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目录 1

第1章 概论 1

1.1 传感技术的定义及作用 1

1.2 传感技术的组成与分类 3

1.2.1 传感技术的组成 3

1.2.2 传感器的分类 3

1.3 传感技术器件的特性参数及选择 5

1.3.1 静态参数 5

1.3.2 动态参数 6

1.3.3 选择传感器应注意的事项 7

1.4 传感技术器件的发展趋势 8

小结 9

习题 10

第2章 光电式传感技术 11

2.1 光敏二极管 12

2.1.1 光敏二极管的工作原理和结构 12

2.1.2 光敏二极管的基本特性 12

2.1.3 光敏二极管的型号参数 14

2.1.4 光敏二极管的应用 15

2.2 光敏三极管 16

2.2.2 光敏三极管的基本特性 17

2.2.1 光敏三极管的工作原理和结构 17

2.2.3 光敏三极管的型号参数 18

2.2.4 光敏三极管的应用 19

2.3 光敏电阻 22

2.3.1 光敏电阻的工作原理与结构 22

2.3.2 光敏电阻的主要参数和基本特性 23

2.3.3 常用光敏电阻的性能参数 25

2.3.4 光敏电阻的应用 26

2.4 光电池 28

2.4.1 光电池的工作原理和结构 28

2.4.2 光电池的基本特性 29

2.4.3 光电池的型号参数 31

2.4.4 光电池的应用 31

2.5 高速光电二极管 32

2.5.1 高速光电二极管的类型结构 33

2.5.2 高速光电二极管的特性参数 34

2.6 光电倍增管 35

2.6.1 光电倍增管的结构 36

2.6.2 光电倍增管的工作原理 36

2.6.3 光电倍增管的主要参数 36

2.6.4 光电倍增管的应用 37

2.7 色敏光电传感器 38

2.7.2 色敏光电传感器的基本特征 39

2.7.1 色敏光电传感器的基本原理 39

2.7.3 色敏光电传感器的应用 40

2.8 光位置传感器 41

2.8.1 光位置传感器的结构原理 41

2.8.2 光位置传感器的主要用途 41

2.9 红外光传感器 41

2.9.1 红外辐射 41

2.9.2 红外光传感器的工作原理与结构 42

2.9.3 红外光传感器的应用 45

2.10.1 电荷耦合器件（CCD） 47

2.10 光固态CCD图像传感器 47

2.10.2 MOS图像传感器 55

2.10.3 CCD器件的应用 58

2.11 光纤传感器 60

2.11.1 光纤的传光原理 60

2.11.2 光纤传感器的原理 61

2.11.3 光纤传感器实例 64

2.12 激光传感器 67

2.12.1 激光产生的机理 67

2.12.2 激光的特性 68

2.12.4 激光传感器的应用 69

2.12.3 激光器及其特性 69

2.13 核辐射（光）传感器 71

2.13.1 核辐射源——放射性同位素 71

2.13.2 核辐射的物理特性 72

2.13.3 核辐射传感器 74

2.13.4 核辐射传感器的应用 75

2.14 典型应用举例 75

2.14.1 光电式传感器的模拟量检测 75

2.14.2 光电式传感器的数字量检测 76

小结 79

习题 81

第3章 数字式传感技术 83

3.1 光栅传感器 83

3.1.1 光栅的结构和类型 83

3.1.2 光栅传感器的工作原理 84

3.1.3 细分技术 86

3.1.4 光栅数显装置 88

3.1.5 光栅传感器的应用 89

3.2 磁栅传感器 90

3.2.1 磁栅传感器的组成及类型 90

3.2.2 磁栅传感器的工作原理 91

3.2.3 磁栅数显装置 93

3.2.4 磁栅传感器的应用 94

3.3 接触式编码器 95

3.3.1 接触式编码器的结构与工作原理 95

3.3.2 接触式编码器提高精度的途径 97

3.3.3 接触式编码器的优缺点 98

3.4 光电式编码器 98

3.4.1 光电式编码器的结构和工作原理 98

3.4.2 提高分辨率的方法——插值法 99

3.5.2 电磁式编码器的优缺点 100

3.5.1 电磁式编码器的结构和工作原理 100

3.5 磁电式编码器 100

3.4.4 光电式编码器的优缺点 100

3.4.3 光电式编码器的主要技术指标 100

3.6 脉冲盘式数字传感器 101

3.6.1 脉冲盘式数字传感器的结构与工作原理 101

3.6.2 旋转方向的判别 101

3.6.3 脉冲盘式数字传感器的优缺点 102

3.7 RC振荡器式频率传感器 102

3.7.1 RC振荡器式频率传感器的工作原理 102

3.7.2 RC振荡器式频率传感器的基本测量方法 103

3.7.3 RC振荡器式频率传感器的使用测量注意事项 103

3.8.2 弹性体频率式传感器的结构 104

3.8 弹性体频率式传感器 104

3.8.1 弹性体频率式传感器的工作原理 104

3.8.3 弹性体频率式传感器的激励电路 105

3.8.4 弹性体频率式传感器的输入-输出特性 106

3.9 直线式感应同步器 107

3.9.1 直线式感应同步器的类型 107

3.9.2 直线式感应同步器的结构 107

3.9.3 直线式感应同步器的工作原理 108

3.9.4 直线式感应同步器的数显装置 109

3.9.5 直线式感应同步器和数显表的型号及参数 110

3.9.6 直线式感应同步器的安装使用注意事项 111

3.10 旋转式感应同步器 113

3.10.1 旋转式感应同步器的结构 113

3.10.2 旋转式感应同步器的特性参数 114

3.11 旋转变压器 115

3.11.1 旋转变压器结构 115

3.11.2 旋转变压器的工作原理 116

3.11.3 旋转变压器的主要参数 118

3.11.4 旋转变压器的应用 118

3.12 典型应用举例 119

3.12.1 位置检测 119

3.12.2 转速测量 120

3.12.4 定位控制 121

3.12.3 机床闭环控制 121

3.12.5 随动控制 122

小结 123

习题 123

第4章 热电式传感技术 124

4.1 热敏电阻 124

4.1.1 热敏电阻的结构形式 124

4.1.2 热敏电阻的温度特性 125

4.1.3 热敏电阻输出特性的线性化处理 126

4.2.1 双金属片式热电开关 129

4.1.4 热敏电阻的应用 129

4.2 热电开关 129

4.2.2 陶铁磁体式热电开关 131

4.2.3 热电开关的应用 132

4.3 铂电阻 133

4.3.1 铂电阻与温度的关系 134

4.3.2 铂电阻体结构 134

4.3.3 铂电阻分度特性表 134

4.4 铜电阻 135

4.5 热电偶 136

4.4.4 铜电阻的缺点 136

4.4.2 铜电阻体结构 136

4.4.3 铜电阻分度特性表 136

4.4.1 铜电阻与温度的关系 136

4.5.1 热电偶的基本工作原理 137

4.5.2 热电偶的基本定律 137

4.5.3 热电偶的结构 138

4.5.4 热电偶冷端的温度补偿 140

4.6 温敏二极管 142

4.6.1 温敏二极管工作原理 142

4.7.1 温敏三极管的基本原理 143

4.7 温敏三极管 143

4.6.2 温敏二极管的基本特性——（UF-T）关系 143

4.7.2 温敏三极管测温的基本电路 144

4.8 温敏晶闸管（可控硅） 144

4.8.1 温敏晶闸管的工作原理 144

4.8.2 温敏晶闸管的温度特性 145

4.8.3 温敏晶闸管的开关温度控制 146

4.8.4 温敏晶闸管（可控硅）的应用 147

4.9 集成温度传感器 148

4.9.1 电压型集成温度传感器 148

4.9.2 电流型集成温度传感器（AD590） 149

4.10.1 热辐射温度传感器 152

4.10 新型及特种温度传感器 152

4.10.2 热敏电容 154

4.10.3 石英温度计 155

4.10.4 表面波温度传感器 155

4.10.5 超声波温度传感器 155

4.10.6 谐振式温度计 155

4.10.7 音叉式水晶温度传感器 156

4.10.8 光纤温度传感器 156

4.11.1 温度检测及指示 158

4.11.2 温度补偿电路 158

4.11 典型应用举例 158

4.11.3 过热保护 159

4.11.4 自动延时电路 160

4.11.5 控温电路 160

4.11.6 降温报警器 162

4.11.7 温度控制器 162

4.11.8 摄氏温度计 162

4.11.9 温差测量 163

小结 164

习题 166

5.1.1 电位器式传感器 167

5.1 电阻式传感器 167

第5章 R、L、C传感技术 167

5.1.2 电阻应变式传感器 169

5.1.3 电阻式传感器的应用 171

5.2 电感式传感器 173

5.2.1 自感型电感式传感器 173

5.2.2 互感型-差动变压器式电感传感器 176

5.2.3 电感传感器的应用 178

5.3 电容式传感器 179

5.3.1 电容式传感器原理 179

5.3.2 电容式传感器的结构类型 179

5.3.3 电容式传感器的优缺点及一些特殊问题 181

5.3.4 电容传感器的应用 184

5.4 典型应用举例 185

5.4.1 罐内液重测量 185

5.4.2 料位测量 186

5.4.3 高频反射式涡流厚度测量 187

5.4.4 电容测厚仪 188

5.4.5 电子皮带秤 189

小结 190

习题 191

6.1.1 压电式传感器的工作原理 192

6.1 压电式传感器 192

第6章 压电磁敏传感技术 192

6.1.2 压电材料及压电元件的结构 194

6.1.3 压电式传感器的测量电路 196

6.1.4 压电式传感器的应用 198

6.2 磁敏电阻 199

6.2.1 磁阻效应 199

6.2.2 磁敏电阻的结构 200

6.2.3 磁敏电阻的应用 201

6.3 磁敏二极管 202

6.3.1 磁敏二极管的结构 202

6.3.3 磁敏二极管的主要特性 203

6.3.2 磁敏二极管的工作原理 203

6.3.4 磁敏二极管的应用 207

6.4 磁敏三极管 208

6.4.1 磁敏三极管的结构 209

6.4.2 磁敏三极管的工作原理 209

6.4.3 磁敏三极管的主要特性 210

6.4.4 磁敏三极管的应用 211

6.5 霍尔传感器 211

6.5.1 霍尔效应及霍尔元件 211

6.5.2 霍尔式传感器的应用 217

6.6.2 转速检测 219

6.6 典型应用举例 219

6.6.1 位移检测 219

6.6.3 钢绳断裂（丝）检测 220

6.6.4 功率测量 220

6.6.5 霍尔无损探伤 220

6.6.6 霍尔开关带载电路 221

6.6.7 霍尔计数装置 221

6.6.8 霍尔汽车点火器 222

6.6.9 霍尔线性集成传感器测磁感强度 223

小结 223

习题 224

第7章 声、气、湿敏传感技术 225

7.1 声／超声波传感器 225

7.1.1 声／超声波及其物理性质 225

7.1.2 声敏传感器 226

7.1.3 超声波传感器 231

7.2 气敏传感器 237

7.2.1 电阻型半导体气敏材料的导电机理 237

7.2.2 电阻型半导体气敏传感器的结构 238

7.2.3 气敏器件的基本特性 240

7.2.4 非电阻型气敏器件 242

7.2.5 气敏传感器的主要参数与特性 243

7.2.6 气敏传感器的应用 244

7.3 湿敏传感器 246

7.3.1 氯化锂湿敏电阻 247

7.3.2 半导体陶瓷湿敏电阻 247

7.3.3 湿敏传感器的应用 249

7.4 典型应用举例 251

7.4.1 超声波探伤 252

7.4.2 烟雾报警器电路 253

7.4.3 酒精测试仪 254

7.4.4 酒精检测报警器 254

7.4.6 浴室镜面水汽清除器 255

7.4.5 直读式湿度计 255

7.4.7 土壤缺水告知器 257

7.4.8 电容式谷物水分测量仪 257

小结 259

习题 259

第8章 生物传感技术 260

8.1 生物分子传感器 260

8.1.1 生物分子传感器的定义 260

8.1.2 生物分子传感器基本结构 260

8.1.3 生物分子传感器的工作原理及类型 261

8.2 酶传感器 263

8.2.1 葡萄糖传感器 264

8.2.2 氨基酸传感器 265

8.2.3 乙醇传感器 265

8.2.4 尿素传感器 266

8.2.5 青霉素传感器 266

8.3 微生物传感器 266

8.3.1 电流型微生物传感器（17种） 268

8.3.2 电位型微生物传感器（18种） 269

8.4 免疫传感器 270

8.4.1 免疫传感器的结构 270

8.4.2 免疫传感器的分类和测定原理 273

8.4.3 免疫传感器应用实例 275

8.5 生物电子学传感器 278

8.5.1 酶场效应晶体管的结构与工作原理 278

8.5.2 免疫场效应晶体管的结构与工作原理 279

8.6 仿生传感器 280

8.6.1 视觉传感器 280

8.6.2 听觉传感器 283

8.6.3 接触觉传感器 283

8.6.4 压觉传感器 284

8.6.5 接近觉传感器 286

8.6.7 滑觉传感器 288

8.6.6 力觉传感器 288

8.7 典型应用举例 289

8.7.1 微生物传感器在甲烷测定中的应用 289

8.7.2 微生物传感器在抗生素测量中的应用 290

小结 292

习题 292

第9章 超导、智能传感技术 293

9.1 超导传感器 293

9.1.1 超导效应 293

9.1.2 SCQID超导传感器的工作原理 294

9.1.3 几种超导传感器件的结构 294

9.1.4 超导传感器 295

9.1.5 SCQID测量系统 298

9.2 智能传感器 300

9.2.1 智能传感器的定义及其功能 300

9.2.2 传感器智能化的技术途径 301

9.2.3 智能传感器举例 303

9.2.4 智能传感器的发展前景 304

9.3 典型应用举例 306

9.3.1 ST-3000系列智能压力传感器 306

9.3.2 EJA差压变送器 306

9.3.3 利用通用接口（USIC）构成的智能温度压力传感器 307

9.3.4 人工神经网络智能传感器 308

9.3.5 其他智能传感器 310

小结 311

习题 311

第10章 传感器件的特性评价与信号处理 312

10.1 传感器的静态特性 312

10.1.1 线性度 312

10.1.2 灵敏度 314

10.1.3 迟滞和重复性 314

10.1.4 稳定性和零漂 314

10.2 传感器的动态特性 315

10.2.1 频率响应特性 316

10.2.2 阶跃响应特性 318

10.2.3 动态特性的评价 319

10.3 传感器的误差及信噪比 320

10.3.1 传感器噪声及其减小措施 320

10.3.2 传感器的误差 321

10.3.3 传感器的信噪比 322

10.3.4 传感器的低噪声化方法 323

10.4 传感器信号处理 324

小结 325

习题 325