第1章 感测系统基础知识 1
1.1 基本概念 1
1.1.1 典型的计算机数据采集／控制系统 2
1.1.2 分散型数据采集系统 4
1.2 基本原理 5
1.2.1 传感器功能、材料和效应 5
1.2.2 光电效应 5
1.2.3 电光效应 8
1.2.4 磁光效应 9
1.2.5 磁电效应 9
1.2.6 热电效应和热释电效应 9
1.2.7 压电效应 10
1.2.8 压阻效应 11
1.2.9 磁致伸缩效应和压磁效应 11
1.2.10 光的多普勒效应 12
1.2.11 萨古纳克效应 13
1.2.12 吸附效应 14
1.2.13 半导体表面场效应 14
1.3 基本特性 15
1.3.1 传感器的静态特性 15
1.3.2 传感器的动态特性 24
1.4 选择依据和使用注意事项 36
1.4.1 感测系统的选择依据 36
1.4.2 感测系统使用注意事项 37
1.5 校准 38
1.5.1 感测系统校准原则 39
1.5.2 感测系统的静态校准 40
1.5.3 感测系统的动态校准 41
第2章 视觉感测 46
2.1 机器视觉概念 46
2.2 机器视觉检测方式与典型结构 49
2.2.1 视觉敏感元器件 50
2.2.2 视觉传感器 52
2.3 图像处理与识别 58
2.3.1 图像处理 58
2.3.2 图像描述 59
2.3.3 图像识别 59
2.4 机器视觉传感器的应用 60
2.5 机器人视觉临场感技术 60
2.5.1 临场感的概念 60
2.5.2 临场感系统的组成 61
2.5.3 视觉临场感系统 62
第3章 听觉感测 64
3.1 基本概念 64
3.1.1 声波 64
3.1.2 声波特性 65
3.1.3 人的听觉 67
3.2 声传感器基本特性 67
3.2.1 传声器的灵敏度 67
3.2.2 传声器的频率响应 68
3.2.3 传声器的指向性 68
3.2.4 传声器的输出阻抗 68
3.2.5 传声器的最大声压级 68
3.3 感测方式和典型结构 70
3.3.1 电动式传声器 70
3.3.2 电容式传声器 71
3.3.3 驻极体传声器 72
3.3.4 超声波传感器 73
3.3.5 声发射与声发射传感器 76
3.4 声传感器的应用 79
3.5 声传感器的使用特点 81
第4章 触觉、力觉感测 82
4.1 基本概念 82
4.1.1 触觉、力觉传感器的功能 82
4.1.2 触觉、力觉传感器的分类 83
4.2 基本特性 84
4.3 感测方式和典型结构 84
4.3.1 接触觉传感器 84
4.3.2 压觉传感器 85
4.3.3 滑觉传感器 92
4.3.4 冷热觉传感器 94
4.3.5 力觉传感器 96
4.4 力觉临场感技术 101
第5章 嗅觉、味觉感测 104
5.1 基本概念 104
5.1.1 嗅觉传感器 104
5.1.2 味觉传感器 105
5.2 基本特性 106
5.3 感测方式和典型结构 106
5.3.1 嗅觉传感器 106
5.3.2 味觉传感器 108
第6章 温度感测 111
6.1 基本概念 111
6.1.1 温度的概念 111
6.1.2 温标 111
6.1.3 温度标准的传递 113
6.1.4 温度计的校准 113
6.1.5 测温方法与测温仪器的分类 113
6.2 感测方式和典型结构 114
6.2.1 热电偶 115
6.2.2 热电阻传感器 118
6.2.3 半导体热敏电阻传感器 120
6.2.4 热敏铁氧体温度传感器 121
6.2.5 晶体管温度传感器 123
6.2.6 石英温度传感器 124
6.2.7 光纤温度传感器 125
6.2.8 全辐射测温系统 126
6.2.9 亮度式测温系统 126
6.2.10 比色式测温系统 127
6.3 温度传感器的应用 129
6.3.1 测量管道流量 129
6.3.2 气体成分分析 129
6.3.3 金属材质鉴别仪 130
6.4 温度传感器的使用特点 132
第7章 磁场感测 135
7.1 基本概念 135
7.2 感测方式和典型结构 135
7.2.1 霍尔元件 135
7.2.2 磁敏二极管和磁敏晶体管 136
7.2.3 CMOS磁敏器件 139
7.2.4 半导体磁敏电阻 140
7.2.5 强磁性金属薄膜磁敏电阻 141
7.2.6 韦根德磁敏器件 142
7.2.7 半导体三维磁矢量器件 143
7.2.8 Z-元件 144
7.2.9 超导量子干涉器件 145
7.2.10 巨磁阻抗传感器（GMI） 147
7.3 磁传感器的使用特点 147
第8章 位移感测 150
8.1 基本概念 150
8.2 感测方式和典型结构 150
8.2.1 电阻式位移感测 150
8.2.2 电感式位移感测 151
8.2.3 电容式位移感测 153
8.2.4 电涡流式位移感测 154
8.2.5 光电式位移感测 156
8.2.6 数字式位移传感器 161
8.2.7 超声位移感测 167
8.2.8 激光雷达位移感测 169
8.2.9 “气体摆”倾斜角传感器 171
8.3 位移传感器的使用特点 172
第9章 速度感测 179
9.1 基本概念 179
9.2 感测方式和典型结构 179
9.2.1 线速度感测 179
9.2.2 转速感测 183
9.3 速度传感器的使用特点 186
第10章 加速度感测 190
10.1 基本概念 190
10.2 感测方式和典型结构 193
10.2.1 压电式加速度感测 193
10.2.2 应变式加速度传感器 194
10.2.3 压阻式加速度感测 196
10.2.4 电容式加速度感测 198
10.2.5 力平衡式微机械加速度传感器 201
10.2.6 微机械热对流加速度传感器 203
10.2.7 微机械谐振式加速度传感器 204
10.2.8 隧道电流式微加速度传感器 205
10.2.9 真空微电子加速度传感器 206
10.2.10 光纤式加速度感测 206
10.3 加速度传感器的使用特点 208
第11章 姿态感测 211
11.1 基本概念 211
11.2 感测方式和典型结构 212
11.2.1 地磁传感器 212
11.2.2 速率陀螺仪 212
11.2.3 气体速率陀螺 213
11.2.4 振梁式压电陀螺 214
11.2.5 静电陀螺 215
11.2.6 光陀螺 216
11.2.7 光纤陀螺 217
11.2.8 微机械陀螺 217
11.3 陀螺传感器的使用特点 222
第12章 应变感测 223
12.1 基本概念 223
12.2 感测方式和典型结构设计 224
12.2.1 电阻式应变感测 224
12.2.2 全场应变感测 232
第13章 力感测 235
13.1 基本概念 235
13.2 感测方式和特点 235
13.2.1 力传感器中的弹性敏感元件 235
13.2.2 其他感测方式 242
13.3 典型结构设计与特性 243
13.3.1 应变测力传感器 243
13.3.2 压电式测力传感器 244
13.4 力传感器的使用特点 246
第14章 压力感测 248
14.1 基本概念 248
14.2 感测方式和特点 249
14.2.1 弹性压力敏感元件 249
14.2.2 压力感测方式 255
14.3 典型结构设计与特性 255
14.3.1 压电式压力感测 255
14.3.2 电阻式压力感测 258
14.3.3 电感式压力感测 262
14.3.4 电容式压力感测 263
14.3.5 压磁式压力感测 265
14.3.6 光纤式压力感测 266
14.3.7 力平衡式压力感测 268
14.4 压力传感器的使用要点 269
第15章 扭矩感测 272
15.1 基本概念 272
15.2 感测方式和特点 272
15.3 典型结构设计与特性 273
15.3.1 磁阻式扭矩感测 273
15.3.2 应变式扭矩感测 275
15.3.3 相位差式扭矩感测 281
15.3.4 振弦式扭矩感测 286
15.5 扭矩传感器的使用要点 286
第16章 流量感测 287
16.1 基本概念 287
16.2 感测方式和特点 287
16.3 典型结构设计与特性 289
16.3.1 差压式流量计 289
16.3.2 速度流量计 295
16.3.3 容积式流量计 300
16.3.4 振动式流量计 301
16.3.5 质量流量计 304
16.4 流量传感器的使用要点 306
第17章 电量感测 308
17.1 基本概念 308
17.2 感测方式和典型结构设计 308
17.2.1 电流量感测 308
17.2.2 电压量感测 315
17.2.3 电能量感测 316
17.2.4 频率感测 319
17.4 电量传感器的使用要点 321
参考文献 323