第一章 传感器概论 1
1.1传感器的组成与分类 1
1.1.1传感器的定义 1
1.1.2传感器的组成 1
1.1.3传感器的分类 1
1.2传感器在科技发展中的重要性 2
1.2.1传感器的作用与地位 2
1.2.2传感器技术是信息技术的基础与支柱 2
1.2.3科学技术的发展与传感器技术的密切关系 3
1.3传感器技术的发展动向 3
1.4机电模拟及双向传感器的统一理论 4
1.4.1变量的分类 5
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 传感器的一般特性分析与标定 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
2.1.4重复性 22
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
2.2.2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
2.5传感器的标定 34
2.5.1传感器的静态特性标定 34
2.5.2传感器的动态特性标定 35
2.5.3振动传感器的标定 37
2.5.4压力传感器的标定 38
第三章 传感器中的弹性敏感元件 46
3.1引言 46
3.2弹性敏感元件的基本特性 46
3.2.1弹性特性 46
3.2.2弹性滞后 47
3.2.3弹性后效 47
3.2.4固有振动频率 48
3.3弹性敏感元件的材料 48
3.4弹性敏感元件的特性参数计算 49
3.4.1弹性圆柱（实心或空心） 49
3.4.2悬臂梁 50
3.4.3扭转棒 52
3.4.4圆形膜片和膜盒 53
3.4.5弹簧管 54
3.4.6 波纹管 56
3.4.7薄壁圆筒 57
第四章 电阻应变式传感器 59
4.1电阻应变式传感器的工作原理 59
4.2电阻应变片的工作原理 59
4.2.1金属的应变效应 59
4.2.2电阻应变片的结构和工作原理 59
4.2.3电阻应变片的横向效应 62
4.3电阻应变片的种类、材料和参数 63
4.3.1电阻应变片的种类 63
4.3.2电阻应变片的材料 65
4.3.3应变片的主要参数 66
4.4电阻应变片的动态响应特性 67
4.4.1应变波的传播过程 68
4.4.2应变计的可测频率的估算 68
4.5粘合剂和应变片的粘贴技术 70
4.5.1粘合剂 70
4.5.2应变计粘贴工艺 71
4.6电阻应变式传感器的温度误差及其补偿 73
4.6.1温度误差及其产生原因 73
4.6.2温度补偿方法 74
4.7电阻应变式传感器的信号调节电路及电阻应变仪 75
4.7.1测量电桥的工作原理 75
4.7.2电阻应变仪 79
4.8电阻应变式传感器 80
4.8.1电阻应变式力传感器 81
4.8.2应变式压力传感器 87
4.8.3应变式加速度传感器 89
第五章 电容式传感器 90
5.1电容式传感器的工作原理及结构形式 90
5.1.1变间隙的电容式传感器 91
5.1.2变面积的电容式传感器 95
5.1.3变介电常数的电容式传感器 95
5.2电容式传感器的等效电路 96
5.3电容式传感器的信号调节电路 98
5.3.1运算放大器式电路 98
5.3.2电桥电路 98
5.3.3调频电路 99
5.3.4谐振电路 100
5.3.5二极管T型网络 100
5.3.6脉冲宽度调制电路 101
5.4影响电容传感器精度的因素及提高精度的措施 103
5.4.1温度对结构尺寸的影响 103
5.4.2温度对介质介电常数的影响 103
5.4.3漏电阻的影响 103
5.4.4边缘效应与寄生参量的影响 103
5.4.5增加原始电容值，减少寄生电容和漏电的影响 104
5.5电容传感器的应用 104
5.5.1膜片电极式压力传感器 105
5.5.2电容式加速度传感器 106
5.5.3电容式应变计 107
5.5.4荷重传感器 107
5.5.5振动、位移测量仪 107
5.5.6电容测厚仪 108
第六章 电感式传感器 109
6.1变磁阻式传感器 109
6.1.1工作原理 109
6.1.2等效电路 110
6.1.3输出特性分析 113
6.1.4传感器的信号调节电路 115
6.1.5影响传感器精度的因素分析 116
6.1.6电感式传感器的应用 117
6.2差动变压器 117
6.2.1螺管形差动变压器 118
6.2.2差动变压的信号调节电路 123
6.2.3差动变压器的应用 126
6.3涡流式传感器 126
6.3.1高频反射式涡流传感器 126
6.3.2低频透射式涡流传感器 129
6.3.3涡流式传感器的应用 130
第七章 压电式传感器 132
7.1压电式传感器的工作原理 132
7.1.1压电效应 132
7.1.2压电常数和表面电荷的计算 134
7.2压电材料 136
7.2.1压电晶体 136
7.2.2压电陶瓷 136
7.3压电式传感器的等效电路 139
7.4压电式传感器的信号调节电路 140
7.4.1电压放大器（阻抗变换器） 141
7.4.2电荷放大器 144
7.5压电式加速度传感器 145
7.5.1工作原理 145
7.5.2灵敏度 146
7.5.3频率特性 146
7.5.4压电式加速度传感器的结构 148
7.6压电式测力传感器 149
第八章 磁电式传感器 151
8.1磁电式传感器的工作原理 151
8.2动圈式磁电传感器 151
8.2.1动圈式磁电传感器工作原理 151
8.2.2动圈式磁电传感器结构 152
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 153
8.4磁电式传感器的频率响应特性 154
第九章 热电式传感器 156
9.1热电偶 156
9.1.1热电偶的基本原理 156
9.1.2热电偶的类型及结构 164
9.1.3热电势的测量及热电偶的标定 168
9.1.4热电偶的传热误差和动态误差 173
9.2热电阻 176
9.2.1金属热电阻 176
9.2.2半导体热敏电阻 180
9.3晶体管和集成温度传感器 183
9.3.1工作原理 183
9.3.2集成温度传感器的典型应用 185
附录1 铂铑10-铂热电偶分度表 188
附录2 镍铬-镍硅（镍铝）热电偶分度表 190
附录3 镍铬-考铜热电偶分度表 193
附录4 铂铑30-铂铑6热电偶分度表 195
附录5 铂热电阻分度表（R0＝46Ω） 199
附录6 铂热电阻分度表（R0＝100Ω） 201
附录7 铜热电阻分度表（R0 ＝ 50Ω） 203
附录8 铜热电阻分度表（R0 ＝ 100Ω） 204
第十章 光电式传感器 205
10.1光电管 205
10.2光电倍增管 206
10.3光敏电阻 207
10.3.1光敏电阻的工作原理 207
10.3.2光敏电阻的结构 207
10.3.3光敏电阻的主要参数 207
10.3.4光敏电阻的基本特性 208
10.4光敏二极管和光敏晶体管 210
10.4.1工作原理 210
10.4.2基本特性 211
10.5光电池 213
10.5.1工作原理 213
10.5.2基本特性 214
10.6光电式传感器的应用 215
10.6.1模拟式光电传感器的应用 216
10.6.2脉冲式光电传感器的应用 217
第十一章 智能式传感器 219
11.1概述 219
11.2智能式传感器的构成 219
11.3压阻式压力传感器智能化 220
11.3.1智能式压阻压力传感器硬件结构 220
11.3.2智能式压阻压力传感器的软件设计 221
11.3.3非线性与温度误差的修正 221
11.3.4实验结果与结论 223
11.4智能式传感器的发展方向与途径 223
11.4.1集成智能式传感器 223
11.4.2我国研究与开发智能式传感器的途径 224
第十二章 光导纤维传感器 225
12.1概论 225
12.1.1光纤传感技术的形成及其特点 225
12.1.2光纤传感器的光源 225
12.1.3光纤传感器的光探测器 225
12.1.4光纤传感器的分类 225
12.2光导纤维以及光在其中的传输 226
12.2.1光导纤维及其传光原理 226
12.2.2光在普通光导纤维内的传输 227
12.2.3光在特殊光导纤维内的传输 228
12.3光调制技术 229
12.3.1相位调制与干涉测量 230
12.3.2频率调制 231
12.4光纤位移传感器 232
12.4.1光纤开关与定位装置 232
12.4.2传光型光纤位移传感器 235
12.4.3受抑全内反射光纤位移传感器 237
12.4.4光纤微弯位移传感器 239
12.4.5光纤干涉型位移传感器 241
12.5光纤速度、加速度传感器 241
12.5.1光纤激光渡越速度计 242
12.5.2利用马赫-泽德干涉仪的光纤加速度计 242
12.5.3倾斜镜式光纤加速度计 243
12.6光纤振动传感器 245
12.6.1相位调制光纤振动传感器 246
12.6.2利用光弹效应的光纤振动传感器 248
12.7光纤温度传感器 250
12.7.1相位调制型光纤温度传感器 250
12.7.2热辐射光纤温度传感器 253
12.7.3传光型光纤温度传感器 255
12.8光纤流量、流速传感器 257
12.8.1光纤旋涡流量计 257
12.8.2光纤激光多普勒测速计 259
12.9光纤压力传感器 260
12.9.1利用马赫-泽德干涉仪制作的光纤压力传感器 260
12.9.2偏振型光纤压力传感器 262
第十三章 固态图像传感器 265
13.1引言 265
13.2固态图像传感器的敏感器件 266
13.2.1电荷耦合器件（CCD） 266
13.2.2电荷注入器件（CID） 270
13.2.3 戽链式器件（BBD） 271
13.2.4 MOS式光电变换器件 271
13.3固态图像传感器 272
13.3.1固态图像传感器的分类 272
13.3.2线型固态图像传感器 272
13.3.3面型固态图像传感器 274
13.3.4固态图像传感器主要特性 281
13.3.5固态图像传感器的应用 285
第十四章 气体传感器 289
14.1概述 289
14.1.1气体传感器及气体检测方法 289
14.1.2气体传感器的分类 289
14.2半导体气体传感器 291
14.2.1半导体气体传感器及其分类 291
14.2.2主要特性及其改善 291
14.2.3表面控制型电阻式传感器 294
14.2.4体控制型电阻式传感器 297
14.2.5非电阻式半导体气体传感器 298
14.2.6半导体气体传感器的应用 300
14.3红外吸收式气敏传感器 303
14.4接触燃烧式气敏传感器 304
14.5热导率变化式气体传感器 306
14.6湿式气敏传感器 306
第十五章 湿度传感器 308
15.1湿度及湿度传感器 308
15.1.1湿度及其表示方法 308
15.1.2湿度传感器及其特性参数 308
15.1.3湿度传感器的分类 310
15.2电解质系湿度传感器 310
15.2.1无机电解质湿度传感器 310
15.2.2高分子电解质湿度传感器 313
15.3半导体及陶瓷湿敏传感器 315
15.3.1涂覆膜型 315
15.3.2烧结体型 316
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
第十六章 红外传感器 323
16.1红外辐射的基本知识 323
16.1.1红外辐射 323
16.1.2红外辐射术语 324
16.1.3红外辐射源 325
16.2红外传感器 327
16.2.1常见红外传感器 327
16.2.2红外传感器的性能参数 329
16.2.3红外传感器使用中应注意的问题 330
16.3红外测温 331
16.3.1红外测温的特点 331
16.3.2红外测温原理 331
16.4红外成像 332
16.4.1红外成像原理 332
16.4.2红外成像仪 333
16.5红外分析仪 334
16.6红外无损检测 335
16.6.1焊接缺陷的无损检测 335
16.6.2铸件内部缺陷探测 336
16.6.3疲劳裂纹探测 336
第十七章 固态压阻式传感器 338
17.1半导体的压阻效应 338
17.1.1压阻效应 338
17.1.2压阻系数 339
17.2固态压阻式压力传感器 341
17.3固态压阻式加速度传感器 342
17.4固态压阻式传感器的输出特性及补偿方法 342
17.4.1电桥平衡失调与零位温漂补偿 342
17.4.2灵敏度温度系数补偿 343
17.4.3非线性及其补偿 345
第十八章 微波传感器 346
18.1微波的基本知识简介 346
18.1.1微波的性质与特点 346
18.1.2微波振荡器与微波天线 346
18.2微波传感器及其分类 347
18.2.1反射式微波传感器 347
18.2.2遮断式微波传感器 347
18.2.3微波传感器的特点与存在的问题 347
18.3微波传感器的应用 347
18.3.1微波湿度（水分）传感器 347
18.3.2微波液位计 348
18.3.3微波物位计 348
18.3.4微波测厚仪 348
18.3.5微波温度传感器 349
第十九章 超导传感器 351
19.1超导光传感器 351
19.1.1超导可见光传感器 351
19.1.2超导红外传感器 351
19.2超导微波传感器 352
19.3超导磁场传感器 352
第二十章 液晶传感器 353
20.1液晶及其性质 353
20.1.1液晶的概念 353
20.1.2液晶的分类与性质 353
20.2液晶传感器 353
20.2.1液晶电磁场传感器 353
20.2.2液晶电压传感器 354
20.2.3液晶超声波传感器 354
20.2.4液晶温度传感器 354
第二十一章 生物传感器 355
21.1概述 355
21.2生物传感器原理、特点与分类 355
21.2.1生物传感器的基本原理 355
21.2.2生物敏感膜 356
21.2.3生物传感器的特点 356
21.2.4生物传感器的分类 356
21.3生物反应基本知识 357
21.3.1酶反应 357
21.3.2酶作用机理 358
21.3.3微生物反应 360
21.3.4免疫学反应 361
21.3.5生物学反应中的物理量变化 362
21.4生物活性材料固定化技术 362
21.5酶传感器 363
21.6微生物传感器 366
21.6.1呼吸机能型微生物传感器 366
21.6.2代谢机能型微生物传感器 367
21.7免疫传感器 368
21.8生物组织传感器 369
21.9半导体生物传感器 370
21.9.1酶光敏二极管 370
21.9.2 酶 FET 371
21.10生物传感器应用与未来 372
第二十二章 机器人传感器 373
22.1概述 373
22.1.1机器人与传感器 373
22.1.2机器人传感器的分类 373
22.2触觉传感器 374
22.2.1触觉 375
22.2.2压觉 377
22.2.3力觉 378
22.2.4滑觉 383
22.3接近觉传感器 385
22.4视觉传感器 387
22.4.1机器人视觉 387
22.4.1视觉传感器 388
22.5听觉、嗅觉、味觉及其他传感器 390
参考文献 392