第1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的密切关系 3
1.3 传感器技术的发展动向 3
第2章 传感器的特性 5
2.1 传感器的静态特性 5
2.1.1 线性度 5
2.1.2 灵敏度 7
2.1.3 迟滞（迟环） 7
2.1.4 重复性 8
2.2 传感器的动态特性 8
2.2.1 动态参数测试的特殊问题 8
2.2.2 研究传感器动态特性的方法及其指标 9
2.2.3 传感器的数学模型 10
2.2.4 传递函数 11
2.2.5 频率响应函数 11
2.2.6 脉冲响应函数 12
2.3 传感器动态特性分析 13
2.3.1 传感器的频率响应 13
2.3.2 传感器的瞬态响应 17
2.4 传感器的无失真测试条件 19
2.5 传感器的标定 20
2.5.1 传感器的静态特性标定 20
2.5.2 传感器的动态特性标定 21
2.5.3 振动传感器的标定 23
2.5.4 压力传感器的标定 24
第3章 传感器中的弹性敏感元件 32
3.1 引言 32
3.2 弹性敏感元件的基本特性 32
3.2.1 弹性特性 32
3.2.2 弹性滞后 33
3.2.3 弹性后效 33
3.2.4 固有振动频率 34
3.3 弹性敏感元件的材料 34
3.4 弹性敏感元件的特性参数计算 35
3.4.1 弹性圆柱（实心和空心） 35
3.4.2 悬臂梁 36
3.4.3 扭转棒 38
3.4.4 圆形膜片和膜盒 39
3.4.5 弹簧管 40
3.4.6 波纹管 42
3.4.7 薄壁圆筒 43
第4章 电阻应变式传感器 45
4.1 电阻应变式传感器的工作原理 45
4.2 电阻应变片的工作原理 45
4.2.1 金属的应变效应 45
4.2.2 电阻应变片的结构和工作原理 46
4.2.3 电阻应变片的横向效应 48
4.3 电阻应变片的种类、材料和参数 49
4.3.1 电阻应变片的种类 49
4.3.2 电阻应变片的材料 51
4.3.3 应变片的主要参数 52
4.4 电阻应变片的动态响应特性 53
4.4.1 应变波的传播过程 54
4.4.2 应变计的可测频率的估算 54
4.5 粘合剂和应变片的粘贴技术 56
4.5.1 粘合剂 56
4.5.2 应变计粘贴工艺 57
4.6 电阻应变式传感器的温度误差及其补偿 58
4.6.1 温度误差及其产生原因 58
4.6.2 温度补偿方法 60
4.7 电阻应变式传感器的信号调节电路及电阻应变仪 61
4.7.1 测量电桥的工作原理 61
4.7.2 电阻应变仪 65
4.8 电阻应变式传感器的种类 66
4.8.1 电阻应变式力传感器 66
4.8.2 应变式压力传感器 72
4.8.3 应变式加速度传感器 75
第5章 电容式传感器 76
5.1 电容式传感器的工作原理及结构形式 76
5.1.1 变间隙的电容式传感器 77
5.1.2 变面积的电容式传感器 81
5.1.3 变介电常数的电容式传感器 81
5.2 电容式传感器的等效电路 83
5.3 电容式传感器的信号调节电路 84
5.3.1 运算放大器式电路 84
5.3.2 电桥电路 85
5.3.3 调频电路 86
5.3.4 谐振电路 86
5.3.5 二极管T型网络 87
5.3.6 脉冲宽度调制电路 88
5.4 影响电容传感器精度的因素及提高精度的措施 89
5.4.1 温度对结构尺寸的影响 90
5.4.2 温度对介质介电常数的影响 90
5.4.3 漏电阻的影响 90
5.4.4 边缘效应与寄生参量的影响 90
5.4.5 增加原始电容值，减小寄生电容和漏电的影响 91
5.5 电容传感器的应用 91
5.5.1 膜片电极式压力传感器 91
5.5.2 电容式加速度传感器 93
5.5.3 电容式应变计 93
5.5.4 荷重传感器 94
5.5.5 振动、位移测量仪 94
5.5.6 电容测厚仪 95
第6章 电感式传感器 96
6.1 变磁阻式传感器 96
6.1.1 工作原理 96
6.1.2 等效电路 97
6.1.3 输出特性分析 100
6.1.4 传感器的信号调节电路 102
6.1.5 影响传感器精度的因素分析 103
6.1.6 电感式传感器应用举例 104
6.2 差动变压器 105
6.2.1 螺管形差动变压器 105
6.2.2 差动变压的信号调节电路 110
6.2.3 差动变压器应用举例 112
6.3 涡流式传感器 113
6.3.1 高频反射式涡流传感器 113
6.3.2 低频透射式涡流传感器 116
6.3.3 涡流式传感器的应用 117
第7章 压电式传感器 119
7.1 压电式传感器的工作原理 119
7.1.1 压电效应 119
7.1.2 压电常数和表面电荷的计算 121
7.2 压电材料 123
7.2.1 压电晶体 123
7.2.2 压电陶瓷 123
7.3 压电式传感器的等效电路 126
7.4 压电式传感器的信号调节电路 127
7.4.1 电压放大器（阻抗变换器） 127
7.4.2 电荷放大器 131
7.5 压电式加速度传感器 132
7.5.1 工作原理 132
7.5.2 灵敏度 132
7.5.3 频率特性 133
7.5.4 压电式加速度传感器的结构 135
7.6 压电式测力传感器 136
第8章 磁电式传感器 138
8.1 磁电式传感器的工作原理 138
8.2 动圈式磁电传感器 138
8.2.1 动圈式磁电传感器工作原理 138
8.2.2 动圈式磁电传感器结构 139
8.2.3 信号调节电路和记录仪器 140
8.3 磁阻式磁电传感器 140
8.4 磁电式传感器的频率响应特性 142
第9章 热电式传感器 144
9.1 热电偶 144
9.1.1 热电偶的基本原理 144
9.1.2 热电偶的类型及结构 152
9.1.3 热电势的测量及热电偶的标定 158
9.1.4 热电偶的传热误差和动态误差 161
9.2 热电阻 164
9.2.1 金属热电阻 164
9.2.2 半导体热敏电阻 169
9.3 晶体管和集成温度传感器 171
9.3.1 工作原理 171
9.3.2 集成温度传感器的典型应用 174
第10章 光电式传感器 176
10.1 光电管 176
10.2 光电倍增管 177
10.3 光敏电阻 178
10.3.1 光敏电阻的工作原理 178
10.3.2 光敏电阻的结构 178
10.3.3 光敏电阻的主要参数 178
10.3.4 光敏电阻的基本特性 179
10.4 光敏二极管和光敏晶体管 181
10.4.1 工作原理 181
10.4.2 基本特性 182
10.5 光电池 184
10.5.1 工作原理 184
10.5.2 基本特性 185
10.6 光电式传感器的应用 186
10.6.1 模拟式光电传感器的应用 186
10.6.2 脉冲式光电传感器的应用 188
第11章 智能传感器 189
11.1 概述 189
11.2 智能传感器的构成 189
11.3 压阻压力传感器智能化 190
11.3.1 智能压阻压力传感器硬件结构 190
11.3.2 智能压阻压力传感器软件设计 190
11.3.3 非线性与温度误差的修正 191
11.3.4 实验结果与结论 192
11.4 智能传感器的发展方向与途径 193
第12章 光纤传感器 195
12.1 概论 195
12.1.1 光纤传感技术的形成及其特点 195
12.1.2 光纤传感器的光源 195
12.1.3 光纤传感器的光探测器 195
12.1.4 光纤传感器的分类 195
12.2 光纤以及光在其中的传输 196
12.2.1 光纤及其传光原理 196
12.2.2 光在普通光纤内的传输 197
12.2.3 光在特殊光纤内的传输 199
12.3 光调制技术 200
12.3.1 相位调制与干涉测量 200
12.3.2 频率调制 201
12.4 光纤位移传感器 202
12.4.1 光纤开关与定位装置 203
12.4.2 传光型光纤位移传感器 205
12.4.3 受抑全内反射光纤位移传感器 207
12.4.4 光纤微弯位移传感器 209
12.4.5 光纤干涉型位移传感器 211
12.5 光纤速度、加速度传感器 212
12.5.1 光纤激光渡越速度计 212
12.5.2 利用马赫-泽德干涉仪的光纤加速度计 212
12.5.3 倾斜镜式光纤加速度计 213
12.6 光纤振动传感器 215
12.6.1 相位调制光纤振动传感器 216
12.6.2 利用光弹效应的光纤振动传感器 218
12.7 光纤温度传感器 220
12.7.1 相位调制型光纤温度传感器 220
12.7.2 热辐射光纤温度传感器 223
12.7.3 传光型光纤温度传感器 225
12.8 光纤流量、流速传感器 227
12.8.1 光纤旋涡流量计 227
12.8.2 光纤激光多普勒测速计 229
12.9 光纤压力传感器 230
12.9.1 利用马赫-泽德干涉仪制作的光纤压力传感器 230
12.9.2 偏振型光纤压力传感器 232
第13章 固态图像传感器 235
13.1 引言 235
13.2 固态图像传感器的敏感器件 236
13.2.1 电荷耦合器件（CCD） 236
13.2.2 电荷注入器件（CID） 240
13.2.3 戽链式器件（BBD） 241
13.2.4 MOS式光电变换器件 241
13.3 固态图像传感器的种类 241
13.3.1 线型固态图像传感器 242
13.3.2 面型固态图像传感器 244
13.3.3 固态图像传感器主要特性 250
13.3.4 固态图像传感器的应用 254
第14章 气体传感器 258
14.1 概述 258
14.1.1 气体传感器及气体检测方法 258
14.1.2 气体传感器的分类 259
14.2 半导体气体传感器 260
14.2.1 半导体气体传感器及其分类 260
14.2.2 主要特性及其改善 260
14.2.3 表面控制型电阻式传感器 263
14.2.4 体控制型电阻式传感器 266
14.2.5 非电阻式半导体气体传感器 267
14.2.6 半导体气体传感器的应用 269
14.3 红外吸收式气敏传感器 272
14.4 接触燃烧式气敏传感器 273
14.5 热导率变化式气体传感器 274
14.6 湿式气敏传感器 275
第15章 湿度传感器 276
15.1 湿度及湿度传感器 276
15.1.1 湿度及其表示方法 276
15.1.2 湿度传感器及其特性参数 277
15.1.3 湿度传感器的分类 278
15.2 电解质系湿度传感器 278
15.2.1 无机电解质湿度传感器 279
15.2.2 高分子电解质湿度传感器 280
15.3 半导体及陶瓷湿敏传感器 282
15.3.1 涂覆膜型 283
15.3.2 烧结体型 283
15.3.3 薄膜型 285
15.4 有机物及高分子聚合物湿度传感器 286
15.4.1 胀缩性有机物湿敏元件 286
15.4.2 高分子聚合物薄膜湿敏元件 287
15.5 湿度传感器的应用 288
第16章 红外传感器 290
16.1 红外辐射的基本知识 290
16.1.1 红外辐射 290
16.1.2 红外辐射术语 291
16.1.3 红外辐射源 292
16.2 红外传感器 293
16.2.1 常见红外传感器 293
16.2.2 红外传感器的性能参数 295
16.2.3 红外传感器使用中应注意的问题 297
16.3 红外测温 297
16.3.1 红外测温的特点 297
16.3.2 红外测温原理 297
16.4 红外成像 298
16.4.1 红外成像原理 298
16.4.2 红外成像仪 299
16.5 红外分析仪 301
16.6 红外无损检测 302
16.6.1 焊接缺陷的无损检测 302
16.6.2 铸件内部缺陷探测 302
16.6.3 疲劳裂纹探测 303
第17章 固态压阻式传感器 304
17.1 半导体的压阻效应 304
17.1.1 压阻效应 304
17.1.2 压阻系数 305
17.2 固态压阻式压力传感器 307
17.3 固态压阻式加速度传感器 308
17.4 固态压阻式传感器的输出特性及补偿方法 308
17.4.1 电桥平衡失调与零位温漂补偿 308
17.4.2 灵敏度温度系数补偿 309
17.4.3 非线性及其补偿 311
第18章 微波传感器 312
18.1 微波的基本知识 312
18.1.1 微波的性质与特点 312
18.1.2 微波振荡器与微波天线 312
18.2 微波传感器及其分类 313
18.2.1 反射式微波传感器 313
18.2.2 遮断式微波传感器 313
18.2.3 微波传感器的特点与存在的问题 313
18.3 微波传感器的应用 313
18.3.1 微波湿度（水分）传感器 313
18.3.2 微波液位计 314
18.3.3 微波物位计 314
18.3.4 微波测厚仪 315
18.3.5 微波温度传感器 316
第19章 超导传感器 317
19.1 超导光传感器 317
19.1.1 超导可见光传感器 317
19.1.2 超导红外传感器 317
19.2 超导微波传感器 318
19.3 超导磁场传感器 318
第20章 液晶传感器 319
20.1 液晶及其性质 319
20.1.1 液晶的概念 319
20.1.2 液晶的分类与性质 319
20.2 液晶传感器 319
20.2.1 液晶电磁场传感器 319
20.2.2 液晶电压传感器 320
20.2.3 液晶超声波传感器 320
20.2.4 液晶温度传感器 320
第21章 生物传感器 321
21.1 概述 321
21.2 生物传感器原理、特点与分类 321
21.2.1 生物传感器的基本原理 321
21.2.2 生物敏感膜 322
21.2.3 生物传感器的特点 322
21.2.4 生物传感器的分类 322
21.3 生物反应基本知识 323
21.3.1 酶反应 324
21.3.2 酶作用机理 324
21.3.3 微生物反应 326
21.3.4 免疫学反应 327
21.3.5 生物学反应中的物理量变化 328
21.4 生物活性材料固定化技术 328
21.5 酶传感器 329
21.6 微生物传感器 332
21.6.1 呼吸机能型微生物传感器 332
21.6.2 代谢机能型微生物传感器 333
21.7 免疫传感器 334
21.8 生物组织传感器 335
21.9 半导体生物传感器 336
21.9.1 酶光敏二极管 336
21.9.2 酶FET 337
21.10 生物传感器应用与未来 337
第22章 机器人传感器 339
22.1 概述 339
22.1.1 机器人与传感器 339
22.1.2 机器人传感器的分类 339
22.2 触觉传感器 340
22.2.1 触觉 341
22.2.2 压觉 343
22.2.3 力觉 344
22.2.4 滑觉 349
22.3 接近觉传感器 351
22.4 视觉传感器 353
22.4.1 机器人视觉 353
22.4.2 视觉传感器 354
22.5 听觉、嗅觉、味觉及其他传感器 355
第23章 网络传感器 357
23.1 网络传感器的概念及特点 357
23.2 网络传感器的分类 358
23.2.1 现场总线网络传感器 358
23.2.2 TCP/IP协议网络传感器 358
23.2.3 无线网络传感器 359
23.3 无线传感器网络 359
23.3.1 无线传感器网络概念及特点 359
23.3.2 无线传感器网络的体系结构 360
23.3.3 无线传感器网络开发与应用 361
参考文献 365