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第1章 传感与检测技术基础 1

1.1 传感与检测的概念 1

1.1.1 检测技术 1

1.1.2 自动检测系统 1

1.2 传感器概论 2

1.2.1 传感器的定义 2

1.2.2 传感器的组成 2

1.2.3 传感器的分类 3

1.3 传感器与检测技术的发展方向 4

1.4 检测系统的静态特性与性能指标 6

1.4.1 测量范围 6

1.4.2 灵敏度 6

1.4.3 线性度 7

1.4.4 稳定度和漂移 8

1.4.5 回程误差 8

1.4.6 重复性 9

1.4.7 分辨力 9

1.4.8 精度 9

1.5 检测系统的动态特性与性能指标 10

1.5.1 微分方程 10

1.5.2 传递函数 11

1.5.3 频率响应函数 11

1.5.4 实现不失真测量的条件 13

习题 14

第2章 检测系统的误差合成 15

2.1 测量误差的基本概念 15

2.1.1 测量误差的名词术语 15

2.1.2 测量误差的分类 16

2.1.3 误差产生的原因 17

2.1.4 测量误差的表示方法 18

2.2 系统误差的消除方法 19

2.3 随机误差及其估算 21

2.3.1 随机误差的正态分布曲线 21

2.3.2 正态分布的随机误差的数字特征 22

2.3.3 正态分布的概率计算 22

2.4 测量误差的合成及最小二乘法的应用 24

2.4.1 测量误差的合成 24

2.4.2 最小二乘法的应用 25

2.4.3 回归分析 27

2.5 测量结果的数据处理 28

2.5.1 测量结果的表示方法与有效数字的处理原则 28

2.5.2 异常测量值的判别与舍弃 29

2.5.3 等精度测量结果的数据处理步骤 31

2.5.4 不等精度测量的权与误差 32

习题 33

第3章 弹性敏感元件设计 34

3.1 弹性敏感元件的基本特性 34

3.1.1 弹性特性 34

3.1.2 弹性滞后 35

3.1.3 弹性后效 35

3.1.4 固有振动频率 36

3.1.5 材料要求 36

3.2 敏感材料的转换功能 37

3.2.1 压－电转换功能 37

3.2.2 磁－电转换功能 37

3.2.3 光－电转换功能 38

3.2.4 热－电转换 38

3.3 半导体敏感材料 40

3.3.1 影响半导体物理性能的外场效应 40

3.3.2 常用半导体敏感材料 40

3.4 陶瓷敏感材料 41

3.4.1 压电陶瓷 41

3.4.2 热释电陶瓷 42

3.4.3 半导体陶瓷 42

3.5 有机敏感材料 42

3.5.1 有机热敏器件 43

3.5.2 压电性和热释电性高分子材料 44

3.6 形状记忆合金 44

习题 45

第4章 电参量式传感器 46

4.1 电阻式传感器 46

4.1.1 金属电阻应变片 46

4.1.2 半导体应变片 47

4.1.3 应变片的命名 48

4.1.4 电阻式传感器的测量电路 49

4.1.5 电阻式传感器的应用 53

4.2 电容式传感器 56

4.2.1 电容式传感器的优点和缺点 56

4.2.2 电容式传感器的工作原理和结构 57

4.2.3 电容式传感器测量电路 62

4.2.4 电容式传感器应用举例 64

4.3 电感式传感器 67

4.3.1 自感式传感器 67

4.3.2 互感式传感器 70

4.3.3 电感式传感器的应用 73

4.4 电涡流式传感器 75

4.4.1 高频反射型电涡流式传感器 75

4.4.2 低频透射型电涡流式传感器 77

4.4.3 测量电路 77

4.4.4 应用举例 78

习题 80

第5章 压电式传感器 82

5.1 压电效应和压电材料 82

5.1.1 压电效应 82

5.1.2 压电材料简介 82

5.1.3 石英晶体的压电特性 83

5.1.4 压电陶瓷的压电现象 84

5.2 压电式传感器等效电路和测量电路 85

5.2.1 压电式传感器的等效电路 85

5.2.2 压电式传感器测量电路 87

5.3 压电式力传感器的合理使用 89

5.4 压电式传感器应用 90

习题 92

第6章 磁电式传感器 93

6.1 动圈式磁电传感器 93

6.2 磁阻式磁电传感器 94

6.3 磁电式传感器的测量电路 95

6.4 霍耳传感器 95

6.4.1 霍耳元件 95

6.4.2 霍耳集成传感器 99

6.4.3 霍耳传感器的应用 101

习题 103

第7章 热电式传感器 104

7.1 热电偶传感器 104

7.1.1 热电偶工作原理 104

7.1.2 热电偶定律 105

7.1.3 热电偶的测温电路 107

7.1.4 热电偶的结构、种类和特点 108

7.1.5 应用热电偶的注意事项 111

7.1.6 应用举例 112

7.2 热电阻传感器 113

7.2.1 金属热电阻 113

7.2.2 热敏电阻 115

习题 116

第8章 光电式传感器 117

8.1 光电效应和光电器件 117

8.1.1 光电效应 117

8.1.2 光电器件 119

8.1.3 光生伏特器件 119

8.1.4 光电耦合器件 121

8.1.5 电荷耦合器件（CCD） 124

8.1.6 光电式传感器的其他应用 127

8.2 光纤传感器 129

8.2.1 光纤传感器的组成 130

8.2.2 光纤传感器的分类 130

8.2.3 光纤传感器的工作原理 131

8.2.4 光纤传感器的实际应用 133

8.3 红外传感器 136

8.3.1 红外传感器 136

8.3.2 红外传感器的应用 137

8.4 编码器 138

8.4.1 光电式编码器的结构与分类 139

8.4.2 光电式编码器的工作原理 139

8.4.3 光电式编码器分辨力的提高方法 140

8.4.4 光电式编码器的应用 142

8.5 光栅式传感器 143

8.5.1 光栅的基本结构 143

8.5.2 光栅式传感器的结构 145

8.5.3 光栅式传感器工作原理 146

8.5.4 光栅传感器的应用 149

8.6 感应同步器 150

8.6.1 感应同步器的结构 150

8.6.2 感应同步器的工作原理 151

8.6.3 感应同步器的应用 152

8.7 容栅式传感器 153

8.7.1 容栅式传感器的基本结构及工作原理 153

8.7.2 容栅式传感器的特点 154

习题 155

第9章 超声波微波传感器 156

9.1 超声波传感器 156

9.1.1 超声检测的物理基础 156

9.1.2 超声波传感器原理与结构 157

9.2 微波传感器 158

9.2.1 波的基本知识 158

9.2.2 微波传感器及其分类 159

9.2.3 微波传感器的优点与存在问题 160

9.2.4 微波传感器的应用 160

习题 163

第10章 化学传感器 164

10.1 气敏传感器 164

10.1.1 气敏传感器基本概念 164

10.1.2 半导体气敏传感器的工作机理 165

10.1.3 半导体气敏传感器的主要参数 165

10.1.4 半导体气敏传感器的结构 166

10.1.5 气敏传感器的应用 167

10.2 湿敏传感器 167

10.2.1 湿度的表示方法 167

10.2.2 湿敏传感器的特性参数 167

10.2.3 半导体陶瓷湿敏电阻导电机理 169

10.2.4 常用半导体湿敏电阻 170

10.2.5 湿敏传感器的应用 171

习题 172

第11章 传感器应用技术 173

11.1 信号调理电路 173

11.1.1 信号调理电路的作用 173

11.1.2 测量电桥电路 174

11.1.3 信号放大器电路 177

11.1.4 信号滤波电路 180

11.1.5 信号转换电路 185

11.1.6 调制与解调 186

11.2 传感器中的接口技术 189

11.2.1 A/D、D/A转换接口技术 189

11.2.2 异步串行通信及其接口技术 190

11.2.3 总线技术 193

11.3 传感器的补偿技术 195

11.3.1 非线性误差及补偿 195

11.3.2 温度误差及补偿 199

11.4 传感器的抗干扰技术 201

11.4.1 干扰的分类 201

11.4.2 干扰的耦合方式 204

11.4.3 抑制干扰的措施 206

习题 210

附录 传感器常见实验 212

实验一 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验 212

实验二 金属箔式应变片——半桥性能实验 215

实验三 金属箔式应变片——全桥性能实验 216

实验四 电容式传感器的位移特性实验 218

实验五 霍耳转速传感器测速实验 220

实验六 光电转速传感器测速实验 221

参考文献 222