第1章 绪论 1
1.1 传感器与测试技术概述 1
1.1.1 测试技术在机械工业中的作用 1
1.1.2 测试工作的任务 2
1.1.3 测试系统构成 3
1.2 传感器的定义、组成、分类及要求 5
1.2.1 传感器的概念 5
1.2.2传感器的定义及组成 5
1.2.3 传感器的分类 6
1.2.4 对传感器的一般要求 8
1.3 传感器与测试技术的地位、应用及发展趋势 8
1.3.1 传感器与测试技术的地位与应用 8
1.3.2 传感器发展的新趋势 10
本章小结 11
思考题 11
作业题 11
第2章 传感器的一般特性 13
2.1 传感器的静特性 13
2.1.1 测量范围和量程 14
2.1.2 线性度 14
2.1.3 迟滞 16
2.1.4 重复性 17
2.1.5 灵敏度与灵敏度误差 17
2.1.6 分辨力与阀值 18
2.1.7 稳定性 18
2.1.8 漂移 18
2.1.9 精密度 18
2.1.10 静态误差（精度） 18
2.1.11 误差表达 19
2.2 传感器的动态特性 19
2.2.1 动态特性的一般模型 20
2.2.2 传感器对任意输入信号的时域响应与脉冲响应函数 22
2.2.3 传感器的频率响应特性 24
2.2.4 传感器典型环节的动态响应 25
2.2.5 传感器的无失真检测条件 28
2.2.6 传感器的动态性能指标 29
2.2.7 频响函数测定 30
2.3 传感器的标定与校准 31
2.3.1 传感器的标定 31
2.3.2 传感器的静态标定 32
2.3.3 传感器的动态标定 33
2.4 提高传感器性能的方法 35
2.4.1 非线性校正 35
2.4.2 温度补偿 39
2.4.3 零位法、微差法 41
2.4.4 闭环技术 42
2.4.5 平均技术 43
2.4.6 差动技术 43
2.4.7 集成化与智能化 44
2.4.8 采用屏蔽、隔离与抑制干扰措施 44
2.5 负载效应 44
2.5.1 电路系统的负载效应 45
2.5.2 广义负载效应 47
本章小结 51
思考题 51
作业题 51
第3章 电阻式传感器 53
3.1 应变式电阻传感器 53
3.1.1 金属丝的电阻应变效应 53
3.1.2 应变片结构与类型 55
3.1.3 电阻应变片主要特性 56
3.1.4 转换电路 60
3.1.5 应变片选择与粘贴工艺 64
3.1.6 电阻应变式传感器的应用 66
3.2 压阻式传感器 67
3.2.1 压阻效应 68
3.2.2 结构与特性 69
3.2.3 固态压阻传感器的测量电路 71
3.2.4 温度补偿 73
3.2.5 应用 74
3.3 热电阻式传感器 75
3.3.1 工作原理 75
3.3.2 热电阻类型及特点 76
3.3.3 热电阻式传感器的测量电路及应用 77
3.4 电位计式传感器 78
3.4.1 工作原理 78
3.4.2 类型 79
3.4.3 测量电路及应用 79
本章小结 80
思考题 80
作业题 81
第4章 电容式传感器 82
4.1 电容式传感器工作原理及特性 82
4.1.1 工作原理 82
4.1.2 类型 82
4.1.3 主要性能 87
4.2 电容式传感器设计及应用 89
4.2.1 电容式传感器的特点 89
4.2.2 误差分析及补偿 91
4.2.3 转换电路 94
4.2.4 电容式传感器应用 98
本章小结 100
思考题 101
作业题 101
第5章 电感式传感器 102
5.1 自感式传感器 102
5.1.1 工作原理 103
5.1.2 结构形式及特性 103
5.1.3 电感传感器的转换电路 108
5.1.4 电感传感器的误差分析 109
5.1.5 电感传感器应用举例 110
5.2 差动变压器 112
5.2.1 工作原理 112
5.2.2 结构形式及特性 114
5.2.3 差动变压器的转换电路 116
5.2.4 差动变压器的误差分析 117
5.2.5 差动变压器应用举例 118
5.3 涡流式传感器 119
5.3.1 工作原理 119
5.3.2 高频反射式涡流传感器的结构特点 122
5.3.3 涡流式传感器的转换电路 123
5.3.4 涡流传感器的应用 125
5.4 压磁式传感器 127
5.4.1 压磁效应 127
5.4.2 工作原理 128
5.4.3 结构举例 128
5.4.4 压磁式传感器的转换电路 129
5.4.5 压磁元件 129
5.4.6 压磁传感器的应用 130
5.5 感应同步器 130
5.5.1 感应同步器的结构 131
5.5.2 感应同步器的工作原理 132
5.5.3 输出信号的处理方式 133
5.5.4 感应同步器的设计 134
5.5.5 感应同步器的误差 135
5.5.6 感应同步器的应用 136
本章小结 137
思考题 138
作业题 138
第6章 磁电式传感器 140
6.1 磁电感应式传感器 140
6.1.1 工作原理 140
6.1.2 类型 141
6.1.3 应用 143
6.2 霍尔传感器 145
6.2.1 工作原理 145
6.2.2 结构及其特性分析 146
6.2.3 霍尔元件的驱动电路 148
6.2.4 霍尔元件的误差分析及补偿 149
6.2.5 霍尔传感器的应用 151
6.3 磁栅式传感器 153
6.3.1 工作原理 153
6.3.2 信号处理方法 156
6.3.3 磁栅传感器误差分析、特点及应用 157
本章小结 158
思考题 158
作业题 158
第7章压电式传感器 161
7.1 工作原理 161
7.1.1 压电效应 161
7.1.2 压电效应的数学模型 163
7.1.3 表面电荷计算 164
7.1.4 压电式传感器的等效电路 165
7.1.5 压电式传感器的常用结构形式 167
7.2 压电材料 167
7.2.1 压电材料的主要特性参数 167
7.2.2 压电材料的分类及特性 167
7.3 压电式传感器的应用设计及特性 170
7.3.1 压电式传感器的信号变换电路 170
7.3.2 压电式传感器的误差 173
7.3.3 压电式加速度传感器 175
7.3.4压电式力传感器 177
7.3.5 压电式压力传感器 179
7.4 高分子压电材料 179
本章小结 181
思考题 182
作业题 182
第8章 光电式传感器 184
8.1 光电效应与光电器件 184
8.1.1 光电效应 184
8.1.2 光电器件的基本特性 185
8.1.3 光电器件 186
8.1.4 光源 192
8.1.5 光电传感器的应用 192
8.2 光纤传感器 194
8.2.1 光纤的结构和传输原理 194
8.2.2 光纤的主要参数 195
8.2.3 光纤的种类 196
8.2.4 常用的光纤传感器 196
8.3 码盘式传感器 200
8.3.1 码盘与码制 200
8.3.2 光电式编码器 202
8.3.3 双盘编码器 203
8.3.4 码盘式传感器的应用 203
8.4 光栅式传感器 203
8.4.1 光栅 203
8.4.2 莫尔条纹 204
8.4.3 光栅传感器的结构和原理 205
8.4.4 光栅传感器的设计要点 208
8.4.5 光栅传感器的应用 209
8.5 激光式传感器 209
8.5.1 激光的产生原理及特点 209
8.5.2 激光器 210
8.5.3 激光干涉传感器 211
8.5.4 激光衍射传感器 212
8.5.5 激光扫描传感器 212
8.6 CCD,PSD传感器 213
8.6.1 CCD图像传感器的原理 213
8.6.2 CCD图像传感器的应用 215
8.6.3 PSD的工作原理 215
8.6.4 一维PSD信号调理电路 217
8.6.5 PSD在测距系统中的应用 218
本章小结 219
思考题 219
作业题 220
第9章 超声波传感器 221
9.1 超声波的物理性质 221
9.1.1 概述 221
9.1.2 超声波及波型 222
9.1.3 声速 222
9.1.4 波的叠加、干涉及驻波 223
9.1.5 超声波的反射、折射及波型转换 224
9.1.6 声波和衰减 227
9.1.7 多普勒效应 228
9.2 超声波换能器 229
9.2.1 概述 229
9.2.2 压电型超声波换能器 229
9.2.3 磁致伸缩型超声波换能器 231
9.2.4 电磁型超声波换能器 232
9.2.5 有振动板的超声波换能器 232
9.2.6 弹性表面波换能器 232
9.3 超声波探伤法 232
9.3.1 概述 232
9.3.2 共振法 232
9.3.3 穿透法 233
9.3.4 脉冲反射法 234
9.3.5 直接接触法与液浸法 236
9.4 超声波厚度与液位检测 236
9.4.1 超声波测厚原理 236
9.4.2 超声测量液位 237
本章小结 239
思考题 239
作业题 240
第10章 传感器与测试技术在机电系统中的典型应用 242
10.1 传感器的选择原则与设计测试系统应考虑的因素 242
10.1.1 传感器的选用原则 242
10.1.2 设计测试系统应考虑的因素 243
10.2 测试过程中的抗干扰技术 245
10.2.1 概述 245
10.2.2 干扰及其防护 245
10.2.3 电磁干扰的噪声源和噪声耦合方式 246
10.2.4 抗干扰技术 247
10.3 传感器与测试技术在机床和生产线中的应用 250
10.3.1 切削力的测量 250
10.3.2 扭矩的测量 254
10.3.3 角位移测量 257
10.3.4 速度测量 259
10.3.5 接近开关 259
10.3.6 温度的测量 262
10.4 传感器与测试技术在机器人技术中的应用 266
10.4.1 概述 266
10.4.2 机器人触觉传感器 267
10.4.3 机器人视觉传感器 272
10.4.4 机器人听觉传感器 275
10.5 传感器与测试技术在汽车中的应用 280
10.5.1 概述 280
10.5.2 汽车用传感器的设计与选用原则 281
10.5.3 汽车发动机控制用传感器 282
10.5.4 曲轴转角及转速传感器 283
10.5.5 速度传感器 286
10.5.6 空气流量传感器 286
10.5.7 温度、压力及爆燃传感器 288
10.5.8 液位传感器 292
本章小结 294
思考题 294
作业题 295
附录1 CSY系列传感系统实验仪使用说明 298
附录2 实验内容及实验指导 300
实验一 应变片传感器及其桥路性能研究 300
实验二 涡流传感器的静态标定 302
实验三 差动变压器式电感传感器位移测量 303
实验四电容式传感器特性 305
实验五 光栅传感器位移测量 306
附录3 中央广播电视大学《传感器与测试技术》课程教学大纲 308
参考文献 313