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第1章 传感器技术基础 1

1.1 传感器的概述 1

1.1.1 传感器的定义 1

1.1.2 传感器的组成 2

1.1.3 传感器的一般要求 2

1.1.4 传感器与自动测控系统 2

1.1.5 自动测控系统举例 3

1.1.6 虚拟仪器技术 4

1.2 传感器的分类 5

1.2.1 按被测量分类 5

1.2.2 按传感器工作原理分类 6

1.3 传感器的基本特性 7

1.3.1 传感器的静态特性 7

1.3.2 传感器的动态特性 11

1.4 传感器的标定 14

1.4.1 传感器的静态特性标定 15

1.4.2 静态标定例 15

1.5 传感器接口电路 16

1.5.1 传感器输出信号的特点 16

1.5.2 典型的传感器接口电路 17

第2章 电阻应变式传感器 20

2.1 电阻应变式传感器的结构和类型 20

2.2 典型电阻应变式传感器的工作原理 20

2.2.1 电阻丝式应变片 21

2.2.2 箔式应变片 23

2.2.3 薄膜应变片 24

2.2.4 半导体应变片 24

2.3 电阻应变式传感器的特性 24

2.3.1 应变式传感器的静态特性 24

2.3.2 应变式传感器的动态特性 29

2.4 应变式传感器的测量电路 31

2.4.1 直流电桥测量电路 31

2.4.2 交流电桥测量电路 35

2.5 压阻式传感器 37

2.5.1 压阻式传感器的工作原理 37

2.5.2 压阻式传感器的测量电路和温度补偿电路 37

2.5.3 压阻式传感器的应用 39

2.6 应变式传感器的应用 40

2.6.1 应变式力传感器 40

2.6.2 应变式压力传感器 43

2.6.3 应变式加速度传感器 45

第3章 电容式传感器 46

3.1 电容式传感器的工作原理和类型 46

3.1.1 电容式传感器的工作原理 46

3.1.2 变极距型电容式传感器 47

3.1.3 变面积型电容式传感器 50

3.1.4 变介电常数型电容式传感器 52

3.2 电容式传感器的信号测量及转换电路 53

3.2.1 电容式传感器等效电路 53

3.2.2 调频测量电路 54

3.2.3 电桥电路 55

3.2.4 二极管双T形交流电桥电路 56

3.2.5 差动脉冲宽度调制电路 57

3.2.6 运算放大器式电路 59

3.2.7 直放式与外差式调频测量改进电路 59

3.2.8 谐振式调频测量改进电路 60

3.3 电容传感器抗干扰及提高精度的措施 60

3.4 电容式传感器的特点及应用 63

3.4.1 差动式电容测厚传感器 63

3.4.2 电容式料位传感器 64

3.4.3 电容式接近开关传感器 64

3.4.4 液体燃料测量电容传感器 65

第4章 电感式传感器 66

4.1 自感式传感器 66

4.1.1 自感式传感器的工作原理 66

4.1.2 自感式传感器的测量电路 70

4.1.3 自感式传感器的应用 73

4.2 差动变压器式传感器 74

4.2.1 差动变压器式传感器的工作原理 74

4.2.2 差动变压器式传感器的误差因素分析 76

4.2.3 差动变压器式传感器的测量电路 77

4.2.4 差动变压器式传感器的应用 81

4.3 电涡流式传感器 82

4.3.1 电涡流式传感器的工作原理 82

4.3.2 电涡流式传感器的测量电路 83

4.3.3 电涡流式传感器的应用 85

第5章 压电式传感器 87

5.1 压电式传感器的工作原理 87

5.1.1 压电效应 87

5.1.2 压电材料 88

5.1.3 压电方程 92

5.1.4 压电元件的结构形式 92

5.2 压电式传感器的等效电路和测量电路 93

5.2.1 压电式传感器的等效电路 93

5.2.2 压电式传感器的测量电路 94

5.3 引起压电式传感器测量误差的因素 96

5.4 压电式传感器的应用 97

5.4.1 压电式测力传感器 97

5.4.2 压电式流体压力传感器 98

5.4.3 压电式加速度传感器 99

5.4.4 压电式玻璃破碎报警器 100

第6章 磁电式传感器 101

6.1 磁电感应式传感器 101

6.1.1 磁电感应式传感器的工作原理 101

6.1.2 磁电感应式传感器的基本特性 102

6.1.3 磁电感应式传感器的测量电路 103

6.1.4 磁电感应式传感器的应用 104

6.2 霍尔式传感器 105

6.2.1 霍尔效应及霍尔元件 105

6.2.2 霍尔式传感器的应用 110

第7章 热电式传感器 112

7.1 热电偶 112

7.1.1 热电偶的工作原理 112

7.1.2 热电偶的结构 118

7.2 热电阻 120

7.2.1 金属热电阻 120

7.2.2 半导体热敏电阻 123

7.3 晶体管和集成温度传感器 126

7.3.1 晶体管和集成温度传感器的工作原理 126

7.3.2 集成温度传感器的应用 128

第8章 光电式传感器 130

8.1 光电管 130

8.2 光电倍增管 131

8.3 光敏电阻 132

8.3.1 光敏电阻的工作原理 132

8.3.2 光敏电阻的结构 132

8.3.3 光敏电阻的主要参数 132

8.3.4 光敏电阻的基本特性 133

8.4 光敏二极管和光敏晶体管 135

8.4.1 光敏二极管和光敏晶体管的工作原理 135

8.4.2 光敏二极管和光敏晶体管的基本特性 136

8.5 光电池 137

8.5.1 光电池的工作原理 138

8.5.2 光电池的基本特性 138

8.6 光电耦合器件 140

8.6.1 光电耦合器 140

8.6.2 光电开关 140

8.7 电荷耦合器件 141

8.7.1 CCD的工作原理 141

8.7.2 CCD的应用 142

8.8 光纤传感器 144

8.8.1 光纤的结构和传输原理 145

8.8.2 光纤传感器的应用 146

8.9 红外传感器 147

8.10 光电式传感器的应用 151

8.10.1 模拟式光电传感器 151

8.10.2 脉冲式光电传感器 152

8.10.3 CCD图像传感器 153

第9章 半导体气体传感器 155

9.1 半导体气体传感器及其分类 156

9.2 电阻式半导体气体传感器 158

9.2.1 表面控制型电阻式传感器 158

9.2.2 体控制型电阻式传感器 161

9.3 非电阻式半导体气体传感器 162

9.3.1 二极管传感器 162

9.3.2 MOS二极管传感器 163

9.3.3 MOS场效应晶体管传感器 164

9.4 半导体气体传感器的应用 164

第10章 湿度传感器 167

10.1 湿度及湿度传感器 167

10.1.1 湿度及其表示方法 167

10.1.2 湿度传感器及其特性参数 168

10.1.3 湿度传感器的分类 169

10.2 电解质系湿度传感器 169

10.2.1 无机电解质湿度传感器 170

10.2.2 高分子电解质湿度传感器 171

10.3 半导体及陶瓷系湿度传感器 173

10.3.1 涂覆膜型 173

10.3.2 烧结体型 174

10.3.3 薄膜型 175

10.4 湿度传感器的应用及发展动向 175

第11章 超声波传感器 177

11.1 超声波及其物理性质 177

11.2 超声波传感器的结构 178

11.3 超声波传感器的应用 179

11.3.1 超声波物位传感器 179

11.3.2 超声波流量传感器 179

第12章 电化学传感器 181

12.1 电化学传感器的结构及其工作原理 181

12.2 纳米电化学传感器电极设计 183

12.3 电化学传感器循环伏安测试技术 184

12.3.1 电化学测试 184

12.3.2 电化学循环伏安测试 184

12.4 电化学乙醇传感器测试 186

12.4.1 电化学窗口的选择 186

12.4.2 电极电化学稳定性测试 187

12.4.3 传感器灵敏度测试 188

第13章 数字智能传感器 190

13.1 智能式传感器的构成及各部分功能 190

13.2 压阻式压力传感器智能化 191

13.3 智能式传感器发展方向与途径 194

第14章 传感器与虚拟仪器测量技术 195

14.1 LabVIEW编程基础 195

14.2 LabVIEW开发环境 196

14.3 LabVIEW菜单栏 197

14.4 LabVIEW工具条 201

14.5 LabVIEW操作模板 202

第15章 传感器与虚拟仪器应用案例 205

15.1 数据采样电路 205

15.2 数据图形化输出 207

15.2.1 数字波形图 207

15.2.2 三维图形 208

15.3 文件I/O操作 210

15.3.1 文件I/O的格式 210

15.3.2 波形文件I/O 211

15.4 单摆运动 212

15.5 单边傅里叶变换 214

15.6 提取正弦波 217

参考文献 220