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第1章 感测系统基础知识 1

1.1 基本概念 1

1.1.1 典型的计算机数据采集／控制系统 2

1.1.2　分散型数据采集系统 4

1.2　基本原理 5

1.2.1　传感器功能、材料和效应 5

1.2.2　光电效应 5

1.2.3　电光效应 8

1.2.4　磁光效应 9

1.2.5　磁电效应 9

1.2.6　热电效应和热释电效应 9

1.2.7　压电效应 10

1.2.8　压阻效应 11

1.2.9　磁致伸缩效应和压磁效应 11

1.2.10　光的多普勒效应 12

1.2.11　萨古纳克效应 13

1.2.12　吸附效应 14

1.2.13　半导体表面场效应 14

1.3　基本特性 15

1.3.1　传感器的静态特性 15

1.3.2　传感器的动态特性 24

1.4　选择依据和使用注意事项 36

1.4.1　感测系统的选择依据 36

1.4.2　感测系统使用注意事项 37

1.5 校准 38

1.5.1　感测系统校准原则 39

1.5.2　感测系统的静态校准 40

1.5.3　感测系统的动态校准 41

第2章　视觉感测 46

2.1　机器视觉概念 46

2.2　机器视觉检测方式与典型结构 49

2.2.1　视觉敏感元器件 50

2.2.2　视觉传感器 52

2.3 图像处理与识别 58

2.3.1 图像处理 58

2.3.2　图像描述 59

2.3.3 图像识别 59

2.4　机器视觉传感器的应用 60

2.5　机器人视觉临场感技术 60

2.5.1　临场感的概念 60

2.5.2　临场感系统的组成 61

2.5.3　视觉临场感系统 62

第3章　听觉感测 64

3.1　基本概念 64

3.1.1 声波 64

3.1.2　声波特性 65

3.1.3　人的听觉 67

3.2　声传感器基本特性 67

3.2.1　传声器的灵敏度 67

3.2.2　传声器的频率响应 68

3.2.3　传声器的指向性 68

3.2.4　传声器的输出阻抗 68

3.2.5　传声器的最大声压级 68

3.3 感测方式和典型结构 70

3.3.1　电动式传声器 70

3.3.2　电容式传声器 71

3.3.3　驻极体传声器 72

3.3.4　超声波传感器 73

3.3.5　声发射与声发射传感器 76

3.4　声传感器的应用 79

3.5 声传感器的使用特点 81

第4章　触觉、力觉感测 82

4.1 基本概念 82

4.1.1 触觉、力觉传感器的功能 82

4.1.2　触觉、力觉传感器的分类 83

4.2　基本特性 84

4.3　感测方式和典型结构 84

4.3.1　接触觉传感器 84

4.3.2　压觉传感器 85

4.3.3　滑觉传感器 92

4.3.4　冷热觉传感器 94

4.3.5　力觉传感器 96

4.4　力觉临场感技术 101

第5章 嗅觉、味觉感测 104

5.1 基本概念 104

5.1.1　嗅觉传感器 104

5.1.2　味觉传感器 105

5.2　基本特性 106

5.3　感测方式和典型结构 106

5.3.1　嗅觉传感器 106

5.3.2　味觉传感器 108

第6章　温度感测 111

6.1 基本概念 111

6.1.1　温度的概念 111

6.1.2　温标 111

6.1.3　温度标准的传递 113

6.1.4　温度计的校准 113

6.1.5　测温方法与测温仪器的分类 113

6.2　感测方式和典型结构 114

6.2.1 热电偶 115

6.2.2　热电阻传感器 118

6.2.3　半导体热敏电阻传感器 120

6.2.4　热敏铁氧体温度传感器 121

6.2.5　晶体管温度传感器 123

6.2.6　石英温度传感器 124

6.2.7　光纤温度传感器 125

6.2.8　全辐射测温系统 126

6.2.9　亮度式测温系统 126

6.2.10　比色式测温系统 127

6.3　温度传感器的应用 129

6.3.1　测量管道流量 129

6.3.2 气体成分分析 129

6.3.3　金属材质鉴别仪 130

6.4　温度传感器的使用特点 132

第7章　磁场感测 135

7.1　基本概念 135

7.2　感测方式和典型结构 135

7.2.1 霍尔元件 135

7.2.2　磁敏二极管和磁敏晶体管 136

7.2.3　CMOS磁敏器件 139

7.2.4　半导体磁敏电阻 140

7.2.5　强磁性金属薄膜磁敏电阻 141

7.2.6　韦根德磁敏器件 142

7.2.7　半导体三维磁矢量器件 143

7.2.8　Z-元件 144

7.2.9　超导量子干涉器件 145

7.2.10　巨磁阻抗传感器（GMI） 147

7.3　磁传感器的使用特点 147

第8章　位移感测 150

8.1 基本概念 150

8.2　感测方式和典型结构 150

8.2.1　电阻式位移感测 150

8.2.2 电感式位移感测 151

8.2.3　电容式位移感测 153

8.2.4　电涡流式位移感测 154

8.2.5　光电式位移感测 156

8.2.6　数字式位移传感器 161

8.2.7　超声位移感测 167

8.2.8　激光雷达位移感测 169

8.2.9　“气体摆”倾斜角传感器 171

8.3 位移传感器的使用特点 172

第9章　速度感测 179

9.1　基本概念 179

9.2　感测方式和典型结构 179

9.2.1　线速度感测 179

9.2.2　转速感测 183

9.3　速度传感器的使用特点 186

第10章　加速度感测 190

10.1　基本概念 190

10.2　感测方式和典型结构 193

10.2.1　压电式加速度感测 193

10.2.2　应变式加速度传感器 194

10.2.3　压阻式加速度感测 196

10.2.4　电容式加速度感测 198

10.2.5　力平衡式微机械加速度传感器 201

10.2.6　微机械热对流加速度传感器 203

10.2.7　微机械谐振式加速度传感器 204

10.2.8　隧道电流式微加速度传感器 205

10.2.9　真空微电子加速度传感器 206

10.2.10　光纤式加速度感测 206

10.3 加速度传感器的使用特点 208

第11章　姿态感测 211

11.1　基本概念 211

11.2　感测方式和典型结构 212

11.2.1　地磁传感器 212

11.2.2　速率陀螺仪 212

11.2.3　气体速率陀螺 213

11.2.4　振梁式压电陀螺 214

11.2.5　静电陀螺 215

11.2.6　光陀螺 216

11.2.7　光纤陀螺 217

11.2.8　微机械陀螺 217

11.3　陀螺传感器的使用特点 222

第12章　应变感测 223

12.1 基本概念 223

12.2　感测方式和典型结构设计 224

12.2.1　电阻式应变感测 224

12.2.2　全场应变感测 232

第13章　力感测 235

13.1 基本概念 235

13.2　感测方式和特点 235

13.2.1 力传感器中的弹性敏感元件 235

13.2.2　其他感测方式 242

13.3 典型结构设计与特性 243

13.3.1　应变测力传感器 243

13.3.2　压电式测力传感器 244

13.4　力传感器的使用特点 246

第14章　压力感测 248

14.1 基本概念 248

14.2　感测方式和特点 249

14.2.1 弹性压力敏感元件 249

14.2.2　压力感测方式 255

14.3 典型结构设计与特性 255

14.3.1 压电式压力感测 255

14.3.2 电阻式压力感测 258

14.3.3　电感式压力感测 262

14.3.4 电容式压力感测 263

14.3.5　压磁式压力感测 265

14.3.6　光纤式压力感测 266

14.3.7　力平衡式压力感测 268

14.4　压力传感器的使用要点 269

第15章　扭矩感测 272

15.1　基本概念 272

15.2　感测方式和特点 272

15.3　典型结构设计与特性 273

15.3.1　磁阻式扭矩感测 273

15.3.2　应变式扭矩感测 275

15.3.3　相位差式扭矩感测 281

15.3.4　振弦式扭矩感测 286

15.5　扭矩传感器的使用要点 286

第16章　流量感测 287

16.1 基本概念 287

16.2　感测方式和特点 287

16.3　典型结构设计与特性 289

16.3.1　差压式流量计 289

16.3.2　速度流量计 295

16.3.3　容积式流量计 300

16.3.4　振动式流量计 301

16.3.5　质量流量计 304

16.4 流量传感器的使用要点 306

第17章 电量感测 308

17.1　基本概念 308

17.2　感测方式和典型结构设计 308

17.2.1 电流量感测 308

17.2.2　电压量感测 315

17.2.3　电能量感测 316

17.2.4　频率感测 319

17.4 电量传感器的使用要点 321

参考文献 323