目录 1
第一章 传感器概论 1
1.1 传感器及其在科技发展中的重要性 1
1.2 传感器的组成和分类 1
1.2.1 传感器的组成 1
1.2.2 传感器的分类 2
1.3 传感器技术的发展动向 2
1.4.1 变量的分类 4
1.4 机电模拟及双向传感器的统一理论 4
1.4.2 机电模拟 5
1.4.3 双向传感器的统一理论 8
第二章 传感器的一般特性 19
2.1 传感器的静态特性 19
2.1.1 线性度 19
2.1.2 灵敏度 21
2.1.3 迟滞（迟环） 21
2.2 传感器的动态特性 22
2.2.1 动态参数测试的特殊问题 22
2.1.4 重复性 22
2.2.2 研究传感器动态特性的方法及其指标 23
2.2.3 传感器的数学模型 24
2.2.4 传递函数 25
2.2.5 频率响应函数 26
2.2.6 脉冲响应函数 26
2.3 传感器动态特性分析 27
2.3.1 传感器的频率响应 27
2.3.2 传感器的瞬态响应 31
2.4 传感器的无失真测试条件 33
第三章 传感器中的弹性敏感元件 35
3.1 引言 35
3.2 弹性敏感元件的基本特性 35
3.2.1 弹性特性 35
3.2.2 弹性滞后 36
3.2.3 弹性后效 36
3.2.4 固有振动频率 37
3.3 弹性敏感元件的材料 37
3.4 弹性敏感元件的特性参数计算 38
3.4.1 弹性圆柱（实心或空心） 38
3.4.2 悬臂梁 39
3.4.3 扭转棒 41
3.4.4 圆形膜片和膜盒 42
3.4.5 弹簧管 43
3.4.6 波纹管 45
3.4.7 薄壁圆筒 46
第四章 电阻应变式传感器 48
4.1 电阻应变片（计）的工作原理 48
4.1.1 金属的应变效应 48
4.1.2 电阻应变片的结构和工作原理 48
4.1.3 电阻应变片的横向效应 50
4.2 电阻应变片的种类、材料和参数 52
4.2.1 电阻应变片的种类 52
4.2.2 电阻应变片的材料 54
4.2.3 电阻应变片的主要参数 55
4.3 电阻应变片的动态响应特性 56
4.3.1 应变波的传播过程 56
4.3.2 应变计的可测频率的估算 57
4.4 粘合剂和应变片的粘贴技术 59
4.4.1 粘合剂 59
4.4.2 应变片粘贴工艺 60
4.5 电阻应变片的温度误差及其补偿 61
4.5.1 温度误差及其产生原因 61
4.5.2 温度补偿方法 62
4.6 电阻应变片的信号调节电路及电阻应变仪 64
4.6.1 测量电桥的工作原理 64
4.6.2 电阻应变仪 68
4.7 电阻应变式传感器 69
4.7.1 电阻应变式力传感器 69
4.7.2 应变式压力传感器 75
4.7.3 应变式加速度传感器 77
4.8 固态压阻式传感器 78
4.8.1 概述 78
4.8.2 压阻式压力传感器 78
4.8.3 压阻式加速度传感器 80
第五章 电容式传感器 81
5.1 电容式传感器的工作原理及结构形式 81
5.1.1 变间隙的电容式传感器 82
5.1.2 变面积的电容式传感器 86
5.1.3 变介电常数的电容式传感器 87
5.2 电容式传感器的等效电路 88
5.3 电容式传感器的信号调节电路 89
5.3.1 运算放大器式电路 89
5.3.2 电桥电路 90
5.3.3 调频电路 91
5.3.4 谐振电路 91
5.3.5 二极管T型网络 92
5.3.6 脉冲宽度调制电路 93
5.4.3 漏电阻的影响 94
5.4.2 温度对介质介电常数的影响 94
5.4.1 温度对结构尺寸的影响 94
5.4 影响电容传感器精度的因素及提高精度的措施 94
5.4.4 边缘效应与寄生参量的影响 95
5.4.5 增加原始电容值，减少寄生电容和漏电的影响 95
5.5 电容传感器的应用 96
5.5.1 膜片电极式压力传感器 96
5.5.2 电容式加速度传感器 98
5.5.3 电容式应变计 98
5.5.4 荷重传感器 99
5.5.5 振动、位移测量仪 99
5.5.6 电容测厚仪 100
6.1 变磁阻式传感器 101
6.1.1 工作原理 101
第六章 电感式传感器 101
6.1.2 等效电路 102
6.1.3 具有铁芯和小气隙的电感线圈的设计 105
6.1.4 输出特性分析 106
6.1.5 结构 109
6.1.6 传感器的信号调节电路 110
6.1.7 影响传感器精度的因素分析 112
6.2.1 螺管形差动变压器 113
6.1.8 电感式传感器的应用 113
6.2 差动变压器 113
6.2.2 差动变压的信号调节电路 120
6.2.3 差动变压器的应用 122
6.3 涡流式传感器 123
6.3.1 高频反射式涡流传感器 124
6.3.2 低频透射式涡流传感器 126
6.3.3 涡流式传感器的应用 128
7.1.1 压电效应 129
7.1 压电式传感器的工作原理 129
第七章 压电式传感器 129
7.1.2 压电常数和表面电荷的计算 131
7.2 压电材料 133
7.2.1 压电晶体 133
7.2.2 压电陶瓷 133
7.3 压电式传感器的等效电路 136
7.4 压电式传感器的信号调节电路 137
7.4.1 电压放大器（阻抗变换器） 138
7.4.2 电荷放大器 141
7.5.1 工作原理 142
7.5 压电式加速度传感器 142
7.5.2 灵敏度 143
7.5.3 频率特性 143
7.5.4 压电式加速度传感器的结构 145
7.6 压电式测力传感器 146
7.7 压电式传感器的误差 147
7.7.1 横向灵敏度和它所引起的误差 148
7.7.2 环境影响 148
7.7.3 电缆噪声 148
7.7.4 接地回路噪声 149
8.1 磁电式传感器的工作原理 150
8.2 动圈式磁电传感器 150
8.2.1 动圈式磁电传感器工作原理 150
第八章 磁电式传感器 150
8.2.2 动圈式磁电传感器结构 151
8.2.3 信号调节电路和记录仪器 152
8.3 磁阻式磁电传感器 152
8.4.1 灵敏度Sn 154
8.4.2 线圈电阻与负载电阻匹配问题 154
8.4 磁电式传感器设计要点 154
8.4.3 线圈发热检查 155
8.4.4 线圈的磁场效应 155
8.4.5 温度影响 155
8.5 磁电式传感器的误差 156
8.5.1 温度误差 157
8.5.2 永久磁铁的不稳定性误差 157
8.5.3 磁电式传感器的非线性误差 158
8.6 磁电式传感器的频率响应特性 158
9.1 热电偶 160
9.1.1 热电偶的基本原理 160
第九章 热电式传感器 160
9.1.2 热电偶的类型及结构 168
9.1.3 热电势的测量及热电偶的标定 173
9.1.4 热电偶的传热误差和动态误差 176
9.2 热电阻 179
9.2.1 金属热电阻 179
9.2.2 半导体热敏电阻 183
9.3.1 工作原理 185
9.3 晶体管和集成温度传感器 185
9.3.2 集成温度传感器的典型应用 188
附录1 铂铑10-铂热电偶分度表 190
附录2 镍铬-镍硅（镍铝）热电偶分度表 192
附录3 镍铬-考铜热电偶分度表 195
附录4 铂铑30-铂铑6热电偶分度表 197
附录5 铂热电阻分度表（R0＝46Ω） 201
附录6 铂热电阻分度表（R0＝100Ω） 203
附录7 铜热电阻分度表（R0＝50Ω） 205
附录8 铜热电阻分度表（R0＝100Ω） 206
10.1 光电管 207
第十章 光电式传感器 207
10.2 光电倍增管 208
10.3 光敏电阻 208
10.3.1 光敏电阻的工作原理 208
10.3.2 光敏电阻的结构 209
10.3.3 光敏电阻的主要参数 209
10.3.4 光敏电阻的基本特性 210
10.4 光敏二极管和光敏晶体管 212
10.4.1 工作原理 212
10.4.2 基本特性 213
10.5.1 工作原理 215
10.5 光电池 215
10.5.2 基本特性 216
10.6 光电式传感器的应用 218
10.6.1 模拟式光电传感器的应用 218
10.6.2 脉冲式光电传感器的应用 220
第十一章 智能式传感器 221
11.1 概述 221
11.2 智能式传感器的构成 221
11.3.3 非线性与温度误差的修正 222
11.3.2 智能式压阻压力传感器的软件设计 222
11.3.1 智能式压阻压力传感器硬件结构 222
11.3 压阻式压力传感器智能化 222
11.3.4 实验结果与结论 224
11.4 智能式传感器的发展方向与途径 225
11.4.1 集成智能式传感器 225
11.4.2 我国研究与开发智能式传感器的途径 226
12.1.1 光纤传感技术的形成及其特点 227
12.1.3 光纤传感器的光探测器 227
12.1.2 光纤传感器的光源 227
12.1 概论 227
第十二章 光导纤维传感器 227
12.1.4 光纤传感器的分类 228
12.2 光导纤维以及光在其中的传输 228
12.2.1 光导纤维及其传光原理 228
12.2.2 光在普通光导纤维内的传输 229
12.2.3 光在特殊光导纤维内的传输 231
12.3 光调制技术 232
12.3.1 相位调制与干涉测量 232
12.3.2 频率调制 233
12.4.1 光纤开关与定位装置 235
12.4 光纤位移传感器 235
12.4.2 传光型光纤位移传感器 238
12.4.3 受抑全内反射光纤位移传感器 239
12.4.4 光纤微弯位移传感器 241
12.4.5 光纤干涉型位移传感器 243
12.5 光纤速度、加速度传感器 244
12.5.1 光纤激光渡越速度计 244
12.5.2 利用马赫-泽德干涉仪的光纤加速度计 245
12.5.3 倾斜镜式光纤加速度计 246
12.6.1 相位调制光纤振动传感器 248
12.6 光纤振动传感器 248
12.6.2 利用光弹效应的光纤振动传感器 251
12.7 光纤湿度传感器 252
12.7.1 相位调制型光纤温度传感器 252
12.7.2 热辐射光纤温度传感器 255
12.73 传光型光纤温度传感器 258
12.8 光纤流量、流速传感器 260
12.8.1 光纤旋涡流量计 260
12.8.2 光纤激光多普勒测速计 262
12.9.1 利用马赫-泽德干涉仪制作的光纤压力传感器 263
12.9 光纤压力传感器 263
12.9.2 偏振型光纤压力传感器 264
第十三章 固态图像传感器 268
13.1 引言 268
13.2 固态图像传感器的敏感器件 269
13.2.1 电荷耦合器件（CCD） 269
13.2.2 电荷注入器件（CID） 272
13.2.3 戽链式器件（BBD） 273
13.2.4 MOS式光电变换器件 273
13.3.2 线型固态图像传感器 274
13.3.1 固态图像传感器的分类 274
13.3 固态图像传感器 274
13.3.3 面型固态图像传感器 276
13.3.4 固态图像传感器的主要特性 281
13.3.5 固态图像传感器的应用 285
第十四章 气体传感器 291
14.1 概述 291
14.1.1 气体传感器及气体检测方法 291
14.1.2 气体传感器的分类 291
14.2.2 主要特性及其改善 293
14.2 半导体气体传感器 293
14.2.1 半导体气体传感器及其分类 293
14.2.3 表面控制型电阻式传感器 296
14.2.4 体控制型电阻式传感器 299
15.1.2 湿度传感器的分类 301
14.2.5 非电阻式半导体气体传感器 301
14.2.6 半导体气体传感器的应用 302
14.3 红外吸收式气敏传感器 305
14.4 接触燃烧式气敏传感器 305
14.5 热导率变化式气体传感器 307
14.6 湿式气敏传感器 308
15.1 引言 309
15.1.1 湿敏元件的特性参数 309
第十五章 湿度传感器 309
15.2 电解质系湿度传感器 311
15.2.1 无机电解质湿度传感器 311
15.2.2 高分子电解质湿度传感器 313
15.2.3 有机季铵盐高分子电解质湿敏元件 315
15.2.4 聚苯乙烯磺酸铵湿敏元件 315
15.3.1 涂覆膜型 316
15.3 半导体及陶瓷湿度传感器 316
15.3.2 烧结体型 317
15.3.3 薄膜型 318
15.4 有机物及高分子聚合物湿度传感器 319
15.4.1 胀缩性有机物湿敏元件 319
15.4.2 高分子聚合物薄膜湿敏元件 320
15.5 湿度传感器的应用及发展动向 321
16.1.2 红外辐射术语 323
16.1.1 红外辐射 323
16.1 红外辐射的基本知识 323
第十六章 红外探测技术 323
16.1.3 红外辐射源 324
16.2 红外探测器 325
16.2.1 常见红外探测器 326
16.2.2 红外探测器的性能参数 328
16.2.3 红外探测器使用中应注意的问题 329
16.3 红外测温 329
16.3.1 红外测温的特点 329
16.3.2 红外测温原理 330
16.4.1 红外成像原理 331
16.4 红外成像 331
16.4.2 红外成像仪 332
16.5 红外分析仪 333
16.6 红外无损检测 334
16.6.1 焊接缺陷的无损检测 334
16.6.2 铸件内部缺陷探测 334
16.6.3 疲劳裂纹探测 335
17.2 传感器的动态特性标定 336
17.1.3 静态特性标定的方法 336
17.1.2 标定仪器设备的精度等级的确定 336
17.1.1 静态标准条件 336
17.1 传感器的静态特性标定 336
第十七章 传感器的标定 336
17.3 测振传感器（振动测量仪器）的标定 339
17.3.1 绝对标定法 339
17.3.2 比较标定法 339
17.4 压力传感器的标定和校准 340
17.4.1 动态标定压力源 340
17.4.2 激波管标定法 341
参考文献 347