基础篇 1
第1章 概论 1
1.1 传感器的地位和作用 1
1.2 传感器的应用和需求 1
1.2.1 应用领域 1
1.2.2 市场需求 2
1.3 传感器的发展动向 2
1.3.1 力学量传感器 2
1.3.2 热学量传感器 3
1.3.3 光学量传感器 4
1.4 传感器技术动向 4
1.3.5 声学量传感器 5
1.3.4 磁学量传感器 5
1.4.1 集成化、智能化 6
1.4.2 微机械化和系统化 6
1.5 传感器的定义与分类 7
1.5.1 定义 7
1.5.2 分类 7
1.6 传感器命名法及代号 7
1.6.1 传感器命名方法 7
1.6.2 传感器代号标记方法 10
1.6.3 传感器代号 11
2.1 被测量名词术语 15
2.1.1 力学量名词术语 15
第2章 传感器的名词术语 15
2.1.2 光学量名词术语 18
2.1.3 热学量名词术语 19
2.1.4 磁学量名词术语 20
2.1.5 声学量名词术语 20
2.1.6 电学量名词术语 21
2.1.7 辐射名词术语 21
2.2 传感器分类术语 22
2.2.1 一般分类术语 22
2.2.2 物理量传感器分类术语 24
2.2.3 化学量传感器分类术语 28
2.2.4 生物量传感器分类术语 29
2.3.1 通用性能术语 31
2.3 传感器性能术语 31
2.3.2 常用物理量传感器性能术语 36
第3章 双向传感器统一理论 41
3.1 机电模拟 41
3.1.1 变量分类及机电理论基本公式 41
3.1.2 两种机电模拟 44
3.1.3 机电网络 45
3.2 双向机电传感器理论分析 47
3.2.1 双向传感器统一理论概述 47
3.2.2 理想传感器 48
3.2.3 实际传感器 49
3.2.4 双向传感器的频响函数 50
29.1.2 介质的电磁特性 51
3.2.5 常用的双向传感器的特征传递矩阵和频响函数 52
4.1.1 静特性的表示方法 56
第4章 传感器的特性 56
4.1 传感器静态特性的一般知识 56
4.1.2 静特性的求法 59
4.2 传感器的主要静态性能指标 59
4.2.1 测量范围和量程 59
4.2.2 分辨力和阈值 59
4.2.3 灵敏度 61
4.2.4 迟滞 61
4.2.5 重复性 62
4.2.6 线性度 63
4.2.7 符合度 67
4.2.8 零漂及温漂 70
4.2.9 总精度 71
4.2.10 总精度计算示例 74
4.3 传感器的动态响应特性 77
4.3.1 传感器动态响应的基本特点 78
4.3.2 传递函数与频响特性 80
4.3.3 一阶系统的动态响应 83
4.3.4 二阶系统的动态响应 86
4.3.6 传感器动态响应特性的指标 91
4.3.5 高阶系统的动态响应 91
4.3.7 实验确定传递函数的方法 93
第5章 传感器的基础效应 97
5.1 传感器功能、材料和效应 97
5.2 光电效应 98
5.2.1 外光电效应 98
5.2.2 内光电效应 98
5.3 电光效应 99
5.3.2 电光克尔(Kerr)效应 100
5.3.3 光弹性效应 100
5.3.4 电致发光效应 100
5.4 磁光效应 100
5.4.1 法拉第效应 100
5.3.1 泡克耳斯(Pockels)效应 100
5.5.2 磁阻效应 101
5.5.1 霍耳效应 101
5.4.3 科顿-蒙顿效应 101
5.4.2 磁光克尔效应 101
5.5 磁电效应 101
5.6 热电效应和热释电效应 102
5.6.1 热电效应 102
5.6.2 热释电效应 102
5.7 热磁效应 103
5.7.1 横向能斯脱效应 103
5.7.2 纵向能斯脱效应 103
5.7.3 里纪-勒杜克效应 103
5.7.4 热磁纵向效应 103
5.8 压电效应 104
5.8.1 正压电效应 104
5.8.2 逆压电效应 104
5.8.3 电致伸缩效应 104
5.10.2 压磁效应 105
5.10.3 威德曼(Wiedeman)效应 105
5.10 磁致伸缩效应和压磁效应 105
5.9 压阻效应 105
5.10.1 磁致伸缩效应 105
5.11 约瑟夫逊(Josephson)效应与核磁共振 106
5.11.1 隧道效应 106
5.11.2 直流约瑟夫逊效应 106
5.11.3 交流约瑟夫逊效应 107
5.12.1 光的多普勒(Doppler)效应 108
5.12.2 萨古纳克(Sagnac)效应 108
5.12 与光有关的效应 108
5.11.4 核磁共振 108
5.12.3 喇曼(Raman)效应 109
5.12.4 派生喇曼效应 110
5.12.5 布里渊(Brillouin)效应 110
5.12.6 派生布里渊效应 110
5.13 与声波有关的效应 110
5.13.1 声音的多普勒效应 110
5.13.6 碰撞-阻尼效应 111
5.13.5 德·哈斯-板·阿尔芬(De Haass-Van Alphen)效应 111
5.13.4 声磁效应 111
5.13.2 声电效应 111
5.13.3 声光效应 111
5.13.7 △E效应 112
5.13.8 遮掩效应 112
5.13.9 衍射效应 113
5.14 放射线效应 113
5.14.1 γ射线的光电效应 113
5.14.2 吸收效应及原子序号效应 114
5.14.3 俄歇效应 114
5.14.4 康普顿效应 114
5.14.5 纬度效应 114
5.16 吸附效应及表面场效应 115
5.16.1 吸附效应 115
5.15 击波动态效应 115
5.15.3 动态磁学效应 115
5.15.2 动态光学效应 115
5.15.1 动态电学效应 115
5.16.2 半导体表面场效应 116
5.17 与化学有关的效应 116
5.17.1 科顿(Cotton)效应 116
5.17.2 中性盐效应 116
5.17.7 努森(Knudsen)效应 117
5.17.6 彼得(Budde)效应 117
5.17.5 贝克.纳赞(Baker-Nathan)效应 117
5.17.3 饱和效应 117
5.17.4 电泳效应 117
6.1.1 金属 118
第6章 传感器材料 118
6.1 金属和合金 118
6.1.2 合金 119
6.2 磁性材料 120
6.2.1 磁性材料的分类 120
6.2.2 磁致伸缩材料 121
6.2.3 永磁铁氧体 121
6.3.1 传感器用陶瓷材料的物理性质 122
6.3 陶瓷传感器材料 122
6.3.2 各种传感器用陶瓷材料 127
6.4 有机传感器材料 134
6.5 半导体传感器材料 136
6.5.1 半导体的电子特征 136
6.5.2 电导、载流子密度和迁移率的机理 137
6.5.3 涉及半导体物性的外场效应 140
6.6 光纤传感器材料 141
6.6.1 光导纤维的分类及特性 141
6.5.4 电性能的热特性 141
6.6.2 光纤参数测试 143
7.1 弹性敏感元件的基本特性 145
7.1.1 概述 145
7.1.2 弹性元件的工作特性 145
第7章 弹性敏感元件 145
7.1.3 非弹性效应 147
7.2 弹性敏感元件的材料 149
7.3 弹性敏感元件的形式及其力学特性 150
7.4.1 等截面梁 154
7.4.2 等强度梁 154
7.4 常用弹性元件的设计与计算 154
7.4.3 两端固定梁 156
7.4.4 环式弹性元件 156
7.4.5 平膜片在均布压力作用下的挠度和应力 158
7.4.6 在均布压力作用下的薄膜 160
7.4.7 平膜片大挠度问题 161
7.4.8 平膜片的非线性 161
7.4.9 有硬中心的平膜片在均布压力作用下的挠度和应力 163
7.4.10 平膜片在集中力作用下的位移和应力 164
7.4.11 平膜片的有效面积 165
7.4.12 矩形膜片 166
7.4.13 波纹膜片和膜盒 167
7.4.14 波纹管 171
7.4.15 波登管(弹簧管) 173
7.4.16 筒式应变弹性元件 175
7.4.17 弹性谐振元件 176
第8章 多传感器信息融合技术 178
8.1 引言 178
8.2.2 信息融合层次 179
8.2 信息融合的特点和模式 179
8.2.1 信息融合的特点 179
8.3.1 概述 180
8.3 多传感器信息融合方法 180
8.3.2 统计决策法 181
8.3.3 D-S证据推理法 181
8.3.4 基于人工神经网络方法 184
8.4 信息融合在机器人中的应用 185
8.4.1 手爪多传感器信息融合 185
8.4.2 移动机器人多传感器信息融合系统 188
9.2.1 光谱灵敏度S(λ) 191
9.2.2 相对光谱灵敏度Sr(λ) 191
第9章 光传感器 191
9.2 光电器件的基本特性 191
9.1 光电效应 191
原理篇 191
9.2.3 积分灵敏度S 192
9.2.4 通量阈φH 192
9.2.5 转换特性Sz(t)和时间常数τ 192
9.3 光电器件 193
9.2.10 伏安特性I(U) 193
9.2.6 光电器件的频率特性Sr(f) 193
9.3.1 光敏电阻 193
9.2.9 温度特性 193
9.2.7 光照特性U(Ee) 193
9.2.8 光谱特性Sr(λ) 193
9.3.2 光敏二极管和光敏三极管 197
9.3.3 光电池 199
9.3.4 半导体色敏元件 200
9.3.5 光电位置敏感器件 202
9.3.6 光电管 207
9.3.7 光电倍增管 211
9.4 固体图像传感器 214
9.4.1 固体图像传感器种类和特点 214
9.4.2 CCD图像传感器的工作原理 215
9.4.3 自扫描光电二极管阵列工作原理 217
9.4.4 固体图像传感器的应用 219
9.5 红外传感器 221
9.5.1 红外基础知识 222
9.5.2 红外探测器 223
9.5.3 红外探测器的应用 228
9.6 激光传感器 231
9.6.1 激光概述 231
9.6.2 激光器 232
9.6.3 激光的检测应用 233
第10章 热传感器 236
10.1 热学基本知识 236
10.1.1 温标 236
10.1.2 国际实用温标 237
10.1.3 用于温度计量进行量值传递的一些主要基准器和标准器 238
10.2 热电偶传感器 238
10.2.1 热电偶传感器的物理基础 239
10.2.2 热电偶的结构及材料 242
10.2.3 热电偶的类型 246
10.2.4 热电偶的分度法和主要特性 251
10.2.5 热电偶实用测温线路 253
10.2.6 热电偶参考端温度 255
10.2.7 热电偶的测量误差 259
10.3 热电阻型温度传感器 264
10.3.1 工作原理 264
10.3.2 热电阻材料和结构 265
10.3.3 热电阻使用误差 267
10.4 热敏电阻 271
10.4.1 热敏电阻的基本参数 272
10.4.2 热敏电阻器主要特性 273
10.4.3 热敏电阻器的应用 277
10.4.4 热敏铁氧体温度传感器 279
10.5.2 晶体管温度传感器 281
10.5.1 PN结温度传感器 281
10.5 晶体管温度传感器 281
10.5.3 集成温度传感器 284
10.6 热膨胀型温度传感器 289
10.6.1 双金属片式温度传感器 289
10.6.2 压力式温度计 290
10.7 示温涂料型液晶型传感器 291
10.7.1 示温涂料 291
10.7.2 液晶型示温传感器 292
10.8 热噪声型温度传感器 293
10.8.1 热噪声测温原理 293
10.8.2 噪声测温的主要方法 293
10.9 NQR温度传感器 297
10.9.1 NQR原理(Cl35的NQR) 297
10.9.2 谐振频率vT的检测方法与温度计的结构 298
10.10 电容型温度传感器 298
10.11 光纤温度传感器 299
11.1.1 霍耳效应 303
第11章 磁传感器 303
11.1 霍耳器件 303
11.1.2 霍耳器件的结构和测量电路 304
11.1.3 霍耳器件的主要特性参数 305
11.1.4 不等位电势和温度误差的补偿 306
11.1.5 霍耳集成电路 309
11.1.6 霍耳器件的应用简介 311
11.2 磁敏二极管和磁敏三极管 314
11.2.1 磁敏二极管的工作原理和主要特性 314
11.2.2 磁敏三极管的工作原理和主要特性 318
11.2.3 磁敏二极管和磁敏三极管的应用 321
11.3 CMOS磁敏器件 322
11.4 半导体磁敏电阻 323
11.4.1 物理磁阻效应和几何磁阻效应 323
11.4.2 磁阻元件 325
11.5 强磁性金属薄膜磁敏电阻 326
11.6 韦根德磁敏器件 328
11.7 磁通门传感器 329
11.8 超导量子干涉器件 332
11.8.1 约瑟夫逊效应 332
11.8.2 直流超导量子干涉器件 333
11.8.3 射频超导量子干涉器件 335
11.9 半导体三维磁矢量器件 335
11.9.1 三维霍耳器件 336
11.9.2 半导体三维磁敏晶体管 337
11.10 Z-元件 338
11.10.1 Z-元件的基本特性 339
11.10.2 Z-元件的半导体生产工艺 340
第12章 磁电式传感器 342
12.1 工作原理 342
12.2 典型结构 344
12.2.1 动钢型磁电式传感器 344
12.2.2 动圈型磁电式传感器 345
12.3 动态特性 346
12.3.1 机械阻抗的概念 346
12.3.2 基本元件的机械阻抗 347
12.3.3 磁电式传感器的机械阻抗 348
12.3.4 网络分析理论及其传递矩阵 349
12.3.5 磁电式传感器的传递函数 352
12.4 磁电式传感器的设计 353
12.4.1 一般设计原则 353
12.4.2 磁路设计 353
12.4.3 线圈设计 364
12.4.4 传感器动态参数的计算 365
12.5.1 积分测量电路 366
12.5 磁电式传感器的测量电路 366
12.5.2 微分测量电路 368
12.6 磁电式传感器的误差分析 369
12.6.1 温度误差分析 369
12.6.2 永久磁铁的稳定性分析 370
13.2.5 威德曼效应传感器 370
12.6.3 非线性误差分析 371
第13章 磁弹性传感器 372
13.1 磁弹性效应及传感器工作原理 372
13.1.1 磁致伸缩效应及其逆效应 372
13.1.2 威德曼效应及其逆效应 373
13.2.1 阻流圈式 374
13.1.3 巴克豪森效应 374
13.2 磁弹性传感器的典型结构 374
13.2.2 变压器式 376
13.2.3 桥式 378
13.2.4 磁弹性应变计 379
13.2.6 逆威德曼效应及渥赛姆效应传感器 380
13.3 磁弹性元件的形状与制造 381
13.3.1 磁弹性元件的冲片形状 381
13.3.2 磁弹性元件的制造工艺 383
13.3.3 磁弹性铁氧体材料 384
13.4 磁弹性传感器的测量电路 388
13.5 磁弹性传感器的特性 390
13.5.1 激磁绕组的安匝特性 390
13.5.2 输出特性 391
13.5.3 频响特性 391
13.5.4 误差分析 392
13.6 磁弹性传感器的基本计算方法 395
14.1 电阻应变计原理 397
14.1.1 应变效应 397
第14章 应变式传感器 397
14.1.2 变形的传递 398
14.2 电阻应变计 399
14.2.1 应变计的结构和材料 399
14.2.2 应变计的分类 402
14.2.3 应变计的主要参数和工作特性 414
14.2.4 应变计的标定 420
14.2.5 应变计的使用技术 424
14.3 应变式传感器的测量电路 427
14.3.1 电桥电路的发展动向 427
14.3.2 电桥电路 428
14.3.3 几种实用直流电桥模块电路 430
14.3.4 应变式传感器的线路补偿 434
14.3.5 多个传感器的组合方式及误差计算 440
14.4 应变式传感器的结构与设计 442
14.4.1 应变式传感器设计研究的新动向 442
14.4.2 测力与称重传感器 443
14.4.3 应变式压力传感器 454
14.4.4 扭矩传感器 462
14.4.5 拉移传感器 464
14.4.6 应变式加速度传感器 466
14.5 薄膜应变传感器 468
14.5.1 薄膜应变传感器的特点 468
14.5.2 溅射薄膜应变传感器 468
14.6 厚膜应变传感器 468
第15章 电位器式传感器 470
15.1 线性电位器 470
15.1.1 空载特性 470
15.1.2 阶梯特性、阶梯误差和分辨率 471
15.2.1 变骨架式非线性线绕电位器 473
15.2 非线性电位器 473
15.2.2 变节距式非线性线绕电位器 474
15.2.3 分路电阻式非线性电位器 475
15.2.4 电位给定式非线性电位器 476
15.3 负载特性与负载误差 477
15.4 结构与设计 478
15.4.1 导线 478
15.4.2 电刷 479
15.4.3 骨架 480
15.4.4 主要参数计算 480
15.5.3 导电塑料电位器 482
15.5.4 导电玻璃釉电位器 482
15.5.2 金属膜电位器 482
15.5 非线绕电位器 482
15.5.1 合成膜电位器 482
15.5.5 光电电位器 483
15.6 电位器式传感器 483
15.6.1 电位器式位移传感器 483
15.6.2 电位器式压力传感器 484
15.6.3 电位器式加速度传感器 484
第16章 压阻式传感器 486
16.1 概述 486
16.2 压阻效应与力敏电阻全桥 488
16.2.1 压阻效应 488
16.2.2 晶面与晶向 488
16.2.3 压阻系数 489
16.3 压阻式传感器的设计与制造 495
16.3.1 压阻式压力传感器 495
16.3.3 压阻式加速度传感器 513
16.4.1 信号调理与补偿 520
16.4 压阻式传感器的信号调理与接口电路 520
16.4.2 常用接口电路 525
16.4.2 传感器的集成化 528
16.5 锰铜压阻传感器 535
16.5.1 锰铜压阻传感器的工作原理 536
16.5.2 锰铜丝式与箔式压阻传感器 537
16.5.3 锰铜线圈压阻式传感器 538
16.5.4 锰铜压阻传感器的供电系统 539
第17章 电容式传感器 541
17.1 概述 541
17.2 基本工作原理 542
17.3 结构、类型及主要特性 543
17.3.1 变间隙型 543
17.3.2 变面积型 547
17.3.3 变介电常数型 548
17.3.4 差动电容传感器 549
17.4 测量电路 550
17.4.1 紧耦合电感比例臂电桥 550
17.4.2 二极管式电路 553
17.4.3 变压器式电桥电路 555
17.4.4 调频电路 556
17.4.5 差动脉冲调宽电路 558
17.4.6 运算放大器式电路 559
17.5 硅电容式集成传感器 560
17.5.1 硅电容式集成压力传感器 560
17.5.2 硅电容式集成压力传感器的接口电路 563
17.5.3 硅电容式加速度传感器 569
18.1.1 电感 571
18.1 工作原理和等效电路 571
第18章 电感式传感器 571
18.1.3 电涡流损耗电阻 572
18.1.2 铜损电阻 572
18.1.4 磁滞损耗 573
18.1.5 总耗散因数D和品质因数Q 573
18.1.6 考虑分布电容的电感式传感器 574
18.2 类型和主要特性 574
18.2.1 变间隙型电感式传感器 575
18.2.2 变面积型电感式传感器 576
18.2.3 螺管插铁型电感传感器 576
18.2.4 差动电感传感器 577
18.2.5 齿形电感式传感器 580
18.3 电感式传感器的测量电路 581
18.3.1 带相敏整流的交流电桥 581
18.3.2 变压器式电桥电路 582
18.3.3 紧耦合电感比例臂电桥 583
18.4 电感式传感器的结构与设计 586
18.4.1 电感式传感器的典型结构 586
18.4.2 带小气隙的铁心线圈的参数设计 587
18.4.3 螺管插铁型电感传感器的设计 587
18.5 测试误差分析 588
18.5.1 输出特性的非线性 588
18.5.2 零位误差 588
18.5.3 温度影响 589
18.5.4 电源电压和频率的影响 589
第19章 变压器式传感器 590
19.1 工作原理和等效电路 590
19.1.1 工作原理 590
19.1.2 等效电路 591
19.2 变压器式传感器的结构类型和主要特性 592
19.2.1 螺管型差动变压器 592
19.2.2 Ⅱ型差动变压器 601
19.2.3 旋转变压器式传感器 603
19.3 差动变压器式传感器的测量电路 606
19.3.1 相敏检波电路 606
19.3.2 差动整流电路 609
19.3.3 直流差动变压器电路 610
19.4 差动变压器结构与设计 611
19.4.1 典型结构 611
19.4.2 差动变压器设计 612
第20章 电涡流式传感器 617
20.1 电涡流传感器的工作原理 617
20.1.1 电涡流效应和传感器等效电路 617
20.1.2 电涡流的形成范围 619
20.2.2 变面积型电涡流传感器 620
20.2.1 变间隙型电涡流传感器 620
20.2 结构类型 620
20.2.3 螺管型电涡流传感器 622
20.2.4 其他型式电涡流传感器 624
20.3 测量电路 629
20.3.1 调幅式测量电路 629
20.3.2 调频调幅式测量电路 631
20.3.3 调频式测量电路 632
20.3.4 电桥电路 633
20.4 电涡流传感器的设计 634
20.4.1 量程的设计 634
20.4.2 提高灵敏度的措施 634
20.4.3 传感器的动特性 635
20.4.4 传感器材料的选择 635
20.5 电涡流传感器的使用技术 635
第21章 压电式传感器 638
21.1 压电效应 638
21.3.1 压电式传感器的等效电路 639
21.3 压电式传感器的测量电路 639
21.2 压电方程和压电常数 639
21.3.2 电压放大器 640
21.3.3 电荷放大器 641
21.4 压电式传感器的主要特性及参数 643
21.4.1 灵敏度 644
21.4.2 频率特性 644
21.4.3 横向效应 646
21.4.4 精度 648
21.4.5 绝缘电阻 648
21.4.6 环境特性 648
21.4.7 电缆噪声 650
21.4.8 压电式传感器的零漂 650
21.5 压电式传感器的结构与设计 650
21.5.1 压电式力传感器 650
21.5.2 压电式加速度传感器 654
21.5.3 压电式压力传感器 660
21.5.4 集成化压电传感器 671
22.1.1 引言 673
22.1.2 基本概念 673
第22章 谐振式传感器 673
22.1 谐振式传感器的基本概念 673
22.2 谐振弦式传感器 674
22.2.1 谐振弦压力传感器 674
22.2.2 谐振弦力传感器 677
22.3 金属谐振梁压力传感器 678
22.4 谐振筒压力传感器 679
22.4.1 电磁激振和拾振的谐振筒压力传感器 679
22.4.2 压电激振谐振筒压力传感器 681
22.5 谐振筒密度传感器 684
22.6 谐振膜式压力传感器 685
22.6.1 工作原理 685
22.6.2 自激振荡电路 686
22.7 压电石英谐振式传感器 687
22.7.1 概述 687
22.7.2 压电石英谐振器 687
22.7.3 压电石英谐振式压力传感器 692
22.7.4 压电石英谐振式温度传感器 694
22.7.5 压电石英谐振式温度传感器 696
22.8 微结构硅谐振式传感器 698
22.8.1 引言 698
22.8.2 热激励硅谐振压力传感器 698
22.8.3 光纤激励 701
22.9.1 概述 702
22.9.2 声表面波器件及特性 702
22.9 声表面波谐振传感器 702
22.8.4 压电薄膜激励 702
22.9.3 声表面波振荡器 703
22.10.2 敏感相位/幅值谐振传感器的特点 705
22.9.4 结论 705
22.10.1 引言 705
22.10 敏感相位/幅值的谐振传感器 705
22.10.3 谐振式质量流量传感器 706
22.10.4 谐振式角速度/位置传感器(谐振陀螺) 707
第23章 陀螺 711
23.1 框架式陀螺 711
23.1.1 单轴框架陀螺 711
23.1.2 双轴框架陀螺 712
23.2 挠性陀螺 713
23.3 动力调谐式挠性陀螺 713
23.4 静电陀螺 714
23.4.1 静电悬浮的基本原理 714
23.4.2 静电陀螺的工作原理 715
23.5 激光陀螺 716
23.5.1 无源塞格涅格(Sagnac)干涉仪 716
23.4.3 静电陀螺的特点与用途 716
23.5.2 激光陀螺的工作原理 717
23.6 光纤陀螺 720
23.6.1 工作原理 720
23.6.2 全光纤陀螺和集成光学光纤陀螺 720
23.7 振梁式压电陀螺 721
23.7.1 原理 722
23.7.2 性能 723
23.8 压电射流陀螺 724
23.8.1 原理 724
23.8.2 性能 725
23.8.3 可靠性 726
23.8.5 在飞机和舰船中的应用 727
23.8.4 在汽车惯导系统中应用 727
23.8.6 在智能机器人惯导系统中的应用 727
23.9.1 工作原理 728
23.9 半球谐振式陀螺 728
23.9.2 结构原理 729
23.9.3 性能与应用 729
23.10 微机械振动陀螺 730
24.1.4 流体振动式流量传感器 730
第24章 流量传感器 731
24.1 结构类型和工作原理 731
24.1.1 差压式流量传感器 731
24.1.2 涡轮式流量传感器 735
24.1.3 电磁式流量传感器 736
24.1.6 往复活塞式流量传感器 740
24.1.5 转子式流量传感器 740
24.1.8 冲击板式流量传感器 742
24.1.7 旋转活塞式流量传感器 742
24.1.9 分流旋翼式流量传感器 743
24.1.10 热动式流量传感器 744
24.1.11 超声波式流量传感器 745
24.1.12 推导式质量流量传感器 746
24.2 流量传感器的标定 747
24.3 主要技术参数及使用技术 749
第25章 伺服式传感器 751
25.1 力平衡原理 751
25.2 几种典型伺服传感器 752
25.3 组成部分的特性方程 754
25.3.1 敏感质量活动系统 754
25.3.2 信号检测器 755
25.3.3 放大器 756
25.3.4 力(力矩)发生器 756
25.3.5 输出环节 757
25.4 系统的特征方程 758
25.5 误差分析 759
25.5.1 由于各环节传递系数改变所引起的误差 760
25.5.2 由于各测量环节输入输出端干扰所造成的误差 761
25.5.3 由于各测量环节传递系数改变所引起的误差 762
25.5.4 由于各测量环节输入输出端干扰所引起的误差 763
25.6 石英挠性伺服加速度传感器 764
25.6.1 一般结构 764
25.6.2 工作原理 765
25.6.3 灵敏度自校准 767
25.6.4 性能指标 768
第26章 数字传感器 770
26.1 编码器 770
26.1.1 角度数字编码器 770
26.1.2 线位移编码器 777
26.2.1 感应同步器种类 779
26.2 感应同步器 779
26.2.2 感应同步器的结构 780
26.2.3 感应同步器的工作原理 782
26.2.4 感应同步器的信号处理方式 783
26.3 光栅传感器 784
26.3.1 计量光栅的类型 785
26.3.2 光栅传感器的结构和原理 787
26.3.3 辨向原理 792
26.3.4 细分技术 793
26.4 磁栅传感器 800
26.4.1 磁栅的结构 800
26.4.2 磁栅的工作原理 801
26.4.3 信号处理 802
26.4.4 影响磁栅传感器性能的有关因素 803
27.2.3 驻极体式话筒 804
26.5 容栅传感器 804
26.5.2 容栅传感器的原理 804
26.5.1 容栅传感器的结构 804
26.5.3 容栅传感器的信号处理 805
第27章 声传感器 806
27.1 声学基础知识 806
27.1.1 声波、声谱、声速 806
27.1.2 波动方程 806
27.1.3 声波的一些性质 807
27.2 声传感器 807
27.2.1 电动式话筒 808
27.2.2 电容式话筒 809
27.2.4 压电式声传感器 814
27.2.5 电磁式拾音器 815
27.2.6 数字唱片再生用传感器 815
27.2.7 光纤声传感器 817
27.3 超声波传感器 818
27.3.1 压电换能器的结构 819
27.3.2 超声传感器的工作原理 820
27.4 声发射传感器 828
27.4.1 声发射基本概念 828
27.4.2 声发射传感器的工作原理 829
27.4.3 声发射检测技术 830
第28章 核辐射传感器 832
28.1 核辐射基础知识 832
28.1.1 放射性同位素和核辐射 832
28.1.2 放射线和物质的作用 833
28.2 核辐射接收器 837
28.2.1 电离室 837
28.2.2 盖格(G-M)计数器 839
28.2.3 闪烁计数器 840
28.2.4 半导体接收器 841
28.3 常用核辐射传感器 844
28.3.1 核辐射厚度计 845
28.3.2 核辐射密度计 846
28.3.3 核辐射物位计 846
28.4 安全防护 846
28.4.1 辐射来源和对人体的效应 847
28.4.2 辐射防护 848
28.5 核辐射传感器的误差 849
28.5.1 核衰变的统计性质引起的误差 849
28.5.2 辐射源强度衰减引起的误差 849
29.1.1 波段的划分 851
第29章 微波传感器 851
29.1 电磁波基础知识 851
29.1.3 微波在两介质界面的反射和折射 852
29.2 微波传感器的特点和主要用途 853
29.3 微波测湿传感器 855
29.3.1 穿透式微波测湿传感器 856
29.3.2 反射式微波测湿传感器 856
29.3.3 开槽波导式微波测湿传感器 856
29.3.4 微波腔式测湿传感器 857
29.4 微波测厚传感器 859
29.5 微波测距传感器 860
29.6 微波物位和液位传感器 861
29.7 微波多普勒测速传感器 861
30.1 概述 863
第30章 光纤传感器 863
30.2 光导纤维 865
30.2.1 光纤的结构和导波原理 865
30.2.2 光导纤维的主要参数 870
30.2.3 光导纤维的类型 873
30.3 光纤传感器元件之间耦合与连接 873
30.3.1 光纤的激励 873
30.3.2 光纤元件的连接 875
30.4 光纤的光波调制技术 876
30.4.1 光强度调制 876
30.4.2 光相位调制及干涉测量法 880
30.4.3 偏振调制 881
30.4.4 频率调制 886
30.5 典型的光纤传感器 887
30.5.1 光强调制光纤传感器 887
30.4.5 颜色(光谱)调制 887
30.5.2 相位调制光纤传感器 892
30.5.3 偏振调制光纤电压传感器 893
30.5.4 频率调制光纤血流传感器 894
30.5.5 颜色调制光纤温度传感器 896
30.5.6 复用式和分布式光纤传感器 896
第31章 气体传感器 900
31.1 引言 900
31.1.1 气体传感器及其分类 900
31.1.2 气体传感器的特性参数 902
31.2 各类气体传感器简介 906
31.2.1 半导体式气体传感器 906
31.2.2 固体电解质式气体传感器 916
31.2.3 接触燃烧式气体传感器 920
31.2.4 电化学式气体传感器 921
31.2.5 有机高分子式传感器 923
31.2.6 集成复合型气体传感器 924
31.2.7 凝胶电化学气体传感器 925
31.3 气敏元件及气体传感器的应用 928
31.3.1 家庭 928
31.3.2 汽车 928
31.3.3 工业 928
31.3.4 大气污染 929
31.3.5 医疗 932
31.3.6 家用电器 933
31.3.7 煤矿 933
第32章 温度传感器 936
32.1 引言 936
32.1.1 温度传感器的分类 936
32.1.2 温度概念及湿度传感器的特性参数 936
32.2.1 陶瓷式湿度传感器 939
32.2 温度传感器简介 939
32.2.2 有机高分子温度传感器 948
32.2.3 半导体式湿度传感器 957
32.2.4 电解质式湿度传感器 959
32.2.5 尺寸变化式湿度传感器 962
32.2.6 干湿球湿度计 963
32.2.7 热敏电阻式湿度传感器 963
32.2.8 微波式湿度传感器 964
32.2.9 红外吸收式湿度传感器 965
32.2.10 石英谐振式湿度传感器 966
32.3 湿度传感器的应用 967
32.3.1 湿度传感器在室内空调中的应用 968
32.3.2 磁带录像机(VTR)中的应用 968
32.3.3 湿度传感器在电子灶上的应用 969
33.1 引言 971
第33章 离子传感器 971
33.2 玻璃膜式离子传感器 974
33.2.1 简介 974
33.2.2 玻璃膜式离子传感器基本结构 975
33.2.3 性能 975
33.2.4 应用 975
33.3 固态膜式离子传感器 975
33.3.1 简介 975
33.3.2 结构 976
33.3.3 性能 978
33.3.4 应用 978
33.4 液态膜式离子传感器 979
33.4.1 简介 979
33.4.2 结构 979
33.4.3 性能 979
33.5.3 性能 981
33.5.2 结构 981
33.4.4 应用 981
33.5.1 简介 981
33.5 基于离子传感器的隔膜式气体传感器 981
33.5.4 应用 982
33.6 微型离子传感器 982
33.6.1 简介 982
33.6.2 结构 983
33.6.3 应用 984
第34章 生物传感器 985
34.1 引言 985
34.2 分子识别 985
34.3 原理与分类 987
34.3.1 原理 987
34.4 酶传感器 990
34.4.1 简介 990
34.3.2 分类 990
34.4.2 酶传感器的基本组成 991
34.4.3 响应 992
34.4.4 应用 992
34.5 微生物传感器 993
34.5.1 简介 993
34.5.2 结构 993
34.5.3 响应 994
34.5.4 应用 994
34.6 免疫传感器 995
34.6.1 简介 995
34.6.2 结构 997
34.6.3 响应 997
34.7.2 结构 998
34.7.4 简介 998
34.7 半导体生物传感器 998
34.6.4 应用 998
34.8 光纤生物传感器 999
34.8.1 简介 999
34.8.2 结构 999
34.8.3 响应 1000
34.8.4 应用 1000
应用篇 1001
第35章 传感器性能测试与校准 1001
35.1 传感器性能测试 1001
35.2 振动与冲击传感器的校准 1001
35.2.1 校准的主要项目 1001
35.2.2 振动、冲击校准装置 1002
35.3 振动、冲击传感器灵敏度的校准方法 1012
35.3.1 激光绝对校准法 1012
35.3.2 相对校准法 1019
35.4 幅值线性度校准 1020
35.5 频率特性校准 1023
35.5.1 幅频特性校准 1023
35.5.2 相频特性校准 1024
35.6 横向灵敏度 1025
35.6.1 横向振动灵敏度标准 1025
35.6.2 横向冲击灵敏度标准 1026
35.7 温度灵敏度 1026
35.8 基座应变灵敏度 1027
35.9 声灵敏度 1028
35.10 磁场灵敏度 1028
35.11 线位移、线速度传感器的校准 1029
35.11.1 线位移传感器的校准 1029
35.11.2 线速度传感器的校准 1032
35.12 角位移、角速度传感器的校准 1034
35.12.1 角位移传感器的校准 1034
35.12.2 角速度传感器的校准 1036
35.13 力传感器的校准 1037
35.13.1 静态校准 1037
35.13.2 动态校准 1045
35.14 压力传感器的校准 1046
35.14.1 静态校准 1047
35.14.2 动态校准 1054
35.15 温度传感器的校准 1062
35.16 湿度传感器的校准 1069
第36章 传感器系统抗干扰技术 1070
36.1 干扰与噪声 1070
36.1.1 干扰与噪声的区别 1070
36.1.2 分类 1070
36.1.3 噪声电压的叠加 1073
36.1.4 噪声形成干扰的三要素 1073
36.2.3 共阻抗耦合 1074
36.2.2 互感耦合 1074
36.2 噪声的耦合方式 1074
36.2.1 电容性耦合 1074
36.2.4 漏电耦合 1076
36.2.5 传导耦合 1076
36.2.6 辐射电磁场耦合 1076
36.3 抑制电磁干扰的基本方法 1077
36.3.1 消除或抑制噪声源 1077
36.3.2 破坏干扰的耦合通道 1077
36.3.3 消除接收电路对干扰的敏感性 1077
36.3.4 采用软件抑制干扰 1077
36.4 抑制电磁干扰的基本措施 1077
36.4.1 屏蔽 1078
36.4.2 接地 1080
36.4.3 浮置 1083
36.4.5 隔离技术 1084
36.4.4 对称电路 1084
36.4.6 滤波 1086
36.4.7 脉冲电路的噪声抑制 1089
36.5 抗干扰技术的应用 1089
36.5.1 传输线引入干扰的抑制 1089
36.5.2 印制电路板的抗干扰 1091
36.5.3 A/D转换中的抗干扰 1091
36.5.4 仪表的抗干扰 1094
36.5.5 传感器的抗干扰 1094
36.5.6 微机系统的抗干扰 1095
36.5.7 负载干扰的抑制 1097
36.5.8 电源所致干扰的抑制 1098
第37章 传感器与微机接口技术 1100
37.1 传感器的输出方式和模拟信号处理 1100
37.1.1 开关式 1100
37.1.2 模拟式传感器 1101
37.1.3 数字式传感器 1105
37.1.4 模拟信号处理 1106
37.2 数据变换系统 1107
37.2.1 数据变换系统的结构 1107
37.2.2 模拟多路开关 1108
37.2.3 采样保持放大器 1111
37.2.4 数-模转换器 1116
37.2.5 模-数转换器 1125
37.2.6 电压-频率、频率-电压转换器 1134
37.3 数字接口 1138
37.3.1 开关量输入 1138
37.3.2 数据传送方式 1141
37.3.3 数据总线接口 1147
37.4.1 传感器信号的非线性补偿及误差修正 1155
37.4 传感器信号的微机处理 1155
37.4.2 测量误差及其补偿方法 1159
37.4.3 数字滤波 1162
37.4.4 其它处理功能 1164
第38章 传感器的典型应用 1167
38.1 传感器在测试系统中的应用 1167
38.1.1 测试系统的基本组成 1167
38.1.2 测试系统软件 1168
38.1.3 测试系统的主要功能 1168
38.1.4 应用实例 1169
38.2 传感器在航空航天中的应用 1171
38.2.1 航空航天中需要测量的参数 1171
38.2.2 测量参数在飞机和发动机自动控制中的作用 1171
38.2.3 测量参数在自动寻的和导航中的作用 1171
38.3.2 射弹散布振动诊断的特征参数 1172
38.3.1 射弹散布的振动诊断 1172
38.3 传感器在兵器工业中的应用 1172
38.2.4 测量参数在飞机和发动机性能实验中的作用 1172
38.3.3 振动诊断的一般方法 1173
38.3.4 振动诊断与控制应用实例 1174
38.3.5 复杂冲击测量的工程应用 1174
38.4 传感器在公路交通系统中的应用 1176
38.4.1 汽车用传感器的种类及工作原理 1177
38.4.2 汽油发动机控制用传感器 1178
38.5 传感器在工业自动化控制中的应用 1179
38.6 传感器在机器人学中的应用 1180
38.6.1 传感器在机器人学中的地位 1180
38.6.2 机器人传感器简介 1182
38.7 传感器在医学中的应用 1184
38.7.1 医用传感器的作用和分类 1184
38.7.2 传感器的医学应用 1186
第39章 各种传感器性能比较及用途、特点 1187
39.1 力、测重传感器 1187
39.2 压力传感器 1188
39.3 力矩传感器 1189
39.4 位移、位置、尺度传感器 1190
39.5 速度传感器 1199
39.6 加速度传感器 1201
39.7 流量传感器 1202
39.8 密度传感器 1203
39.9 粘度传感器 1203
39.10 浊度传感器 1203
39.11 硬度传感器 1204
39.12 光传感器 1204
39.13 热传感器 1206
39.14 磁传感器 1208
39.15 声传感器 1209
39.16 射线传感器 1210
39.17 电光量传感器 1211
39.18 气体传感器 1211
39.19 湿度传感器 1212
39.20 离子传感器 1213
39.21 生物传感器 1214
第40章 常用敏感元件和传感器产品 1215
40.1 传感器选用原则 1215
40.2 敏感元件和传感器产品 1217
40.2.1 力、测重传感器 1217
40.2.2 压力传感器 1230
40.2.3 力矩传感器 1240
40.2.4 位移、位置、尺度传感器 1242
40.2.5 速度传感器 1250
40.2.6 加速度传感器 1251
40.2.7 流量传感器 1260
40.2.8 密度传感器 1263
40.2.9 粘度传感器 1265
40.2.10 浊度传感器 1266
40.2.11 硬度传感器 1267
40.2.12 光传感器 1268
40.2.13 热传感器 1274
40.2.14 磁传感器 1279
40.2.15 声传感器 1282
40.2.16 射线传感器 1286
40.2.17 电量传感器 1287
40.2.18 气体传感器 1289
40.2.19 温度传感器 1293
40.2.20 离子敏传感器 1296
40.2.21 传感器校准系统 1300