上篇 传感器原理 1
第1章 概述 1
1.1 课程简介 1
1.1.1 本课程的地位和作用 1
1.1.2 本课程的内容体系 4
1.1.3 本课程的任务及目标 5
1.2 传感器的定义与组成 7
1.3 传感器的分类 9
1.4 传感器技术的发展 12
1.4.1 提高与改善传感器的性能 12
1.4.2 开展基础理论研究 13
1.4.3 传感器的无线化 16
1.4.4 传感器的微型化 16
1.4.5 传感器的集成化 17
1.4.6 传感器的网络化 17
1.4.7 传感器的智能化 18
1.4.8 传感器的安全化 19
1.4.9 传感器的虚拟化 20
学习拓展与探究式研讨 20
习题云 20
第2章 传感器的基本特性 22
2.1 传感器的静态特性 23
2.1.1 线性度 23
2.1.2 灵敏度 23
2.1.3 分辨率 24
2.1.4 迟滞 25
2.1.5 重复性 25
2.1.6 漂移 25
2.2 传感器的动态特性 25
2.2.1 传感器的数学模型 26
2.2.2 传递函数 27
2.2.3 频率响应函数 28
2.2.4 传感器的动态特性分析 28
2.3 传感器的标定与校准 32
2.3.1 静态标定 32
2.3.2 动态标定 33
学习拓展与探究式研讨 33
习题云 34
第3章 电阻式传感器 35
3.1 工作原理 36
3.1.1 应变效应 36
3.1.2 电阻应变片种类 37
3.1.3 电阻应变片温度误差及其补偿 39
3.1.4 工程测试中的注意事项 42
3.2 测量电路 42
3.2.1 直流电桥 43
3.2.2 交流电桥 46
3.3 典型应用 49
3.3.1 电阻式力传感器 49
3.3.2 电阻式压力传感器 52
3.3.3 电阻式差压传感器 53
3.3.4 电阻式液体重量传感器 54
3.3.5 电阻式加速度传感器 55
学习拓展与探究式研讨 56
复杂工程问题实践 56
习题云 56
第4章 电感式传感器 58
4.1 变磁阻电感式传感器（自感式） 59
4.1.1 工作原理 59
4.1.2 输出特性 60
4.1.3 测量电路 63
4.1.4 变磁阻电感式传感器的应用 66
4.2 差动变压器电感式传感器（互感式） 67
4.2.1 变隙式差动变压器 67
4.2.2 螺线管式差动变压器 70
4.2.3 差动变压器电感式传感器的应用 76
4.3 电涡流电感式传感器（互感式） 77
4.3.1 工作原理 77
4.3.2 等效电路 78
4.3.3 测量电路 79
4.3.4 电涡流电感式传感器的应用 81
学习拓展与探究式研讨 82
习题云 82
第5章 电容式传感器 83
5.1 工作原理 84
5.1.1 变面积型 86
5.1.2 变介质型 87
5.1.3 变极距型 89
5.2 测量电路 92
5.2.1 调频电路 92
5.2.2 运算放大器 93
5.2.3 变压器式交流电桥 94
5.2.4 二极管双T型交流电桥 94
5.2.5 脉冲宽度调制电路（PWM方式） 96
5.3 典型应用 98
5.3.1 电容式压力传感器 99
5.3.2 电容式位移传感器 100
5.3.3 电容式加速度传感器 100
5.3.4 电容式厚度传感器 101
学习拓展与探究式研讨 101
复杂工程问题实践 102
习题云 102
第6章 压电式传感器 103
6.1 工作原理 103
6.1.1 压电效应 103
6.1.2 压电材料 104
6.2 测量电路 109
6.2.1 等效电路 109
6.2.2 测量电路 110
6.2.3 压电元件的连接 113
6.3 典型应用 114
6.3.1 压电式力传感器 114
6.3.2 压电式加速度传感器 114
6.3.3 压电式交通检测 115
学习拓展与探究式研讨 116
习题云 116
第7章 磁敏式传感器 117
7.1 磁电感应式传感器 117
7.1.1 工作原理 118
7.1.2 测量电路 122
7.1.3 磁电感应式传感器的应用 123
7.2 霍尔式传感器 125
7.2.1 工作原理 126
7.2.2 测量电路 131
7.2.3 霍尔式传感器的应用 131
学习拓展与探究式研讨 133
复杂工程问题实践 134
习题云 134
第8章 热电式传感器 135
8.1 热电偶 136
8.1.1 热电偶测温原理 136
8.1.2 热电偶的结构与种类 143
8.1.3 热电偶的冷端温度补偿 146
8.1.4 热电偶的实用测温电路 148
8.1.5 热电偶的选用与安装 150
8.1.6 热电偶的应用 151
8.2 热电阻 151
8.2.1 铂热电阻 152
8.2.2 铜热电阻 153
8.2.3 热电阻的测量电路 154
8.2.4 热电阻的应用 155
8.3 热敏电阻 156
8.3.1 热敏电阻的特性 157
8.3.2 热敏电阻的应用 158
复杂工程问题实践 159
习题云 159
第9章 光电式传感器 160
9.1 概述 161
9.1.1 光电式传感器的类别 161
9.1.2 光电式传感器的基本形式 162
9.2 光电效应与光电器件 163
9.2.1 外光电效应型光电器件 164
9.2.2 内光电效应型光电器件 168
9.3 CCD固体图像传感器 181
9.3.1 CCD的工作原理 181
9.3.2 CCD固体图像传感器的分类 184
9.3.3 CCD图像传感器的特性参数 186
9.3.4 CCD固体图像传感器的应用 188
9.4 光纤传感器 193
9.4.1 光纤 193
9.4.2 光纤传感器 196
9.4.3 光纤布拉格光栅 198
9.4.4 光纤传感器的应用 201
9.5 光电式编码器 206
9.5.1 码盘式编码器 206
9.5.2 脉冲盘式编码器 209
9.5.3 光电式编码器的应用 211
9.6 计量光栅 213
9.6.1 光栅的结构和工作原理 213
9.6.2 计量光栅的组成 215
9.6.3 计量光栅的应用 218
学习拓展与探究式研讨 219
复杂工程问题实践 219
习题云 219
第10章 辐射与波式传感器 221
10.1 红外传感器 221
10.1.1 工作原理 222
10.1.2 红外传感器的应用 225
10.2 微波传感器 230
10.2.1 工作原理 231
10.2.2 微波传感器的应用 233
10.3 超声波传感器 237
10.3.1 工作原理 237
10.3.2 超声波传感器的应用 241
学习拓展与探究式研讨 249
复杂工程问题实践 249
习题云 250
第11章 化学传感器 251
11.1 气敏传感器 251
11.1.1 气敏传感器概述 252
11.1.2 半导体式气敏传感器的工作原理 255
11.1.3 气敏传感器的应用 259
11.2 湿敏传感器 261
11.2.1 湿敏传感器概述 261
11.2.2 常用湿敏传感器的基本原理 263
11.2.3 湿敏传感器测量电路 267
11.2.4 湿敏传感器的应用 268
学习拓展与探究式研讨 270
复杂工程问题实践 270
习题云 270
第12章 生物传感器 271
12.1 概述 271
12.1.1 生物传感器的概念 272
12.1.2 生物传感器的功能 272
12.1.3 生物传感器的特点 272
12.1.4 生物传感器的分类 273
12.2 工作原理 273
12.2.1 生物分子特异性识别 274
12.2.2 生物放大 275
12.2.3 信号转换与处理 275
12.2.4 几种主要的生物传感器 276
12.3 生物芯片 279
12.4 生物传感器的应用 280
12.4.1 传统医学领域 280
12.4.2 非传统医学领域 283
12.5 生物传感器的发展 283
学习拓展与探究式研讨 284
习题云 284
第13章 新型传感器 285
13.1 智能传感器 285
13.1.1 智能传感器的特点 286
13.1.2 智能传感器的作用 287
13.1.3 智能传感器的发展趋势 287
13.1.4 智能传感器的应用实例 289
13.2 模糊传感器 292
13.2.1 模糊传感器概述 292
13.2.2 模糊传感器的结构 293
13.2.3 典型模糊传感器举例 295
13.3 微传感器 297
13.3.1 MEMS与微加工 297
13.3.2 微传感器的概念与特点 299
13.3.3 微传感器的发展现状 300
13.4 网络传感器 301
13.4.1 网络传感器的概念 301
13.4.2 网络传感器的基本结构 302
13.4.3 网络传感器的类型 302
13.4.4 基于IEEE1451标准的网络传感器 303
13.4.5 网络化测控系统体系结构 305
13.4.6 网络传感器的应用前景 305
学习拓展与探究式研讨 306
习题云 306
中篇 检测技术 307
第14章 参数检测 307
14.1 概述 308
14.1.1 检测技术的地位和作用 308
14.1.2 参数检测的基本概念 308
14.1.3 工业检测的主要内容 312
14.2 参数检测的一般方法 313
14.2.1 过程参数检测 314
14.2.2 机械量参数检测 323
14.2.3 其他参数检测 327
14.3 检测技术的发展 327
学习拓展与探究式研讨 329
复杂工程问题实践 330
习题云 330
第15章 微弱信号检测 331
15.1 概述 331
15.2 噪声 332
15.3 微弱信号检测方法 334
15.3.1 相关检测法 334
15.3.2 同步积累法 339
习题云 343
第16章 软测量 344
16.1 概述 344
16.2 软测量的方法 345
16.2.1 选择辅助变量 345
16.2.2 处理输入数据 346
16.2.3 建立软测量模型 347
16.2.4 软测量模型的在线校正 349
16.3 软测量的意义及适用条件 350
习题云 350
第17章 多传感器数据融合 351
17.1 概述 351
17.1.1 数据融合的起源 351
17.1.2 数据融合的目的 352
17.1.3 数据融合的定义 352
17.1.4 数据融合的特性 353
17.1.5 数据融合的优点 353
17.2 数据融合的基本原理 354
17.2.1 数据融合的层次 354
17.2.2 数据融合的处理形态 355
17.2.3 数据融合模型 355
17.2.4 数据融合的关键技术 357
17.3 数据融合的方法 358
17.3.1 随机类方法 359
17.3.2 人工智能类方法 360
17.4 数据融合系统的应用 361
学习拓展与探究式研讨 362
习题云 362
第18章 误差理论与数据处理基础 363
18.1 测量误差概述 363
18.2 测量误差的处理 368
18.2.1 随机误差的处理 368
18.2.2 系统误差的处理 371
18.2.3 粗大误差的处理 373
18.2.4 间接测量误差的传递 375
18.2.5 测量误差的合成 375
18.2.6 测量误差的分配 376
18.3 最小二乘法与回归分析 379
18.3.1 最小二乘法 379
18.3.2 一元线性拟合 382
18.3.3 多元线性拟合 382
18.3.4 曲线拟合 383
习题云 383
下篇 检测系统 385
第19章 虚拟仪器 385
19.1 概述 386
19.1.1 虚拟仪器的基本概念 386
19.1.2 虚拟仪器的构成与特点 386
19.1.3 虚拟仪器技术的应用 389
19.1.4 虚拟仪器的整体设计 390
19.1.5 虚拟仪器的发展方向 390
19.2 虚拟仪器系统开发环境 391
19.2.1 LabWindows/CVI 391
19.2.2 LabVIEW 395
19.3 虚拟仪器系统的数据采集实现 396
19.3.1 基于LabWindows/CVI的数据采集 396
19.3.2 基于LabVIEW的数据采集 397
复杂工程问题实践 400
习题云 400
第20章 自动检测系统 401
20.1 自动检测系统的组成 402
20.1.1 数据采集系统 402
20.1.2 输入输出通道 407
20.1.3 自动检测系统的软件 407
20.2 自动检测系统的基本设计方法 410
20.2.1 系统需求分析 410
20.2.2 系统总体设计 411
20.2.3 采样速率的确定 414
20.2.4 标度变换 415
20.2.5 硬件设计 416
20.2.6 软件设计 419
20.2.7 系统的集成与维护 419
20.3 典型自动检测系统举例 420
20.3.1 自动温度测量系统 420
20.3.2 无线传感器网络 422
20.3.3 物联网 428
20.4 自动检测系统的发展 432
学习拓展与探究式研讨 434
复杂工程问题实践 434
工程案例详解 435
习题云 436
附录 438
附录A 传感器样例 438
附录B 中国工程教育专业认证通用标准（毕业要求） 441
附录C 部分习题参考答案（精减版） 441
附录D 传感器与检测技术综合自测试题 442
参考文献 443