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绪论 1

0.1 传感器的作用 1

0.2 传感器的定义与组成 3

0.2.1 传感器的定义 3

0.2.2 传感器的组成 4

0.3 传感器的分类 5

0.4 对传感器的一般要求 7

第1章 传感器与检测技术的基本概念 8

1.1 传感器与检测技术的基本特性 8

1.1.1 传感器的静态特性 8

1.1.2 传感器的动态特性 13

1.2 传感器的标定与校准 19

1.2.1 传感器的静态特性标定 20

1.2.2 传感器的动态特性标定 20

1.2.3 振动传感器的标定和校准 22

1.3 传感器与测试系统无失真测试的条件 23

1.4 传感器性能的改善措施与传感器的选择原则 24

1.4.1 改善传感器性能的基本技术 24

1.4.2 传感器的选择原则 25

1.5 传感器与检测技术的发展展望 26

习题与思考题 28

第2章 电阻式传感器 29

2.1 电位器式传感器 29

2.1.1 绕线式线性电位器 30

2.1.2 绕线式非线性电位器 30

2.1.3 非绕线式电位器 32

2.1.4 电位器式压力传感器 33

2.2 应变式传感器 33

2.2.1 应力和应变 34

2.2.2 应变效应 34

2.2.3 应变片的结构、类型、材料和粘贴 35

2.2.4 应变片的主要特性 40

2.2.5 应变片的测量电路 44

2.2.6 应变片的温度误差及分析 48

2.2.7 应变式传感器的接口电路设计 50

2.2.8 应变式传感器的应用 51

2.3 固态压阻式传感器 58

2.3.1 工作原理 58

2.3.2 结构与特性 59

2.3.3 压阻式传感器的接口电路设计 63

2.3.4 压阻式传感器的应用 66

习题与思考题 67

第3章 电感式传感器 69

3.1 自感式电感传感器 69

3.1.1 工作原理 69

3.1.2 特性分析 71

3.1.3 测量电路 73

3.1.4 自感式电感传感器的误差因素分析 75

3.1.5 自感式电感传感器的应用 76

3.2 差动变压器式传感器 79

3.2.1 螺管式差动变压器 81

3.2.2 变气隙式差动变压器 84

3.2.3 测量电路 86

3.2.4 差动变压器的应用 89

3.3 电涡流式传感器 92

3.3.1 工作原理 92

3.3.2 结构形式 93

3.3.3 电涡流的形成范围 93

3.3.4 基本特性 96

3.3.5 测量电路 97

3.3.6 被测导体材料、形状、大小和安装对传感器灵敏度的影响 98

3.3.7 电涡流式传感器的应用举例 99

习题与思考题 101

第4章 电容式传感器 103

4.1 电容式传感器的工作原理 103

4.2 电容式传感器的结构类型和主要特性 103

4.2.1 结构类型 103

4.2.2 主要特性 105

4.3 测量电路 111

4.3.1 等效电路 111

4.3.2 调频电路 112

4.3.3 交流电桥电路 113

4.3.4 运算放大器电路 114

4.3.5 二极管双T形交流电桥 114

4.3.6 脉冲宽度调制电路 116

4.3.7 环形二极管充放电法 118

4.4 引起电容式传感器测量误差的因素及改进措施 119

4.5 电容式传感器的应用 122

4.6 容栅式传感器 128

4.6.1 工作原理及转换电路 128

4.6.2 容栅式传感器的结构形式 130

习题与思考题 131

第5章 磁电式传感器 133

5.1 磁电感应式传感器 133

5.1.1 磁电感应式传感器工作原理 133

5.1.2 磁电感应式传感器基本特性 136

5.1.3 磁电感应式传感器的应用 137

5.2 霍尔式传感器 138

5.2.1 霍尔效应及霍尔元件 138

5.2.2 霍尔集成电路 145

5.2.3 霍尔元件的连接方式 149

5.2.4 霍尔传感器的应用 149

5.3 磁阻式传感器 154

5.3.1 磁阻效应和磁阻器件 154

5.3.2 磁阻器件的应用 157

5.4 磁敏二极管 158

5.4.1 磁敏二极管的结构 158

5.4.2 磁敏二极管的工作原理 159

5.4.3 磁敏二极管的主要特性 159

5.5 磁敏三极管 161

5.5.1 磁敏三极管的结构 161

5.5.2 磁敏三极管的工作原理 161

5.5.3 磁敏三极管的主要特性 162

5.6 磁栅式传感器 163

5.6.1 磁栅 163

5.6.2 磁头 165

5.6.3 信号处理方式 168

5.6.4 磁栅传感器的特点与误差分析 169

习题与思考题 169

第6章 压电式传感器 171

6.1 压电式传感器的工作原理 171

6.1.1 压电效应 171

6.1.2 压电常数和表面电荷的计算 173

6.2 压电材料 178

6.2.1 压电晶体 178

6.2.2 压电陶瓷 179

6.2.3 聚偏二氟乙烯 179

6.3 压电元件的常用结构形式 180

6.4 压电式传感器的等效电路 181

6.5 压电式传感器的测量电路 182

6.5.1 电压放大器 183

6.5.2 电荷放大器 185

6.6 压电式传感器的应用 187

6.6.1 压电式加速度传感器 188

6.6.2 压电式力传感器 190

6.7 影响压电式传感器精度的因素分析 195

习题与思考题 198

第7章 光电式传感器 199

7.1 概述 199

7.1.1 光电式传感器的组成 199

7.1.2 光源及光学元件 199

7.2 光电效应、器件及其应用 202

7.2.1 光电效应 202

7.2.2 光电管和光电倍增管 204

7.2.3 光敏电阻 206

7.2.4 光电池 209

7.2.5 光敏二极管和光敏三极管 211

7.2.6 光电器件的应用 214

7.3 光纤传感器 217

7.3.1 光纤的结构和传输原理 217

7.3.2 光纤传感器的工作原理 221

7.3.3 光纤传感器的应用 223

7.4 光栅式传感器 225

7.4.1 光栅的结构与分类 226

7.4.2 光栅的工作原理 226

7.4.3 辨向原理和细分技术 228

7.4.4 光栅传感器的应用 231

7.5 光固态图像传感器 233

7.5.1 CCD的结构和工作原理 233

7.5.2 CCD图像传感器 236

7.5.3 CCD图像传感器的应用 238

7.6 位置敏感器件 239

7.6.1 PSD的工作原理 239

7.6.2 PSD的结构 240

7.6.3 PSD的特性 241

7.6.4 PSD的优点 242

7.6.5 PSD的应用 242

习题与思考题 243

第8章 热电式传感器 244

8.1 概述 244

8.2 热电偶 245

8.2.1 热电偶的测温原理 245

8.2.2 热电偶的基本定律 248

8.2.3 常用热电偶 250

8.2.4 常用热电偶的结构 252

8.2.5 热电偶的误差及补偿措施 254

8.2.6 热电偶实用测温电路 260

8.3 热电阻式传感器 262

8.3.1 热电阻测温原理 262

8.3.2 金属热电阻 262

8.3.3 热敏电阻 264

8.3.4 热电阻传感器的应用 266

8.4 半导体温度传感器 270

8.4.1 半导体单晶非结型温度传感器 270

8.4.2 PN结型温度传感器 270

习题与思考题 278

第9章 智能传感器 279

9.1 智能传感器的概念、功能、特点和发展趋势 279

9.1.1 智能传感器的概念 279

9.1.2 智能传感器的功能 279

9.1.3 智能传感器的特点和发展趋势 280

9.2 智能传感器的组成与实现 281

9.2.1 智能传感器的组成 281

9.2.2 智能传感器的实现 282

9.3 典型的智能传感器 283

9.3.1 智能温度传感器 283

9.3.2 轮胎压力传感器 284

9.3.3 智能差压传感变送器 285

习题与思考题 286

第10章 新型传感器 287

10.1 辐射式传感器 287

10.1.1 红外辐射式传感器 287

10.1.2 超声波传感器 290

10.1.3 核辐射传感器 293

10.2 气敏、湿敏传感器 295

10.2.1 气敏传感器 295

10.2.2 湿敏传感器 297

10.3 生物传感器 298

10.3.1 生物传感器的原理与分类 299

10.3.2 生物传感器的特点 299

10.3.3 常见的生物传感器 299

10.4 机器人传感器 301

10.4.1 机器人传感器的分类 301

10.4.2 内部传感器 301

10.4.3 外部传感器 303

习题与思考题 305

第11章 现代检测技术与测试系统设计 306

11.1 现代检测系统的组成 306

11.2 传感器与测试系统的信号调理技术 306

11.2.1 滤波器 306

11.2.2 放大与采样保持电路 314

11.3 数据采集与处理 317

11.3.1 模拟信号的数字化 317

11.3.2 AD转换器接口设计 318

11.3.3 测量误差与不确定度 324

11.4 现代检测系统设计及实例 336

11.4.1 现代检测系统中信号传输的标准概述 336

11.4.2 现代检测系统的设计 337

11.4.3 基于1-Wire总线的多点温湿度测量系统应用实例 339

习题与思考题 344

参考文献 345