩阵 349

12.3.5 磁电式传感器的传递函数 352

12.4 磁电式传感器的设计 353

12.4.1 一般设计原则 353

12.4.2 磁路设计 353

12.4.3 线圈设计 364

12.4.4 传感器动态参数的计算 365

12.5.1 积分测量电路 366

12.5 磁电式传感器的测量电路 366

12.5.2 微分测量电路 368

12.6 磁电式传感器的误差分析 369

12.6.1 温度误差分析 369

12.6.2 永久磁铁的稳定性分析 370

13.2.5 威德曼效应传感器 370

12.6.3 非线性误差分析 371

第13章 磁弹性传感器 372

13.1 磁弹性效应及传感器工作原理 372

13.1.1 磁致伸缩效应及其逆效应 372

13.1.2 威德曼效应及其逆效应 373

13.2.1 阻流圈式 374

13.1.3 巴克豪森效应 374

13.2 磁弹性传感器的典型结构 374

13.2.2 变压器式 376

13.2.3 桥式 378

13.2.4 磁弹性应变计 379

13.2.6 逆威德曼效应及渥赛姆效应传感器 380

13.3 磁弹性元件的形状与制造 381

13.3.1 磁弹性元件的冲片形状 381

13.3.2 磁弹性元件的制造工艺 383

13.3.3 磁弹性铁氧体材料 384

13.4 磁弹性传感器的测量电路 388

13.5 磁弹性传感器的特性 390

13.5.1 激磁绕组的安匝特性 390

13.5.2 输出特性 391

13.5.3 频响特性 391

13.5.4 误差分析 392

13.6 磁弹性传感器的基本计算方法 395

14.1 电阻应变计原理 397

14.1.1 应变效应 397

第14章 应变式传感器 397

14.1.2 变形的传递 398

14.2 电阻应变计 399

14.2.1 应变计的结构和材料 399

14.2.2 应变计的分类 402

14.2.3 应变计的主要参数和工作特性 414

14.2.4 应变计的标定 420

14.2.5 应变计的使用技术 424

14.3 应变式传感器的测量电路 427

14.3.1 电桥电路的发展动向 427

14.3.2 电桥电路 428

14.3.3 几种实用直流电桥模块电路 430

14.3.4 应变式传感器的线路补偿 434

14.3.5 多个传感器的组合方式及误差计算 440

14.4 应变式传感器的结构与设计 442

14.4.1 应变式传感器设计研究的新动向 442

14.4.2 测力与称重传感器 443

14.4.3 应变式压力传感器 454

14.4.4 扭矩传感器 462

14.4.5 拉移传感器 464

14.4.6 应变式加速度传感器 466

14.5 薄膜应变传感器 468

14.5.1 薄膜应变传感器的特点 468

14.5.2 溅射薄膜应变传感器 468

14.6 厚膜应变传感器 468

第15章 电位器式传感器 470

15.1 线性电位器 470

15.1.1 空载特性 470

15.1.2 阶梯特性、阶梯误差和分辨率 471

15.2.1 变骨架式非线性线绕电位器 473

15.2 非线性电位器 473

15.2.2 变节距式非线性线绕电位器 474

15.2.3 分路电阻式非线性电位器 475

15.2.4 电位给定式非线性电位器 476

15.3 负载特性与负载误差 477

15.4 结构与设计 478

15.4.1 导线 478

15.4.2 电刷 479

15.4.3 骨架 480

15.4.4 主要参数计算 480

15.5.3 导电塑料电位器 482

15.5.4 导电玻璃釉电位器 482

15.5.2 金属膜电位器 482

15.5 非线绕电位器 482

15.5.1 合成膜电位器 482

15.5.5 光电电位器 483

15.6 电位器式传感器 483

15.6.1 电位器式位移传感器 483

15.6.2 电位器式压力传感器 484

15.6.3 电位器式加速度传感器 484

第16章 压阻式传感器 486

16.1 概述 486

16.2 压阻效应与力敏电阻全桥 488

16.2.1 压阻效应 488

16.2.2 晶面与晶向 488

16.2.3 压阻系数 489

16.3 压阻式传感器的设计与制造 495

16.3.1 压阻式压力传感器 495

16.3.3 压阻式加速度传感器 513

16.4.1 信号调理与补偿 520

16.4 压阻式传感器的信号调理与接口电路 520

16.4.2 常用接口电路 525

16.4.2 传感器的集成化 528

16.5 锰铜压阻传感器 535

16.5.1 锰铜压阻传感器的工作原理 536

16.5.2 锰铜丝式与箔式压阻传感器 537

16.5.3 锰铜线圈压阻式传感器 538

16.5.4 锰铜压阻传感器的供电系统 539

第17章 电容式传感器 541

17.1 概述 541

17.2 基本工作原理 542

17.3 结构、类型及主要特性 543

17.3.1 变间隙型 543

17.3.2 变面积型 547

17.3.3 变介电常数型 548

17.3.4 差动电容传感器 549

17.4 测量电路 550

17.4.1 紧耦合电感比例臂电桥 550

17.4.2 二极管式电路 553

17.4.3 变压器式电桥电路 555

17.4.4 调频电路 556

17.4.5 差动脉冲调宽电路 558

17.4.6 运算放大器式电路 559

17.5 硅电容式集成传感器 560

17.5.1 硅电容式集成压力传感器 560

17.5.2 硅电容式集成压力传感器的接口电路 563

17.5.3 硅电容式加速度传感器 569

18.1.1 电感 571

18.1 工作原理和等效电路 571

第18章 电感式传感器 571

18.1.3 电涡流损耗电阻 572

18.1.2 铜损电阻 572

18.1.4 磁滞损耗 573

18.1.5 总耗散因数D和品质因数Q 573

18.1.6 考虑分布电容的电感式传感器 574

18.2 类型和主要特性 574

18.2.1 变间隙型电感式传感器 575

18.2.2 变面积型电感式传感器 576

18.2.3 螺管插铁型电感传感器 576

18.2.4 差动电感传感器 577

18.2.5 齿形电感式传感器 580

18.3 电感式传感器的测量电路 581

18.3.1 带相敏整流的交流电桥 581

18.3.2 变压器式电桥电路 582

18.3.3 紧耦合电感比例臂电桥 583

18.4 电感式传感器的结构与设计 586

18.4.1 电感式传感器的典型结构 586

18.4.2 带小气隙的铁心线圈的参数设计 587

18.4.3 螺管插铁型电感传感器的设计 587

18.5 测试误差分析 588

18.5.1 输出特性的非线性 588

18.5.2 零位误差 588

18.5.3 温度影响 589

18.5.4 电源电压和频率的影响 589

第19章 变压器式传感器 590

19.1 工作原理和等效电路 590

19.1.1 工作原理 590

19.1.2 等效电路 591

19.2 变压器式传感器的结构类型和主要特性 592

19.2.1 螺管型差动变压器 592

19.2.2 Ⅱ型差动变压器 601

19.2.3 旋转变压器式传感器 603

19.3 差动变压器式传感器的测量电路 606

19.3.1 相敏检波电路 606

19.3.2 差动整流电路 609

19.3.3 直流差动变压器电路 610

19.4 差动变压器结构与设计 611

19.4.1 典型结构 611

19.4.2 差动变压器设计 612

第20章 电涡流式传感器 617

20.1 电涡流传感器的工作原理 617

20.1.1 电涡流效应和传感器等效电路 617

20.1.2 电涡流的形成范围 619

20.2.2 变面积型电涡流传感器 620

20.2.1 变间隙型电涡流传感器 620

20.2 结构类型 620

20.2.3 螺管型电涡流传感器 622

20.2.4 其他型式电涡流传感器 624

20.3 测量电路 629

20.3.1 调幅式测量电路 629

20.3.2 调频调幅式测量电路 631

20.3.3 调频式测量电路 632

20.3.4 电桥电路 633

20.4 电涡流传感器的设计 634

20.4.1 量程的设计 634

20.4.2 提高灵敏度的措施 634

20.4.3 传感器的动特性 635

20.4.4 传感器材料的选择 635

20.5 电涡流传感器的使用技术 635

第21章 压电式传感器 638

21.1 压电效应 638

21.3.1 压电式传感器的等效电路 639

21.3 压电式传感器的测量电路 639

21.2 压电方程和压电常数 639

21.3.2 电压放大器 640

21.3.3 电荷放大器 641

21.4 压电式传感器的主要特性及参数 643

21.4.1 灵敏度 644

21.4.2 频率特性 644

21.4.3 横向效应 646

21.4.4 精度 648

21.4.5 绝缘电阻 648

21.4.6 环境特性 648

21.4.7 电缆噪声 650

21.4.8 压电式传感器的零漂 650

21.5 压电式传感器的结构与设计 650

21.5.1 压电式力传感器 650

21.5.2 压电式加速度传感器 654

21.5.3 压电式压力传感器 660

21.5.4 集成化压电传感器 671

22.1.1 引言 673

22.1.2 基本概念 673

第22章 谐振式传感器 673

22.1 谐振式传感器的基本概念 673

22.2 谐振弦式传感器 674

22.2.1 谐振弦压力传感器 674

22.2.2 谐振弦力传感器 677

22.3 金属谐振梁压力传感器 678

22.4 谐振筒压力传感器 679

22.4.1 电磁激振和拾振的谐振筒压力传感器 679

22.4.2 压电激振谐振筒压力传感器 681

22.5 谐振筒密度传感器 684

22.6 谐振膜式压力传感器 685

22.6.1 工作原理 685

22.6.2 自激振荡电路 686

22.7 压电石英谐振式传感器 687

22.7.1 概述 687

22.7.2 压电石英谐振器 687

22.7.3 压电石英谐振式压力传感器 692

22.7.4 压电石英谐振式温度传感器 694

22.7.5 压电石英谐振式温度传感器 696

22.8 微结构硅谐振式传感器 698

22.8.1 引言 698

22.8.2 热激励硅谐振压力传感器 698

22.8.3 光纤激励 701

22.9.1 概述 702

22.9.2 声表面波器件及特性 702

22.9 声表面波谐振传感器 702

22.8.4 压电薄膜激励 702

22.9.3 声表面波振荡器 703

22.10.2 敏感相位/幅值谐振传感器的特点 705

22.9.4 结论 705

22.10.1 引言 705

22.10 敏感相位/幅值的谐振传感器 705

22.10.3 谐振式质量流量传感器 706

22.10.4 谐振式角速度/位置传感器(谐振陀螺) 707

第23章 陀螺 711

23.1 框架式陀螺 711

23.1.1 单轴框架陀螺 711

23.1.2 双轴框架陀螺 712

23.2 挠性陀螺 713

23.3 动力调谐式挠性陀螺 713

23.4 静电陀螺 714

23.4.1 静电悬浮的基本原理 714

23.4.2 静电陀螺的工作原理 715

23.5 激光陀螺 716

23.5.1 无源塞格涅格(Sagnac)干涉仪 716

23.4.3 静电陀螺的特点与用途 716

23.5.2 激光陀螺的工作原理 717

23.6 光纤陀螺 720

23.6.1 工作原理 720

23.6.2 全光纤陀螺和集成光学光纤陀螺 720

23.7 振梁式压电陀螺 721

23.7.1 原理 722

23.7.2 性能 723

23.8 压电射流陀螺 724

23.8.1 原理 724

23.8.2 性能 725

23.8.3 可靠性 726

23.8.5 在飞机和舰船中的应用 727

23.8.4 在汽车惯导系统中应用 727

23.8.6 在智能机器人惯导系统中的应用 727

23.9.1 工作原理 728

23.9 半球谐振式陀螺 728

23.9.2 结构原理 729

23.9.3 性能与应用 729

23.10 微机械振动陀螺 730

24.1.4 流体振动式流量传感器 730

第24章 流量传感器 731

24.1 结构类型和工作原理 731

24.1.1 差压式流量传感器 731

24.1.2 涡轮式流量传感器 735

24.1.3 电磁式流量传感器 736

24.1.6 往复活塞式流量传感器 740

24.1.5 转子式流量传感器 740

24.1.8 冲击板式流量传感器 742

24.1.7 旋转活塞式流量传感器 742

24.1.9 分流旋翼式流量传感器 743

24.1.10 热动式流量传感器 744

24.1.11 超声波式流量传感器 745

24.1.12 推导式质量流量传感器 746

24.2 流量传感器的标定 747

24.3 主要技术参数及使用技术 749

第25章 伺服式传感器 751

25.1 力平衡原理 751

25.2 几种典型伺服传感器 752

25.3 组成部分的特性方程 754

25.3.1 敏感质量活动系统 754

25.3.2 信号检测器 755

25.3.3 放大器 756

25.3.4 力(力矩)发生器 756

25.3.5 输出环节 757

25.4 系统的特征方程 758

25.5 误差分析 759

25.5.1 由于各环节传递系数改变所引起的误差 760

25.5.2 由于各测量环节输入输出端干扰所造成的误差 761

25.5.3 由于各测量环节传递系数改变所引起的误差 762

25.5.4 由于各测量环节输入输出端干扰所引起的误差 763

25.6 石英挠性伺服加速度传感器 764

25.6.1 一般结构 764

25.6.2 工作原理 765

25.6.3 灵敏度自校准 767

25.6.4 性能指标 768

第26章 数字传感器 770

26.1 编码器 770

26.1.1 角度数字编码器 770

26.1.2 线位移编码器 777

26.2.1 感应同步器种类 779

26.2 感应同步器 779

26.2.2 感应同步器的结构 780

26.2.3 感应同步器的工作原理 782

26.2.4 感应同步器的信号处理方式 783

26.3 光栅传感器 784

26.3.1 计量光栅的类型 785

26.3.2 光栅传感器的结构和原理 787

26.3.3 辨向原理 792

26.3.4 细分技术 793

26.4 磁栅传感器 800

26.4.1 磁栅的结构 800

26.4.2 磁栅的工作原理 801

26.4.3 信号处理 802

26.4.4 影响磁栅传感器性能的有关因素 803

27.2.3 驻极体式话筒 804

26.5 容栅传感器 804

26.5.2 容栅传感器的原理 804

26.5.1 容栅传感器的结构 804

26.5.3 容栅传感器的信号处理 805

第27章 声传感器 806

27.1 声学基础知识 806

27.1.1 声波、声谱、声速 806

27.1.2 波动方程 806

27.1.3 声波的一些性质 807

27.2 声传感器 807

27.2.1 电动式话筒 808

27.2.2 电容式话筒 809

27.2.4 压电式声传感器 814

27.2.5 电磁式拾音器 815

27.2.6 数字唱片再生用传感器 815

27.2.7 光纤声传感器 817

27.3 超声波传感器 818

27.3.1 压电换能器的结构 819

27.3.2 超声传感器的工作原理 820

27.4 声发射传感器 828

27.4.1 声发射基本概念 828

27.4.2 声发射传感器的工作原理 829

27.4.3 声发射检测技术 830

第28章 核辐射传感器 832

28.1 核辐射基础知识 832

28.1.1 放射性同位素和核辐射 832

28.1.2 放射线和物质的作用 833

28.2 核辐射接收器 837

28.2.1 电离室 837

28.2.2 盖格(G-M)计数器 839

28.2.3 闪烁计数器 840

28.2.4 半导体接收器 841

28.3 常用核辐射传感器 844

28.3.1 核辐射厚度计 845

28.3.2 核辐射密度计 846

28.3.3 核辐射物位计 846

28.4 安全防护 846

28.4.1 辐射来源和对人体的效应 847

28.4.2 辐射防护 848

28.5 核辐射传感器的误差 849

28.5.1 核衰变的统计性质引起的误差 849

28.5.2 辐射源强度衰减引起的误差 849

29.1.1 波段的划分 851

第29章 微波传感器 851

29.1 电磁波基础知识 851

29.1.3 微波在两介质界面的反射和折射 852

29.2 微波传感器的特点和主要用途 853

29.3 微波测湿传感器 855

29.3.1 穿透式微波测湿传感器 856

29.3.2 反射式微波测湿传感器 856

29.3.3 开槽波导式微波测湿传感器 856

29.3.4 微波腔式测湿传感器 857

29.4 微波测厚传感器 859

29.5 微波测距传感器 860

29.6 微波物位和液位传感器 861

29.7 微波多普勒测速传感器 861

30.1 概述 863

第30章 光纤传感器 863

30.2 光导纤维 865

30.2.1 光纤的结构和导波原理 865

30.2.2 光导纤维的主要参数 870

30.2.3 光导纤维的类型 873

30.3 光纤传感器元件之间耦合与连接 873

30.3.1 光纤的激励 873

30.3.2 光纤元件的连接 875

30.4 光纤的光波调制技术 876

30.4.1 光强度调制 876

30.4.2 光相位调制及干涉测量法 880

30.4.3 偏振调制 881

30.4.4 频率调制 886

30.5 典型的光纤传感器 887

30.5.1 光强调制光纤传感器 887

30.4.5 颜色(光谱)调制 887

30.5.2 相位调制光纤传感器 892

30.5.3 偏振调制光纤电压传感器 893

30.5.4 频率调制光纤血流传感器 894

30.5.5 颜色调制光纤温度传感器 896

30.5.6 复用式和分布式光纤传感器 896

第31章 气体传感器 900

31.1 引言 900

31.1.1 气体传感器及其分类 900

31.1.2 气体传感器的特性参数 902

31.2 各类气体传感器简介 906

31.2.1 半导体式气体传感器 906

31.2.2 固体电解质式气体传感器 916

31.2.3 接触燃烧式气体传感器 920

31.2.4 电化学式气体传感器 921

31.2.5 有机高分子式传感器 923

31.2.6 集成复合型气体传感器 924

31.2.7 凝胶电化学气体传感器 925

31.3 气敏元件及气体传感器的应用 928

31.3.1 家庭 928

31.3.2 汽车 928

31.3.3 工业 928

31.3.4 大气污染 929

31.3.5 医疗 932

31.3.6 家用电器 933

31.3.7 煤矿 933

第32章 温度传感器 936

32.1 引言 936

32.1.1 温度传感器的分类 936

32.1.2 温度概念及湿度传感器的特性参数 936

32.2.1 陶瓷式湿度传感器 939

32.2 温度传感器简介 939

32.2.2 有机高分子温度传感器 948

32.2.3 半导体式湿度传感器 957

32.2.4 电解质式湿度传感器 959

32.2.5 尺寸变化式湿度传感器 962

32.2.6 干湿球湿度计 963

32.2.7 热敏电阻式湿度传感器 963

32.2.8 微波式湿度传感器 964

32.2.9 红外吸收式湿度传感器 965

32.2.10 石英谐振式湿度传感器 966

32.3 湿度传感器的应用 967

32.3.1 湿度传感器在室内空调中的应用 968

32.3.2 磁带录像机(VTR)中的应用 968

32.3.3 湿度传感器在电子灶上的应用 969

33.1 引言 971

第33章 离子传感器 971

33.2 玻璃膜式离子传感器 974

33.2.1 简介 974

33.2.2 玻璃膜式离子传感器基本结构 975

33.2.3 性能 975

33.2.4 应用 975

33.3 固态膜式离子传感器 975

33.3.1 简介 975

33.3.2 结构 976

33.3.3 性能 978

33.3.4 应用 978

33.4 液态膜式离子传感器 979

33.4.1 简介 979

33.4.2 结构 979

33.4.3 性能 979

33.5.3 性能 981

33.5.2 结构 981

33.4.4 应用 981

33.5.1 简介 981

33.5 基于离子传感器的隔膜式气体传感器 981

33.5.4 应用 982

33.6 微型离子传感器 982

33.6.1 简介 982

33.6.2 结构 983

33.6.3 应用 984

第34章 生物传感器 985

34.1 引言 985

34.2 分子识别 985

34.3 原理与分类 987

34.3.1 原理 987

34.4 酶传感器 990

34.4.1 简介 990

34.3.2 分类 990

34.4.2 酶传感器的基本组成 991

34.4.3 响应 992

34.4.4 应用 992

34.5 微生物传感器 993

34.5.1 简介 993

34.5.2 结构 993

34.5.3 响应 994

34.5.4 应用 994

34.6 免疫传感器 995

34.6.1 简介 995

34.6.2 结构 997

34.6.3 响应 997

34.7.2 结构 998

34.7.4 简介 998

34.7 半导体生物传感器 998

34.6.4 应用 998

34.8 光纤生物传感器 999

34.8.1 简介 999

34.8.2 结构 999

34.8.3 响应 1000

34.8.4 应用 1000

应用篇 1001

第35章 传感器性能测试与校准 1001

35.1 传感器性能测试 1001

35.2 振动与冲击传感器的校准 1001

35.2.1 校准的主要项目 1001

35.2.2 振动、冲击校准装置 1002

35.3 振动、冲击传感器灵敏度的校准方法 1012

35.3.1 激光绝对校准法 1012

35.3.2 相对校准法 1019

35.4 幅值线性度校准 1020

35.5 频率特性校准 1023

35.5.1 幅频特性校准 1023

35.5.2 相频特性校准 1024

35.6 横向灵敏度 1025

35.6.1 横向振动灵敏度标准 1025

35.6.2 横向冲击灵敏度标准 1026

35.7 温度灵敏度 1026

35.8 基座应变灵敏度 1027

35.9 声灵敏度 1028

35.10 磁场灵敏度 1028

35.11 线位移、线速度传感器的校准 1029

35.11.1 线位移传感器的校准 1029

35.11.2 线速度传感器的校准 1032

35.12 角位移、角速度传感器的校准 1034

35.12.1 角位移传感器的校准 1034

35.12.2 角速度传感器的校准 1036

35.13 力传感器的校准 1037

35.13.1 静态校准 1037

35.13.2 动态校准 1045

35.14 压力传感器的校准 1046

35.14.1 静态校准 1047

35.14.2 动态校准 1054

35.15 温度传感器的校准 1062

35.16 湿度传感器的校准 1069

第36章 传感器系统抗干扰技术 1070

36.1 干扰与噪声 1070

36.1.1 干扰与噪声的区别 1070

36.1.2 分类 1070

36.1.3 噪声电压的叠加 1073

36.1.4 噪声形成干扰的三要素 1073

36.2.3 共阻抗耦合 1074

36.2.2 互感耦合 1074

36.2 噪声的耦合方式 1074

36.2.1 电容性耦合 1074

36.2.4 漏电耦合 1076

36.2.5 传导耦合 1076

36.2.6 辐射电磁场耦合 1076

36.3 抑制电磁干扰的基本方法 1077

36.3.1 消除或抑制噪声源 1077

36.3.2 破坏干扰的耦合通道 1077

36.3.3 消除接收电路对干扰的敏感性 1077

36.3.4 采用软件抑制干扰 1077

36.4 抑制电磁干扰的基本措施 1077

36.4.1 屏蔽 1078

36.4.2 接地 1080

36.4.3 浮置 1083

36.4.5 隔离技术 1084

36.4.4 对称电路 1084

36.4.6 滤波 1086

36.4.7 脉冲电路的噪声抑制 1089

36.5 抗干扰技术的应用 1089

36.5.1 传输线引入干扰的抑制 1089

36.5.2 印制电路板的抗干扰 1091

36.5.3 A/D转换中的抗干扰 1091

36.5.4 仪表的抗干扰 1094

36.5.5 传感器的抗干扰 1094

36.5.6 微机系统的抗干扰 1095

36.5.7 负载干扰的抑制 1097

36.5.8 电源所致干扰的抑制 1098

第37章 传感器与微机接口技术 1100

37.1 传感器的输出方式和模拟信号处理 1100

37.1.1 开关式 1100

37.1.2 模拟式传感器 1101

37.1.3 数字式传感器 1105

37.1.4 模拟信号处理 1106

37.2 数据变换系统 1107

37.2.1 数据变换系统的结构 1107

37.2.2 模拟多路开关 1108

37.2.3 采样保持放大器 1111

37.2.4 数-模转换器 1116

37.2.5 模-数转换器 1125

37.2.6 电压-频率、频率-电压转换器 1134

37.3 数字接口 1138

37.3.1 开关量输入 1138

37.3.2 数据传送方式 1141

37.3.3 数据总线接口 1147

37.4.1 传感器信号的非线性补偿及误差修正 1155

37.4 传感器信号的微机处理 1155

37.4.2 测量误差及其补偿方法 1159

37.4.3 数字滤波 1162

37.4.4 其它处理功能 1164

第38章 传感器的典型应用 1167

38.1 传感器在测试系统中的应用 1167

38.1.1 测试系统的基本组成 1167

38.1.2 测试系统软件 1168

38.1.3 测试系统的主要功能 1168

38.1.4 应用实例 1169

38.2 传感器在航空航天中的应用 1171

38.2.1 航空航天中需要测量的参数 1171

38.2.2 测量参数在飞机和发动机自动控制中的作用 1171

38.2.3 测量参数在自动寻的和导航中的作用 1171

38.3.2 射弹散布振动诊断的特征参数 1172

38.3.1 射弹散布的振动诊断 1172

38.3 传感器在兵器工业中的应用 1172

38.2.4 测量参数在飞机和发动机性能实验中的作用 1172

38.3.3 振动诊断的一般方法 1173

38.3.4 振动诊断与控制应用实例 1174

38.3.5 复杂冲击测量的工程应用 1174

38.4 传感器在公路交通系统中的应用 1176

38.4.1 汽车用传感器的种类及工作原理 1177

38.4.2 汽油发动机控制用传感器 1178

38.5 传感器在工业自动化控制中的应用 1179

38.6 传感器在机器人学中的应用 1180

38.6.1 传感器在机器人学中的地位 1180

38.6.2 机器人传感器简介 1182

38.7 传感器在医学中的应用 1184

38.7.1 医用传感器的作用和分类 1184

38.7.2 传感器的医学应用 1186

第39章 各种传感器性能比较及用途、特点 1187

39.1 力、测重传感器 1187

39.2 压力传感器 1188

39.3 力矩传感器 1189

39.4 位移、位置、尺度传感器 1190

39.5 速度传感器 1199

39.6 加速度传感器 1201

39.7 流量传感器 1202

39.8 密度传感器 1203

39.9 粘度传感器 1203

39.10 浊度传感器 1203

39.11 硬度传感器 1204

39.12 光传感器 1204

39.13 热传感器 1206

39.14 磁传感器 1208

39.15 声传感器 1209

39.16 射线传感器 1210

39.17 电光量传感器 1211

39.18 气体传感器 1211

39.19 湿度传感器 1212

39.20 离子传感器 1213

39.21 生物传感器 1214

第40章 常用敏感元件和传感器产品 1215

40.1 传感器选用原则 1215

40.2 敏感元件和传感器产品 1217

40.2.1 力、测重传感器 1217

40.2.2 压力传感器 1230

40.2.3 力矩传感器 1240

40.2.4 位移、位置、尺度传感器 1242

40.2.5 速度传感器 1250

40.2.6 加速度传感器 1251

40.2.7 流量传感器 1260

40.2.8 密度传感器 1263

40.2.9 粘度传感器 1265

40.2.10 浊度传感器 1266

40.2.11 硬度传感器 1267

40.2.12 光传感器 1268

40.2.13 热传感器 1274

40.2.14 磁传感器 1279

40.2.15 声传感器 1282

40.2.16 射线传感器 1286

40.2.17 电量传感器 1287

40.2.18 气体传感器 1289

40.2.19 温度传感器 1293

40.2.20 离子敏传感器 1296

40.2.21 传感器校准系统 1300