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目录 1

绪论 1

0.1 传感技术的地位 1

0.2 传感技术的作用 2

0.3 传感技术的特点 3

0.4 传感技术的发展趋势 4

第1章 电测的基本知识 7

1.1 电子测量 7

1.2 测量方法 8

1.3.2 误差的表示方法 9

1.3.1 有关误差的基本知识 9

1.3 测量误差 9

1.3.3 误差的分类 10

1.3.4 误差的来源 11

1.4 电测技术中的干扰及抑制措施 11

1.4.1 干扰的类型及防护 11

1.4.2 噪声源与噪声的耦合方式 13

1.4.3 抑制干扰的措施 17

复习思考题 20

第2章 传感技术的基本概念与特性 21

2.1 传感技术的定义 21

2.3 传感器的分类与要求 22

2.2 传感器的组成 22

2.4 传感技术的基本定律 24

2.5 新型敏感材料 25

2.6 传感器的静态特性 26

2.7 传感器的动态特性 29

2.7.1 传感器的阶跃响应特性 29

2.7.2 传感器的频率响应特性 30

2.7.3 传感器典型环节的动态响应 31

2.8 传感器无失真测试条件 34

复习思考题 35

3.1.1 线绕电位器的结构和工作原理 36

3.1 电位器式传感器 36

第3章 电阻传感器 36

3.1.2 线绕电位器式传感器的阶梯特性、阶梯误差及分辨率 37

3.1.3 电位器的负载特性与负载误差 39

3.1.4 非线绕电位器式传感器 41

3.2 金属应变式传感器 42

3.2.1 应变效应 42

3.2.2 金属电阻应变片的结构与工作原理 42

3.2.3 金属电阻应变片的静态特性 45

3.2.4 金属电阻应变片的动态特性 47

3.2.5 金属电阻应变片的测量电路 49

3.2.6 金属电阻应变片的温度误差及其补偿 55

3.3 压阻式传感器 58

3.3.1 压阻效应 59

3.3.2 半导体应变片的工作原理 59

3.3.3 半导体应变片的主要特性 60

3.3.4 半导体应变片的温度补偿方法 61

3.4 电阻式传感器的应用 62

3.4.1 电阻应变仪 62

3.4.2 电位器式压力传感器 63

3.4.3 金属电阻应变式传感器 63

复习思考题 69

4.1.1 电容传感器的工作原理和特点 71

4.1 电容传感器的工作原理、类型和特点 71

第4章 电容传感器 71

4.1.2 变极距型电容传感器 72

4.1.3 变面积型电容传感器 75

4.1.4 变介质型电容传感器 77

4.2 电容传感器的等效电路 81

4.3 电容传感器的测量电路 82

4.3.1 调频电路 82

4.3.2 谐振电路 83

4.3.3 脉冲电路 83

4.3.4 运算放大器电路 84

4.3.5 一般交流电桥电路 84

4.3.6 紧耦合电桥电路 85

4.3.7 变压器电桥电路 86

4.3.8 二极管双T交流电桥电路 87

4.3.9 脉冲调宽电路 88

4.4 引起电容传感器测量误差的因素及改进措施 90

4.4.1 温度对电容器结构尺寸的影响 90

4.4.2 电容电场边缘效应的影响 91

4.4.3 寄生电容与分布电容的影响 92

4.4.4 外界干扰的影响 93

4.5.1 电容法测泥料水分 94

4.5 电容传感器的应用 94

4.4.6 漏电阻的影响 94

4.4.5 温度对介质的介电常数的影响 94

4.5.2 电容测厚传感器在板材轧制中的应用 95

4.5.3 电容式液位计 95

4.5.4 电容式料位计 97

4.5.5 电容式压力传感器 98

4.5.6 电容式振动、位移测量仪 99

4.5.7 电容式荷重传感器 99

4.6 容栅式传感器 100

4.6.1 开环调幅式容栅传感器工作原理 100

4.6.2 闭环调幅式容栅传感器工作原理 100

4.6.3 调相式容栅传感器工作原理 101

复习思考题 102

5.1 自感式传感器 104

5.1.1 自感式传感器的结构与工作原理 104

第5章 电感传感器 104

5.1.2 等效电路及其有关电气参数分析 105

5.1.3 变气隙厚度式自感传感器 109

5.1.4 差动式变气隙厚度自感传感器 110

5.1.5 变气隙面积式自感传感器 110

5.1.6 螺管式自感传感器 112

5.1.7 自感式传感器的测量电路 114

5.1.8 影响自感传感器精度的因素及改进措施 117

5.2.1 互感式传感器的结构与工作原理 119

5.2 互感式传感器 119

5.2.2 互感式传感器等效电路 120

5.2.3 互感式传感器测量电路 122

5.3 电涡流式传感器 125

5.3.1 电涡流传感器的基本结构与工作原理 125

5.3.2 电涡流的形成范围 126

5.3.3 被测导体材料、形状、大小和安装对传感器灵敏度的影响 127

5.3.4 电涡流传感器的等效电路与阻抗特性 127

5.3.5 电涡流传感器的测量电路 131

5.3.6 低频透射式电涡流传感器 132

5.4.2 压磁传感器的工作原理 133

5.4.1 压磁效应 133

5.4 压磁式传感器 133

5.4.3 压磁式测力传感器的结构 134

5.4.4 压磁传感器的特性 135

5.4.5 压磁传感器的测量电路 136

5.5 电感式传感器的应用 137

5.5.1 自感式传感器的应用 137

5.5.2 差动变压器的应用 137

5.5.3 电涡流传感器的应用 139

5.5.4 压磁传感器的应用 142

复习思考题 143

6.1.1 压电效应 145

6.1 压电效应与压电材料 145

第6章 压电传感器 145

6.1.2 压电材料 146

6.1.3 石英晶体的压电特性 148

6.1.4 压电陶瓷的压电特性 150

6.2 压电传感器的等效电路和测量电路 151

6.2.1 压电晶片的连接方式 151

6.2.2 压电传感器的等效电路 152

6.2.3 压电传感器的测量电路 153

6.3 压电传感器的应用 156

6.3.1 压电式测力传感器 156

6.3.4 煤气灶电子点火装置 157

6.3.2 测表面粗糙度 157

6.3.3 压电引爆 157

6.3.5 汽轮发电机工况检测系统 158

6.3.6 压电式料位测量系统 159

复习思考题 159

第7章 磁电传感器 160

7.1 磁电感应式传感器 160

7.1.1 磁电感应式传感器的工作原理 160

7.1.2 磁电感应式传感器的结构及要求 161

7.2 霍尔传感器 162

7.2.1 霍尔效应和工作原理 162

7.2.2 霍尔元件的主要技术参数及类型 164

7.2.3 霍尔元件的连接方式和输出电路 166

7.2.4 霍尔元件误差分析及补偿方法 167

7.3 磁敏电阻器 170

7.3.1 磁阻效应 170

7.3.2 磁敏电阻器的分类、结构及工作原理 170

7.4 磁敏二极管和磁敏三极管 172

7.4.1 磁敏二极管 172

7.4.2 磁敏三极管 174

7.5 磁电传感器的应用 176

7.5.1 霍尔传感器的应用 176

7.5.2 磁敏电阻的应用 179

7.5.3 磁敏二极管漏磁探伤仪 180

7.5.4 磁敏三极管电位器 181

复习思考题 181

第8章 热电传感器 182

8.1 热电偶传感器 182

8.1.1 热电效应 182

8.1.2 热电偶的工作原理 184

8.1.3 热电势性质与热电偶的基本定律 186

8.1.4 热电偶的结构、种类和特点 188

8.1.6 热电偶实用测量电路 192

8.1.5 热电偶测温原理 192

8.1.7 热电偶冷端温度误差及其补偿 195

8.2 热电阻传感器 198

8.2.1 热电阻材料的特点 198

8.2.2 电阻与温度的关系 198

8.2.3 常用热电阻 199

8.2.4 热电阻的测温电路 201

8.2.5 使用热电阻时应注意的事项 202

8.3 热敏电阻传感器 202

8.3.1 热敏电阻的工作原理 202

8.3.2 热敏电阻的结构形式与基本类型 203

8.3.3 热敏电阻的主要参数与特性 205

8.3.4 热敏电阻输出特性的线性化处理 207

8.4.1 温敏二极管 209

8.4 PN结温度传感器 209

8.4.2 温敏三极管 211

8.4.3 温控晶闸管 212

8.5 集成温度传感器 213

8.5.1 基本原理与核心电路 213

8.5.2 电压输出型集成电路温度传感器 215

8.5.3 电流输出型集成电路温度传感器 216

8.6.1 热释电效应 218

8.6.2 热释电红外传感器 218

8.6 热释电红外传感器 218

8.6.3 热释电红外探测模块 220

8.7 热电传感器的应用 221

复习思考题 224

第9章 光电传感器 225

9.1 光源 225

9.1.1 光的特性 225

9.1.2 常用光源及特性 226

9.2 光电效应 229

9.2.1 外光电效应 229

9.2.2 内光电效应 230

9.3.1 光电管 231

9.3 外光电效应器件 231

9.3.2 光电倍增管 233

9.4 内光电效应器件 235

9.4.1 光敏电阻 235

9.4.2 光电池 237

9.4.3 光敏二极管 239

9.4.4 光敏三极管 240

9.4.5 光敏晶闸管 243

9.4.6 光敏集成器件 243

9.5.1 PIN结光电二极管 244

9.5.2 雪崩式光电二极管（APD） 244

9.5 新型光电传感器 244

9.5.3 色敏光电传感器 245

9.5.4 光电位置传感器 246

9.6 光图像传感器 249

9.6.1 电荷耦合器件（CCD） 249

9.6.2 CCD图像传感器 251

9.7 光电码盘 252

9.8 光电传感器的应用 254

9.8.1 光电传感器应用的几种基本形式 254

9.8.2 烟尘浊度监测仪 255

9.8.3 光电转速传感器 256

9.8.5 光电传感器在输液监测中的应用 257

9.8.4 光电池在路灯控制器中的应用 257

9.8.6 声控光敏延时开关电路 259

9.8.7 条形码扫描笔 259

复习思考题 260

第10章 光栅传感器 261

10.1 光栅基础知识 261

10.1.1 光栅分类及结构 261

10.1.2 莫尔条纹原理与特点 262

10.2 光栅传感器的工作原理 263

10.2.1 光电转换原理 263

10.2.3 辨向原理 264

10.2.2 莫尔条纹测量位移原理 264

10.3 莫尔条纹细分技术 265

10.3.1 细分方法 265

10.3.2 直接细分 265

10.3.3 电位器桥细分 266

10.4 光栅传感器的误差 268

10.5 常见光学系统 269

10.5.1 直接接收式光学系统 269

10.5.2 分光式光学系统 270

10.6 光栅传感器的设计要点 272

10.6.1 照明系统 272

10.6.2 光栅副 273

10.6.3 光电接收元件 274

复习思考题 274

第11章 光纤传感器 275

11.1 光纤的基本知识 275

11.1.1 什么是光纤 275

11.1.2 光纤的结构 275

11.1.3 光纤的的种类 276

11.1.4 光纤的传光原理 277

11.1.5 光纤的主要参数 279

11.2.2 光纤传感器分类 281

11.2.1 光纤传感器的基本原理 281

11.2 光纤传感器的基本原理、分类及结构 281

11.2.3 光纤传感器的特点 285

11.2.4 光纤传感器的结构 286

11.3 光纤传感器的应用 288

11.3.1 光纤传感器的应用特点 288

11.3.2 光纤传感器的构成、工作原理与检测方法 289

11.4 功能型光纤传感器举例 290

11.4.1 相位调制型光纤传感器 290

11.4.2 光强调制型光纤传感器 293

11.4.3 偏振态调制型光纤传感器 293

11.4.4 光纤磁场传感器 294

11.5.1 传输光强调制型光纤传感器 295

11.5 非功能型光纤传感器 295

11.5.2 反射光强调制型光纤传感器 296

11.5.3 频率调制型光纤传感器 297

11.5.4 光纤液位传感器 299

11.5.5 光纤位移传感器 299

11.5.6 光纤温度传感器 300

复习思考题 300

12.1.1 红外光的特点 301

12.1.2 光电红外传感器 301

12.1 红外线光电传感器 301

第12章 辐射传感器 301

12.1.3 红外检测的物理基础 302

12.1.4 红外辐射检测技术的应用 303

12.2 紫外线光电传感器 306

12.3 激光传感器 307

12.3.1 激光的形成 307

12.3.2 激光的特性 308

12.3.3 常用激光器及其特点 308

12.3.4 激光检测技术的应用 308

12.4 超声波传感器 310

12.4.1 超声波的传播速度 310

12.4.2 超声波的物理性质 312

12.4.3 超声波传感器 313

12.4.4 超声波检测技术的应用 314

12.5 微波传感器 323

12.5.1 微波的基础知识 323

12.5.2 微波传感器 323

12.5.3 微波传感器的应用 324

12.6 核辐射传感器 328

12.6.1 核辐射传感器的物理基础 328

12.6.2 核辐射的物理特性 329

12.6.3 核辐射传感器 330

12.6.4 核辐射传感器的应用 332

复习思考题 333

第13章 化学传感器 334

13.1 离子敏传感器 334

13.1.1 MOSFET场效应管的结构与特性 334

13.1.2 离子敏传感器的结构与工作原理 335

13.1.3 ISFET的特点和参数 337

13.1.4 ISFET的应用 338

13.2 半导体气敏传感器 339

13.2.1 半导体气敏传感器的分类 339

13.2.2 半导体气敏传感器的工作原理 340

13.2.3 半导体气敏传感器的结构及特性 341

13.2.5 电化学式气敏传感器 344

13.2.4 接触燃烧式气敏传感器 344

13.2.6 红外线气敏传感器 345

13.2.7 固体电解质氧气传感器 346

13.2.8 电阻式气敏传感器 346

13.2.9 氢敏MOS场效应管 347

13.2.10 气敏二极管 350

13.2.11 气敏传感器的应用 350

13.3 湿敏传感器 353

13.3.1 湿度与湿敏传感器的分类 353

13.3.2 水分子亲和力型湿敏传感器、 354

13.3.3 非水分子亲和力型湿敏传感器 362

13.3.4 湿敏传感器的应用 365

13.4 电化学传感器 369

复习思考题 370

第14章 生物传感器 371

14.1 生物传感器的基本结构与工作原理 371

14.2 酶传感器 374

14.2.1 酶传感器的结构 374

14.2.2 酶传感器的分类 375

14.2.3 酶传感器的应用 375

14.3 微生物传感器 376

14.3.1 微生物传感器的特点 377

14.3.3 微生物传感器的基本工作原理 378

14.3.2 微生物传感器的结构与分类 378

14.3.4 微生物传感器的应用 379

14.4 免疫传感器 380

14.4.1 免疫传感器的结构 380

14.4.2 免疫传感器的分类 381

14.4.3 免疫传感器的应用 381

14.5 生物电子学传感器 382

14.5.1 酶场效应管的结构与工作原理 382

14.5.2 免疫场效应晶体管的结构与工作原理 383

复习思考题 383

15.1.1 智能传感器 384

15.1.2 智能集成温度传感器简介 384

15.1 智能传感器 384

第15章 智能温度传感器 384

15.2 智能温度传感器（DS18B20）的工作原理 385

15.2.1 DS18B20的性能特点 386

15.2.2 DS18B20的内部结构 386

15.2.3 DS18B20的工作原理 387

15.3 智能温度传感器（DS18B20）应用实例 388

15.3.1 DS18B20与微处理器的接口技术 388

15.3.2 由DS18B20构成的智能温度测量装置 391

复习思考题 394

附录 395

参考文献 406