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绪论 1

第1章 传感器概述 3

1.1传感器的基本知识 3

1.1.1传感器的重要性 3

1.1.2传感器的定义和组成 5

1.1.3传感器的物理基础 6

1.2传感器的分类 7

1.3传感器的发展趋势 11

1.4测量方法及检测装置的基本性能 14

1.4.1测量方法的分类 14

1.4.2真值与平均值 17

1.4.3检测装置的基本性能 17

1.5传感器检测系统的静态特性 18

1.5.1传感器静态特性的一般知识 18

1.5.2传感器的主要静态性能指标 21

1.6传感器检测系统的动态特性 25

1.6.1一阶检测系统 26

1.6.2二阶检测系统 27

1.7传感器检测系统的标定与校准 28

1.7.1标定与校准的概念 28

1.7.2标定的基本方法 28

1.7.3标定系统的组成 29

1.7.4传感器的静态标定及设备 29

1.7.5传感器的动态标定及设备 30

本章小结 30

知识拓展 31

习题 32

第2章 电阻应变式传感器 33

2.1电阻应变式传感器的工作原理 33

2.1.1电阻应变片（计） 33

2.1.2应变片的动态响应特性 48

2.1.3电阻应变片的温度误差及其补偿 50

2.2电桥原理及电阻应变片桥路 55

2.2.1电桥概述 55

2.2.2不平衡单臂电桥的工作特性 57

2.2.3差动电桥的工作特性 58

2.2.4双差动电桥的工作特性 59

2.2.5相对臂电桥的工作特性 59

2.2.6提高不平衡电桥输出线性度的方法 59

2.2.7直流电桥的调零 60

2.2.8交流电桥及其平衡 61

2.3电阻应变式传感器的典型应用 64

2.3.1电阻应变式传感器应用特点 64

2.3.2电阻应变式传感器应用 65

本章小结 69

创新设计 69

习题 70

第3章 电容式传感器 71

3.1电容式传感器的工作原理 71

3.1.1电容式传感器的定义 71

3.1.2电容式传感器的工作原理 71

3.2电容式传感器的工作特性 72

3.2.1变极距型电容传感器 72

3.2.2变面积型电容传感器 75

3.2.3变介质型电容传感器 76

3.2.4电容式传感器的其他特性 78

3.3电容式传感器的结构及抗干扰问题 79

3.3.1温度变化对结构稳定性的影响 80

3.3.2温度变化对介质介电常数的影响 80

3.3.3绝缘问题 81

3.3.4电容电场的边缘效应 81

3.3.5寄生电容 82

3.4电容式传感器的测量电路 83

3.4.1调幅型测量电路 83

3.4.2谐振测量电路 86

3.4.3脉冲宽度调制电路 88

3.5电容式传感器的应用 90

3.5.1膜片电极式压力传感器 90

3.5.2电容加速度传感器 91

3.5.3电容式称重传感器 91

3.5.4电容测厚仪 92

3.5.5电容式微位移传感器（容栅传感器） 92

3.5.6电容湿度传感器 93

本章小结 93

创新设计 93

知识拓展 94

习题 95

第4章 电感式传感器 96

4.1自感式传感器 96

4.1.1闭磁路式自感传感器（变气隙型自感传感器） 97

4.1.2螺管插铁型自感传感器 98

4.1.3差动自感传感器 98

4.1.4自感传感器的测量电路 100

4.1.5自感传感器的主要误差 103

4.2互感式传感器 103

4.2.1螺管型互感传感器 104

4.2.2互感传感器的主要性能 105

4.2.3差动变压器的测量电路 107

4.3电涡流式传感器 109

4.3.1电涡流传感器原理 110

4.3.2电涡流传感器特性分析 111

4.3.3高频反射电涡流传感器 112

4.3.4低频透射电涡流传感器 112

4.3.5测量电路 113

4.4电感式传感器的应用 113

4.4.1电（自）感式传感器的应用 113

4.4.2差动变压器式传感器的应用 115

4.4.3电涡流传感器的应用 116

本章小结 118

创新设计 118

习题 119

第5章 热电阻式传感器 120

5.1金属热电阻 120

5.1.1金属热电阻的工作原理、材料 120

5.1.2常用金属热电阻 121

5.1.3金属热电阻传感器的结构 122

5.1.4金属热电阻传感器的测量电路 122

5.1.5金属热电阻应用 123

5.2半导体热电阻 124

5.2.1热敏电阻分类及结构 125

5.2.2热敏电阻的特性 126

5.2.3新材料热敏电阻 126

5.2.4热敏电阻的线性化 127

5.2.5热敏电阻应用 128

本章小结 130

创新设计 130

习题 130

第6章 热电偶传感器 131

6.1热电偶传感器的测温原理 131

6.2热电偶应用定则 132

6.3常用热电偶 133

6.4补偿导线与冷端补偿 134

6.4.1补偿导线 134

6.4.2冷端补偿（基准接点补偿） 135

6.5热电偶实用测量线路 135

6.5.1测量单点温度的基本测温线路 135

6.5.2测量两点之间温差的测温线路 136

6.5.3测量平均温度的测量线路 136

6.5.4测量多点温度之和的测温线路 137

6.5.5若干只热电偶共用一台仪表的测量线路 137

6.6热电偶应用实例 138

6.6.1 K型热电偶测温应用 138

6.6.2热电偶火药燃烧气体温度的测量 139

本章小结 139

创新设计 140

习题 140

第7章 集成温度传感器 141

7.1集成温度传感器基本工作原理 141

7.2集成温度传感器的信号输出方式 142

7.2.1电压输出型 142

7.2.2电流输出型 142

7.3一些常用集成温度传感器 143

7.4集成温度传感器的应用 145

7.4.1采用集成温度传感器的液位报警器 145

7.4.2采用集成温度传感器的数字式温度计 146

7.4.3空气流速检测 146

7.4.4恒温土壤加热器 147

本章小结 147

创新设计 148

习题 148

第8章 霍尔传感器 149

8.1霍尔效应和工作原理 149

8.2霍尔元件连接方式和输出电路 151

8.2.1基本检测电路 151

8.2.2霍尔元件的连接方式 151

8.2.3霍尔电势的输出电路 152

8.3霍尔元件的测量误差和补偿方法 153

8.3.1零位误差及补偿方法 153

8.3.2温度误差及其补偿 153

8.4霍尔传感器的应用 155

8.4.1位移检测 155

8.4.2霍尔转速测量装置 156

8.4.3霍尔开关电子点火器 156

本章小结 157

创新设计 157

习题 158

第9章 光电式传感器 159

9.1光电效应及光电器件 159

9.1.1光电效应 159

9.1.2光电管、光电倍增管 160

9.1.3光敏电阻 162

9.1.4光敏二极管和光敏三极管 164

9.1.5光电池 167

9.2光电式传感器的光源及测量电路 169

9.2.1光电式传感器的光源 169

9.2.2光电式传感器的测量电路 170

9.3一般形式的光电传感器及其应用 171

9.3.1一般形式的光电传感器 171

9.3.2光电传感器的应用 172

本章小结 174

创新设计 174

习题 174

第10章 半导体传感器 175

10.1半导体气敏传感器 175

10.1.1半导体气敏传感器概述 175

10.1.2半导体气敏传感器的机理 176

10.1.3电阻型半导体气敏传感器 177

10.1.4非电阻型半导体气敏传感器 179

10.1.5气敏传感器应用 180

10.2半导体湿敏传感器 181

10.2.1湿度测量的名词术语 181

10.2.2半导体湿敏传感器 182

10.2.3湿敏元件对电源的特殊要求 185

10.2.4湿度传感器的应用 185

本章小结 187

创新设计 187

习题 188

第11章 超声波传感器 189

11.1超声波及其物理性质 189

11.1.1超声波的波型及其传播速度 190

11.1.2超声波的反射和折射 190

11.2超声波传感器 191

11.2.1超声探头的分类 192

11.2.2超声换能器 192

11.3超声波传感器应用 194

11.3.1超声波流量传感器 194

11.3.2超声波物体／物位检测 195

11.3.3锻件探伤 196

11.3.4声呐 196

11.3.5超声测风速、风向 197

本章小结 197

创新设计 198

知识拓展 198

习题 200

第12章 压电式传感器 201

12.1压电式传感器的工作原理 201

12.1.1压电效应 201

12.1.2压电效应表达式 202

12.1.3石英晶体的压电效应机理 203

12.1.4压电陶瓷的压电效应机理 205

12.1.5压电式传感器 206

12.1.6压电式传感器的特性 207

12.2压电式传感器的等效电路及测量电路 210

12.2.1压电式传感器的等效电路 210

12.2.2压电式传感器的测量电路 211

12.3压电式传感器的应用 213

12.3.1压电式加速度传感器 213

12.3.2大型设备设施的振动监测 214

12.3.3压电式金属加工切削力测量 214

12.3.4 PVDF心音脉搏传感器 215

12.3.5高分子材料压电式传感器 215

本章小结 216

创新设计 216

习题 216

第13章 传感器信号采集与处理技术 217

13.1传感器数据采集装置的功能 218

13.2数据采集装置的结构配置 218

13.2.1多路扫描数据采集结构 219

13.2.2多路数据并行采集结构 219

13.3多路模拟开关和采样／保持器 220

13.3.1多路模拟开关 220

13.3.2采样／保持器 223

13.4数据采集装置的技术性能 224

13.4.1分辨率与精度 224

13.4.2采样速度 225

13.5数据采集系统设计 225

13.5.1数据采集系统设计的基本原则 225

13.5.2系统设计的一般步骤 226

13.6数字滤波技术 229

13.6.1算术平均值法 230

13.6.2移动平均滤波 231

13.6.3加权平均滤波 232

13.6.4中值法 233

13.6.5一阶惯性滤波法 233

13.6.6抑制脉冲算术平均法 234

13.7标度变换 235

13.7.1标度变换原理 235

13.7.2非线性检测信号的标度变换 235

13.8非线性补偿技术 236

13.8.1线性插值法 237

13.8.2二次抛物线插值法 237

13.8.3查表法 238

本章小结 239

知识拓展 242

习题 244

第14章 创新设计方法及案例 246

14.1检测技术创新设计方法 246

14.1.1检测技术创新设计的一般步骤 246

14.1.2检测技术创新设计的基本方法 247

14.2检测技术创新设计案例 248

14.2.1设计案例一：司机瞌睡监测提醒装置 248

14.2.2设计案例二：跳远犯规检测器 249

14.2.3设计案例三：安全输液报警器 250

14.2.4设计案例四：雨天自动收衣装置 251

14.2.5设计案例五：玻璃破碎监测系统 252

14.2.6设计案例六：热电阻真空度测量装置 253

14.2.7设计案例七：台灯照度检测及自动调光装置 254

14.2.8设计案例八：防止酒后驾车装置 254

14.2.9设计案例九：燃气灶防干烧装置 255

14.2.10设计案例十：公交投币箱假硬币检测仪 256

知识拓展 257

创新设计 258

参考文献 261