第1部分传感器的一般特性、分析方法 3
第1章传感器概述 3
1.1传感器的定义及分类 3
1.1.1传感器的定义 3
1.1.2传感器的分类 3
1.2传感器的作用与地位 4
1.3传感器技术的发展动向 4
1.3.1发现新现象 4
1.3.2开发新材料 5
1.3.3采用微细加工技术 5
1.3.4传感器的智能化 5
1.3.5仿生传感器 5
思考题 5
第2章传感器的特性及标定 6
2.1传感器的静态特性 6
2.1.1线性度 6
2.1.2灵敏度 10
2.1.3迟滞 10
2.1.4重复性 10
2.2传感器的动态特性 12
2.2.1传感器动态特性的数学模型 12
2.2.2算子符号法与传递函数 13
2.2.3频率响应函数 13
2.2.4动态响应特性 13
2.3传感器的标定 20
2.3.1传感器的静态特性标定 20
2.3.2传感器的动态标定 22
思考题 27
第2部分常见传感器与新型传感器 31
第3章传感器中的弹性敏感元件设计 31
3.1弹性敏感元件的基本特性 31
3.1.1弹性特性 31
3.1.2弹性滞后 32
3.1.3弹性后效 32
3.1.4固有振动频率 33
3.2弹性敏感元件的材料 33
3.3弹性敏感元件的特性参数计算 34
3.3.1弹性圆柱 34
3.3.2悬臂梁 35
3.3.3扭转棒 37
3.3.4平膜片 38
3.3.5波纹管 39
3.3.6薄壁圆筒 41
3.3.7双端固定梁 42
3.4有限单元法简介 42
3.4.1弹性力学 42
3.4.2边界条件 42
3.4.3最小势能原理 43
3.4.4有限单元法 43
第4章电阻应变式传感器 45
4.1电阻应变片的工作原理（应变效应） 45
4.2电阻应变片的结构、类型及参数 46
4.2.1电阻应变片的基本结构 46
4.2.2电阻应变片的种类及特点 47
4.2.3金属应变片的参数 48
4.2.4应变片的粘贴技术 51
4.3应变片的动态响应特性 51
4.3.1应变波的传播过程 51
4.3.2应变片的极限工作频率估算 52
4.4测量电路 54
4.4.1直流电桥 54
4.4.2交流电桥 57
4.5电阻应变式传感器的温度误差及其补偿 58
4.5.1温度误差及其产生原因 58
4.5.2温度补偿方法 59
4.6应变式传感器的结构设计及应用 60
4.6.1应变式压力传感器 61
4.6.2应变式加速度传感器 64
思考题 65
第5章电容式传感器 66
5.1电容式传感器 66
5.1.1基本工作原理 66
5.1.2电容式传感器的线性及灵敏度 67
5.2电容式传感器的输出电路及等效电路 73
5.2.1电容式传感器的等效电路 73
5.2.2电容式传感器的输出电路 74
5.3影响电容传感器精度的因素及提高精度的措施 78
5.3.1边缘效应的影响 78
5.3.2寄生电容的影响 79
5.3.3温度的影响 80
5.4电容式传感器的应用 80
5.4.1电容式压力传感器 80
5.4.2电容式加速度传感器 81
5.4.3电容式荷重传感器 81
5.4.4振动、位移测量仪 81
5.4.5电容测厚传感器 82
5.4.6电容式液位传感器 82
思考题 83
第6章电感式传感器 84
6.1电感式传感器工作原理、结构与特性 84
6.1.1电感式传感器的工作原理和等效电路 84
6.1.2电感式传感器的结构类型及特性 86
6.1.3电感式传感器的测电路 89
6.2差动变压器式电感传感器 92
6.2.1工作原理 92
6.2.2差动变压器式传感器的特性 92
6.3电涡流式传感器 94
6.3.1电涡流式传感器的工作原理及特性 94
6.3.2电涡流式传感器结构形式及特点 95
6.3.3影响电涡流式传感器灵敏度的因素 97
6.3.4测量电路 98
6.4电感式传感器的应用 99
6.4.1电感式传感器的应用 99
6.4.2电涡流式传感器的应用 99
思考题 100
第7章压电式传感器 101
7.1压电式传感器的工作原理 101
7.1.1压电效应 101
7.1.2压电效应的物理解释 104
7.2压电元件常用结构形式 105
7.3压电元件的等效电路及测量电路 105
7.3.1等效电路 105
7.3.2测量电路 107
7.4压电式加速度传感器 110
7.4.1工作原理及特性 110
7.4.2压电式加速度传感器的典型结构 112
7.4.3压电式加速度传感器的应用 114
7.5压电式压力传感器 115
7.5.1压电式压力传感器的工作原理及结构 115
7.5.2压电式压力传感器的结构及应用 116
思考题 117
第8章压阻式传感器 118
8.1压阻式传感器的工作原理 118
8.2晶向的表示方法 119
8.3压阻系数 120
8.4影响压阻系数的因素 121
8.5压阻式传感器的结构与设计 122
8.5.1压阻式压力传感器 122
8.5.2压阻式加速度传感器 125
8.6压阻式传感器的测量电路及补偿 126
8.6.1恒压源供电 126
8.6.2恒流源供电 127
8.6.3减小在扩散工艺中的温度影响 128
8.7压阻式传感器的应用 129
思考题 130
第9章热电式传感器 131
9.1热电偶 131
9.1.1热电偶的工作原理 131
9.1.2常用热电偶 133
9.2热电阻 134
9.2.1热电阻的工作原理 134
9.2.2常用热电阻 134
9.2.3热电阻的结构和测量电路 135
9.3热敏电阻 135
9.3.1热敏电阻的工作原理 136
9.3.2热敏电阻的伏安特性 136
9.3.3热敏电阻的主要参数 137
9.3.4热敏电阻的结构 137
9.3.5热敏电阻的测量电路及应用 137
9.4热释电型温度传感器 138
9.5集成温度传感器 139
思考题 140
第10章光电式传感器 141
10.1光电式传感器的工作原理及基本组成 141
10.2光电式传感器中的敏感元件 142
10.2.1外光电效应型光电元件 142
10.2.2内光电效应型光电器件 146
10.3光电式传感器的类型及设计 155
10.3.1光电式传感器的类型 155
10.3.2光电式传感器的计算 156
10.4光电式传感器的应用 158
思考题 160
第11章固态图像传感器 161
11.1电荷耦合图像传感器 161
11.1.1CCD的基本工作原理 161
11.1.2线阵与面阵CCD图像传感器 165
11.1.3CCD图像传感器的特性参数 167
11.2其他类型的图像传感器 170
11.2.1电荷注入器件（CⅡ）） 170
11.2.2MOS型固体图像传感器件 171
11.2.3电荷引发器件（CPD） 171
11.2.4叠层型固体传感器件 173
11.3固态图像传感器的应用 173
思考题 175
第12章磁传感器 176
12.1霍尔传感器 176
12.1.1霍尔传感器的原理 176
12.1.2霍尔元件的特性 178
12.1.3测量电路 180
12.1.4集成霍尔传感器 184
12.1.5霍尔式传感器的应用 186
12.2磁敏二极管和磁敏三极管 188
12.2.1磁敏二极管和磁敏三极管的结构原理 189
12.2.2磁敏二极管和磁敏三极管的性能指标 191
12.2.3典型补偿电路 191
12.2.4磁敏二极管和磁敏三极管的应用 192
12.3磁通门磁力计 194
12.3.1磁通门磁力计结构与工作原理 194
12.3.2典型测量电路 196
12.3.3磁通门应用 197
12.4磁敏电阻传感器 197
12.4.1磁阻效应原理 197
12.4.2磁阻元件的主要特性 201
12.4.3典型电路 202
12.4.4应用 203
12.5其他类型的磁传感器 207
12.5.1韦根德磁敏器件 207
12.5.2Z-元件 209
思考题 213
第13章射线及微波检测传感器 214
13.1核辐射传感器 214
13.1.1核辐射检测的物理基础 214
13.1.2核辐射传感器 215
13.1.3核辐射检测技术的应用 216
13.2超声检测 218
13.2.1超声检测原理 218
13.2.2压电式超声波换能器 220
13.2.3超声波在检测技术中的应用 221
13.3红外辐射传感器 224
13.3.1红外辐射的基本定律 224
13.3.2红外传感器的分类 226
13.3.3红外辐射检测技术的应用 226
13.4微波传感器 227
13.4.1微波的基础知识 227
13.4.2微波传感器 228
13.4.3微波检测技术的应用 228
思考题 230
第14章光导纤维传感器 231
14.1光纤的特性 231
14.1.1光纤的结构和类型 231
14.1.2光纤传输特性 235
14.1.3光在普通光纤内的传输 236
14.2光纤传感器分类 237
14.2.1强度调制光纤传感器 237
14.2.2相位调制光纤传感器 239
14.2.3偏振态调制光纤传感器 239
14.2.4分布式光纤传感器 240
14.3光纤传感器的应用 243
14.3.1光纤温度传感器 243
14.3.2光纤压力与振动传感器 246
14.3.3光纤分光与光谱传感器 250
14.3.4反射式光纤位移传感器 251
14.3.5光纤图像传感器 252
思考题 254
第15章化学传感器 255
15.1湿敏传感器 255
15.1.1湿度概念 255
15.1.2陶瓷湿度传感器 256
15.1.3MgCr2 O4系湿敏传感器 258
15.1.4ZnO—Cr2O3系湿度传感器 259
15.1.5M系列氧化铝湿度传感器 260
15.2气敏传感器 261
15.2.1概述 261
15.2.2固态电解质气敏传感器 261
15.2.3电位式气敏传感器 263
15.2.4氧化物半导体气敏传感器 265
第16章MEMS传感器 269
16.1概述 269
16.2MEMS传感器的特点及分类 270
16.3MEMS加速度计 270
16.3.1电容式加速度微传感器 271
16.3.2压阻式加速度微传感器 272
16.3.3扭摆式加速度微传感器 272
16.3.4力平衡式加速度微传感器 273
16.3.5隧道效应加速度微传感器 274
16.4角速度微传感器 274
16.4.1石英音叉振动MEMS陀螺仪 275
16.4.2双框架角振动微机械陀螺仪 275
16.4.3振动轮式微陀螺 276
16.4.4振动棒式微陀螺仪 277
16.5MEMS传感器的应用 278
16.5.1在汽车工业中的应用 278
16.5.2在航空航天工业中的应用 280
16.5.3在生物医学方面的应用 281
思考题 282
第3部分测量信号的调理、记录、显示及虚拟仪器开发 285
第17章测量信号的调理 285
17.1概述 285
17.2调制与解调 286
17.2.1幅值调制 287
17.2.2幅值调制的解调 288
17.3滤波 289
17.3.1滤波器的一般特性 290
17.3.2典型的滤波器电路 291
17.4模/数转换技术 293
17.4.1逐次逼近式模/数转换原理 294
17.4.2增量调整型模/数转换原理 295
17.5电压/电流/频率变换技术 295
17.5.1电压/频率转换技术 295
17.5.2电压/电流转换技术 296
17.6电压和电流放大变换技术 297
17.6.1同相放大器 297
17.6.2反相放大器 298
17.6.3差动放大器 298
17.6.4对数放大器 299
17.6.5反对数放大器 299
17.6.6仪表放大器 300
17.7信号调理中的干扰与补偿 300
17.7.1干扰类型 300
17.7.2接地问题 303
17.7.3隔离放大器 305
第18章测量信号的采集与显示 306
18.1数据采集技术 306
18.1.1数据采集系统的主要功能 306
18.1.2数据采集系统的结构及原理 306
18.2数据的显示 309
18.2.1辉光数码管 310
18.2.2荧光数码管 310
18.2.3LED数码管 311
18.2.4LCD显示器 314
18.2.5DVM显示器 315
18.2.6CRT显示器 315
18.2.7数字存储示波器 316
第19章虚拟仪器 317
19.1虚拟仪器的概述 317
19.2虚拟仪器的特点 318
19.3虚拟仪器的体系结构 319
19.3.1虚拟仪器的硬件系统 319
19.3.2虚拟仪器的软件系统 321
19.4LabVIEW软件概述 322
19.5虚拟仪器应用实例 324
19.5.1虚拟数字示波器的前面板 325
19.5.2虚拟数字示波器的设计方案 326
19.5.3设备选择 326
19.5.4游标功能 327
19.5.5测量功能 327
19.5.6采集功能 327
19.5.7滤波功能 328
19.5.8帮助和打印 329
19.5.9幅度和时基 329
19.5.10文件保存与回放 329
19.5.11数学功能 331
19.5.12李萨如图功能 331
19.5.13退出程序功能 331
19.5.14前面板的装饰和程序框图的完善 332
参考文献 333