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前言 1

第1章 概论 1

1.1 传感器的概念与发展 1

1.1.1 传感器基本概念 1

1.1.2 传感器的构成与分类 2

1.1.3 传感器技术的发展趋势 3

1.2 传感器技术基础 5

1.2.1 传感器的特性与指标 5

1.2.2 传感器设计中的共性技术 12

第2章 阻抗式结构型传感器 17

2.1 阻抗式结构型传感器的敏感元件 17

2.1.1 弹性敏感元件的主要性能 17

2.1.2 常用弹性元件的结构和性能 18

2.1.3 弹性敏感元件的材料 22

2.2 电阻应变式传感器 23

2.2.1 电阻应变计的基本原理与结构 23

2.2.2 电阻应变计的主要特性 26

2.2.3 电阻应变计的温度效应及其补偿 27

2.3 电容式传感器 29

2.3.1 电容式传感器的原理与结构 29

2.3.2 应用中存在的问题及其改进措施 32

2.4 电感式传感器 36

2.4.1 电感式传感器的原理 36

2.4.2 自感式传感器的原理与结构 36

2.4.3 互感式传感器的原理与结构 38

2.4.4 自感式和互感式传感器的误差 42

2.4.5 电涡流式传感器 43

2.5 调理电路 47

2.5.1 电桥式测量电路 47

2.5.2 阻抗式传感器的差动结构 53

2.5.3 电流电压积分差动电路 55

2.5.4 直接放大 57

2.6 微机械传感器 58

2.6.1 微机电系统的分类和特点 59

2.6.2 微机械传感器的制造技术 60

2.6.3 微机械传感器的结构与原理 61

2.7 结构型阻抗式传感器应用与设计示例 64

2.7.1 电阻应变式传感器 64

2.7.2 电容式传感器 66

2.7.3 电感式传感器 68

2.7.4 微机械传感器 70

思考题 72

第3章 压电式传感器 75

3.1 压电效应及材料 75

3.1.1 压电效应 75

3.1.2 压电材料 77

3.1.3 压电振子 81

3.2 压电传感器等效电路和测量电路 82

3.2.1 等效电路 82

3.2.2 测量电路 83

3.3 压电式传感器及其应用 88

3.3.1 压电式加速度传感器 88

3.3.2 压电式力传感器 92

3.3.3 压电角速度陀螺 92

3.4 声波传感技术 94

3.4.1 SAW传感器 94

3.4.2 超声检测 100

思考题 106

第4章 光电式传感器 108

4.1 光源与光辐射体概述 108

4.1.1 光的特性 108

4.1.2 光源与光辐射体 109

4.2 光电效应及器件 115

4.2.1 外光电效应 115

4.2.2 内光电效应 116

4.2.3 热探测器 118

4.3 光电器件的特性 121

4.3.1 光照特性 121

4.3.2 光谱特性 122

4.3.3 响应时间 122

4.3.4 峰值探测率 123

4.3.5 温度特性 123

4.4 探测器噪声和低噪声电子设计 123

4.4.1 噪声 123

4.4.2 探测器噪声的类型 124

4.4.3 低噪声电子设计 125

4.5 新型光电检测器 130

4.5.1 光位置传感器 130

4.5.2 量子阱探测器 130

4.5.3 光电磁探测器 132

4.5.4 固态图像传感器 132

4.6 激光传感技术 137

4.6.1 干涉测试技术 138

4.6.2 衍射测试技术 140

4.6.3 激光多普勒测速技术 142

4.7 光纤传感器 145

4.7.1 光纤传感器基础 145

4.7.2 光纤传感器中几种常用的光强调制技术 149

4.7.3 光纤干涉传感器原理 153

4.8 光电式传感器 154

4.8.1 光电式传感器的类型 154

4.8.2 光电尺寸测量举例 156

4.8.3 激光传感技术实例 157

4.8.4 光纤传感器实例 162

4.8.5 机器人视觉传感器 166

思考题 170

第5章 磁敏传感器 172

5.1 霍尔式磁敏传感器 172

5.1.1 霍尔效应 172

5.1.2 霍尔元件的主要技术参数 176

5.1.3 霍尔元件的等效电路及不等位电势补偿原理 177

5.1.4 霍尔磁传感器电路分析与设计 177

5.1.5 霍尔集成电路 178

5.1.6 霍尔式磁敏传感器的应用 179

5.2 结型磁敏器件 181

5.2.1 磁敏二极管 181

5.2.2 磁敏晶体管 184

5.3 磁阻式磁敏传感器 187

5.3.1 半导体磁阻传感器 187

5.3.2 韦根德器件 190

5.3.3 铁磁性金属薄膜磁敏电阻 193

5.3.4 巨磁阻效应器件 195

5.4 机械式、感应式与磁通门式磁敏传感器 195

5.4.1 机械式磁敏传感器 195

5.4.2 感应式磁敏传感器 196

5.4.3 磁通门式磁敏传感器 200

5.5 磁共振式及超导式磁敏传感器 204

5.5.1 光泵式磁敏传感器 204

5.5.2 质子旋进式磁敏传感器 208

5.5.3 超导磁敏传感器 209

5.6 光纤磁敏传感器 217

5.6.1 法拉第效应光纤磁敏传感器 217

5.6.2 磁致伸缩效应光纤磁场传感器 217

5.6.3 光纤磁场传感器的应用 218

5.7 微波传感器 219

5.7.1 微波的概念、特点及应用 219

5.7.2 微波传感系统的原理、特点及关键部件 220

5.7.3 典型微波传感系统及其应用 223

思考题 234

第6章 数字式传感器 236

6.1 感应同步器 236

6.1.1 感应同步器的结构与类型 236

6.1.2 感应同步器的工作原理 238

6.1.3 数字测量系统 241

6.1.4 感应同步器的接长使用 243

6.2 编码器 244

6.2.1 光电编码器的基本结构与原理 244

6.2.2 测量电路 248

6.3 光栅 249

6.3.1 光栅的结构与测量原理 250

6.3.2 数字转换原理 251

6.4 容栅式传感器 254

6.4.1 容栅传感器的工作原理 254

6.4.2 数字测量原理 255

6.5 磁栅传感器 257

6.5.1 磁栅的结构与工作原理 257

6.5.2 数字测量原理 259

6.6 频率式传感器 260

6.6.1 振弦式频率传感器 261

6.6.2 振筒式频率传感器 263

6.7 数字传感器信号远传时的两个技术问题 264

6.7.1 传输线路引起的数字信号畸变与抑制 264

6.7.2 远距离供电的稳压方法 265

思考题 266

第7章 过程参数检测中的常用传感器技术 267

7.1 概述 267

7.1.1 过程参数检测的意义 267

7.1.2 参数检测应考虑的问题 267

7.1.3 过程检测技术的分类 267

7.2 温度检测 268

7.2.1 温度和温标 268

7.2.2 测温方法分类 268

7.2.3 典型测温方法和传感器 269

7.3 压力检测 277

7.3.1 压力的概念和表示方法 277

7.3.2 常用压力检测方法 278

7.3.3 常用压力传感器和压力检测仪表 278

7.3.4 压力检测仪表的校准 283

7.4 流量检测 283

7.4.1 流量的概念 284

7.4.2 流量计与流量检测方法分类 284

7.4.3 典型流量计 284

7.5 物位检测 292

7.5.1 液位检测 292

7.5.2 料位检测 299

7.5.3 相界面检测 301

思考题 301

第8章 化学与生物传感器 302

8.1 化学传感器 302

8.1.1 电位型电化学传感器原理 302

8.1.2 离子敏感器件 303

8.1.3 气敏传感器 306

8.2 生物传感器 310

8.2.1 酶传感器 311

8.2.2 微生物传感器 313

8.2.3 免疫传感器 316

8.2.4 生物组织传感器 318

8.2.5 光生物传感器 319

思考题 320

第9章 智能传感器 321

9.1 智能传感器概述 321

9.2 智能传感器的构成、功能与特点 321

9.2.1 智能传感器的实现结构 322

9.2.2 智能传感器的功能与特点 323

9.3 智能传感器的实现途径 325

9.3.1 集成化 326

9.3.2 软件化 328

9.3.3 多传感器信息融合 341

9.3.4 网络化 352

9.4 典型智能传感器简介 355

思考题 358

参考文献 359