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绪论 1

第1章 传感器的特性 5

1.1 传感器的组成及分类 5

1.1.1 传感器的组成 5

1.1.2 传感器的分类 6

1.2 传感器的基本特性 7

1.2.1 静态特性 7

1.2.2 动态特性 14

思考题与习题 16

2.1 热电势式测温传感器 17

2.1.1 工作原理 17

第2章 热电传感器 17

2.1.2 热电偶中引入第三导体 19

2.1.3 标准热电极 20

2.1.4 热电偶冷端温度误差及其补偿 20

2.1.5 常用热电偶的特性 23

2.1.6 热电偶的测量电路 23

2.2 热电阻式温度传感器 28

2.2.1 金属测温电阻器 28

2.2.2 半导体热敏电阻器 32

2.3 PN结型测温传感器 35

2.3.1 温敏二极管及其应用 35

2.3.2 温敏晶体管及其应用 38

2.4.1 基本原理及PTAT核心电路 40

2.4 集成电路温度传感器 40

2.4.2 电压输出型 42

2.4.3 电流输出型 45

2.5 热释电式传感器 47

2.5.1 热释电效应及其机理 47

2.5.2 热释电红外传感器 47

2.5.3 热释电探测模块 49

2.5.4 典型应用 50

2.6 热电传感器应用实例 51

思考题与习题 54

3.1 电阻应变式传感器 55

3.1.1 应变片的结构和类型 55

第3章 应变传感器 55

3.1.2 电阻应变式传感器的工作原理 56

3.1.3 电阻应变式传感器的主要特性及参数 57

3.2 薄膜应变电阻及传感器 60

3.2.1 薄膜分类 60

3.2.2 薄膜工作原理 60

3.2.3 薄膜应变传感器的特点 61

思考题与习题 63

第4章 磁敏传感器 64

4.1 磁敏传感器的物理基础——霍尔、磁阻、形状效应 64

4.1.1 基础知识 64

4.1.2 霍尔效应 64

4.2 霍尔元件 65

4.2.1 霍尔元件工作原理 65

4.1.3 磁阻效应 65

4.1.4 形状效应 65

4.2.2 霍尔元件结构 66

4.2.3 基本电路 67

4.2.4 电磁特性 69

4.2.5 误差分析及误差补偿 70

4.3 磁阻元件 73

4.3.1 长方形磁阻元件 73

4.3.2 科尔宾元件 74

4.3.3 平面电极元件 74

4.3.4 InSb-NiSb共晶磁阻元件 75

4.3.5 曲折形磁阻元件 75

4.4.1 磁敏二极管的结构 76

4.3.6 磁阻元件的温度补偿 76

4.4 磁敏二极管 76

4.4.2 磁敏二极管的工作原理 77

4.4.3 磁敏二极管的特性 78

4.4.4 磁敏二极管的补偿技术 80

4.5 磁敏三极管 81

4.5.1 磁敏三极管的结构 81

4.5.2 磁敏三极管的工作原理 82

4.5.3 磁敏三极管的特性 82

4.5.4 温度补偿技术 84

4.6 磁敏传感器的应用 84

4.6.1 霍尔元件的应用 84

4.6.2 磁阻元件的应用 92

思考题与习题 97

第5章 压电传感器 98

5.1 压电效应 98

5.1.1 石英晶体的压电效应 98

5.1.2 压电常数 100

5.1.3 压电陶瓷的压电效应 101

5.2 压电材料 102

5.2.1 压电晶体 102

5.2.2 压电陶瓷 103

5.2.3 新型压电材料 104

5.3 等效电路与测量电路 105

5.3.1 等效电路 105

5.3.2 测量电路 106

5.4.1 压电传感器中压电片的连接 109

5.4 压电传感器及其应用 109

5.4.2 压电式力传感器 110

5.4.3 压电式压力传感器 112

5.4.4 压电式加速度传感器 113

5.4.5 应用实例 117

思考题与习题 120

第6章 光纤传感器 121

6.1 基础知识 121

6.1.1 光纤的结构 121

6.1.2 光纤的种类 121

6.1.3 光纤的传光原理 122

6.1.4 光纤的特性 124

6.1.5 光纤的耦合 126

6.2.1 分类 127

6.2 光纤传感器的分类及构成 127

6.2.2 构成部件 129

6.3 功能型光纤传感器举例 132

6.3.1 相位调制型光纤传感器 132

6.3.2 光强调制型光纤传感器 134

6.3.3 偏振态调制型光纤传感器 135

6.4 非功能型光纤传感器举例 136

6.4.1 传输光强调制型光纤传感器 136

6.4.2 反射光强调制型光纤传感器 137

6.4.3 频率调制型光纤传感器 139

6.4.4 光纤液位传感器 141

思考题与习题 141

7.1.1 光栅分类及结构 144

7.1 光栅基础 144

第7章 光栅传感器 144

7.1.2 莫尔条纹原理 145

7.1.3 莫尔条纹特点 146

7.2 光栅传感器的工作原理 147

7.2.1 光电转换原理 147

7.2.2 莫尔条纹测量位移原理 147

7.2.3 辨向原理 148

7.3 莫尔条纹细分技术 149

7.3.1 细分方法 149

7.3.2 光电元件直接细分 149

7.3.3 CCD直接细分 150

7.3.4 光栅传感器的误差 151

7.4.3 反射积分式光路 152

7.4.2 反射直读式光路 152

7.4 常用光学系统 152

7.4.1 透射直读式光路 152

思考题与习题 153

第8章 光电传感器 154

8.1 光电传感器的基本效应 154

8.1.1 半导体的粒子特性 154

8.1.2 光电效应 155

8.2 外光电效应光电元件 155

8.2.1 光电管 155

8.2.2 光电倍增管 156

8.3.1 光敏电阻结构及原理 157

8.3.2 光敏电阻的特性 157

8.3 光电导效应及光电元件 157

8.4 光电伏特效应及光电元件 159

8.4.1 光电导结型的光电元件 159

8.4.2 光电伏特型光电元件 160

8.5 CCD图像传感器 162

8.6 应用光路 166

8.6.1 反射式 166

8.6.2 透射式 166

8.6.3 线纹瞄准用光电传感器 167

8.6.4 脉冲式光电传感器 167

思考题与习题 168

9.1.1 半导体气敏元件的分类及必备条件 169

第9章 气、湿敏传感器 169

9.1 气敏传感器 169

9.1.2 表面控制型电阻式半导体气敏元件 170

9.1.3 基于MEMS的新型微结构气敏传感器 174

9.1.4 应用举例 177

9.2 湿敏传感器 178

9.2.1 湿度及其表示 179

9.2.2 对湿敏传感器的基本要求 179

9.2.3 电阻式湿敏传感器 180

9.2.4 陶瓷湿敏传感器 181

9.2.5 电容式湿敏传感器 182

9.2.7 应用范围及应用实例 183

9.2.6 电介质式湿敏传感器 183

思考题与习题 187

第10章 智能传感器 188

10.1 智能传感器结构框图 189

10.1.1 μP主机模板 189

10.1.2 模拟量输入模板 191

10.1.3 IEEE-488标准总线模板 191

10.1.4 接口模板 192

10.2 信号处理与μP接口技术 192

10.2.1 传感器输出信号的类型 192

10.2.2 传感器输出的模拟信号的处理 193

10.3 智能传感器中的数据处理 200

10.3.1 查表与搜索 201

10.3.2 分段插值法 202

10.3.4 数字滤波 203

10.3.3 曲线拟合修正法 203

10.4 智能传感器的设计 204

10.4.1 智能压力传感器的设计思路 204

10.4.2 简单智能温度传感器设计实例 207

思考题与习题 214

第11章 传感器应用技术 215

11.1 信号变换 215

11.1.1 电流-电压(I-U)变换器 215

11.1.2 电压-电流(U-I)变换器 217

11.1.3 交流电压-直流电压(u-U)变换器和交流电流-直流电压(i-U)变换器 219

11.1.4 电阻-电压(R-U或Ω一U)变换器 221

11.1.6 电压-频率(U-f)变换器(简称VFC)和频率-电压(f-U)变换器(简称FVC) 222

11.1.5 电容-电压(C-U)变换器 222

11.1.7 电压-脉宽(U-H)变换器 226

11.2 驱动电路分析及外围电路器件选择 228

11.2.1 驱动电路分析 228

11.2.2 外围电路器件选择 235

思考题与习题 236

第12章 传感器的选择与使用 237

12.1 传感器的正确选择 237

12.2 传感器的合理使用 238

思考题与习题 246

附录 国际单位制(SI)的主要单位及其换算 247

参考文献 252