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0 传感器与检测技术概述1

0.1 传感器的组成与分类1

0.1.1 传感器的定义1

0.1.2 传感器的组成1

0.1.3 传感器的分类1

0.2 传感器的作用与地位2

0.3 传感器技术的发展动向2

0.4 检测技术的定义4

0.5 检测技术的作用4

1 传感器的特性5

1.1 传感器的静态特性5

1.1.1 线性度5

1.1.2 迟滞7

1.1.3 重复性7

1.1.4 灵敏度与灵敏度误差8

1.1.5 分辩率与阈值8

1.1.6 稳定性8

1.1.7 温度稳定性9

1.1.8 多种抗干扰能力9

1.1.9 静态误差9

1.2 传感器的动态特性9

1.2.1 动态特性的数学描述10

1.2.2 线性系统的传递函数11

1.2.3 传感器的动态特性指标11

1.2.4 动态响应分析的基本方法13

1.2.5 典型环节的动态响应特性15

2 电阻式传感器23

2.1 电位器式电阻传感器23

2.1.1 线性电位器23

2.1.2 非线性电位器26

2.1.3 负载特性与负载误差27

2.1.4 电位器的结构与材料28

2.1.5 电位器式传感器应用举例29

2.2 应变片式电阻传感器30

2.2.1 电阻应变片的工作原理31

2.2.2 金属电阻应变片主要特性32

2.2.3 温度误差及其补偿36

2.2.4 应变片式电阻传感器的测量电路39

2.2.5 应变片式电阻传感器的应用举例42

3 电感式传感器46

3.1 自感式传感器46

3.1.1 工作原理46

3.1.2 灵敏度及非线性48

3.1.3 等效电路48

3.1.4 转换电路48

3.1.5 零点残余电压52

3.1.6 自感式传感器的特点及应用52

3.2 变压器式传感器53

3.2.1 工作原理53

3.2.2 等效电话及其特性54

3.2.3 差分变压器式传感器的测量电路56

3.2.4 零点残余电压的补偿60

3.2.5 变压器式传感器的应用举例61

3.3 涡流传感器62

3.3.1 工作原理62

3.3.2 转换电路63

3.3.3 涡流式传感器的特点及应用64

3.4 压磁式传感器66

3.4.1 工作原理66

3.4.2 结构形式66

3.5 感应同步器69

3.5.1 工作原理69

3.5.2 类型与结构71

3.5.3 输出信号的测量方法72

3.5.4 误差分析75

4 电容式传感器77

4.1 电容式传感器的工作原理及类型77

4.1.1 工作原理77

4.1.2 类型77

4.2 电容式传感器的灵敏度及非线性79

4.3 电容式传感器的特点及等效电路80

4.3.1 特点80

4.3.2 等效电路81

4.4 电容式传感器的设计要点82

4.4.1 保证绝缘材料的绝缘性能82

4.4.2 消除和减小边缘效应83

4.4.3 消除和减小寄生电容的影响83

4.4.4 防止和减小外界干扰85

4.5 电容式传感器的转换电路85

4.5.1 调制型电路85

4.5.2 脉冲型电路89

4.6 电容式传感器的应用举例92

4.6.1 差分式电容压力传感器92

4.6.2 电容式加速度传感器92

4.6.3 电容式料位传感器93

4.6.4 电容式位移传感器94

5 磁电式传感器95

5.1 磁电感应式传感器95

5.1.1 工作原理和结构类型95

5.1.2 动态特性分析97

5.1.3 测量电路101

5.1.4 磁电感应式传感器应用举例106

5.2 霍尔式传感器107

5.2.1 霍尔效应和霍尔元件材料107

5.2.2 霍尔元件构造及测量电路109

5.2.3 霍尔元件的主要技术指标109

5.2.4 霍尔元件的补偿电路110

5.2.5 霍尔式传感器的应用举例112

6 压电式传感器114

6.1 压电效应114

6.1.1 石英晶体的压电效应114

6.1.2 压电陶瓷的压电效应116

6.1.3 高分子材料的压电效应117

6.1.4 压电方程与压电常数118

6.2 压电材料120

6.3 等效电路122

6.4 测量电路123

6.4.1 电压放大器124

6.4.2 电荷放大器125

6.5压电式传感器的应用举例127

6.5.1压电式测力传感器127

6.5.2压电式加速度传感器128

6.6 影响压电式传感器精度的因素分析129

6.6.1 非线性129

6.6.2 横向灵敏度129

6.6.3 环境温度的影响130

6.6.4 湿度的影响131

6.6.5 电缆噪声131

6.6.6 接地回路噪声131

7 光电式传感器132

7.1 光电效应132

7.1.1 外光电效应132

7.1.2 内光电效应133

7.1.3 光生伏特效应133

7.2 光电器件及其特征133

7.2.1 光电管与光电倍增管133

7.2.2 光敏电阻135

7.2.3 光敏二极管及光敏三极管136

7.2.4 光电池137

7.2.5 半导体光电元件的特性138

7.3 光电式传感器的测量电路142

7.3.1 光源142

7.3.2 测量电路142

7.4 光电传感器及其应用145

7.4.1 模拟式光电传感器145

7.4.2 脉冲式光电传感器147

7.5光纤传感器148

7.5.1 光导纤维148

7.5.2 光纤传感器的工作原理150

7.6 电荷耦合器件（CCD）153

7.6.1 CCD的工作原理153

7.6.2 CCD应用举例156

7.7 光栅式传感器157

7.7.1 基本工作原理157

7.7.2 莫尔条纹159

7.7.3 辨向原理和细分电路161

7.8 激光式传感器165

7.8.1 激光干涉仪测位移165

7.8.2 激光测长度原理167

8 热电式传感器168

8.1 热电阻168

8.1.1 热电阻的材料及工作原理168

8.1.2 测量电路170

8.2 热电偶171

8.2.1 热电效应171

8.2.2 热电偶基本定律173

8.2.3 热电偶材料及常用热电偶174

8.2.4 热电偶测温线路175

8.2.5 热电偶参考端177

8.3 热敏电阻181

8.3.1 热敏电阻的主要特性182

8.3.2 热敏电阻的特性线性化183

8.3.3 热敏电阻的应用举例184

9 核辐射传感器186

9.1 核辐射的基本特性186

9.1.1 核辐射的特性186

9.1.2 测量中常用的同位素189

9.2 核辐射传感器190

9.2.1 电离室190

9.2.2 气体放电计数管191

9.3 核辐射传感器的应用举例192

9.4 放射性辐射的防护192

10 智能传感器194

10.1 概述194

10.1.1 智能传感器的概念194

10.1.2 智能传感器的功能195

10.1.3 智能传感器的特点196

10.2 智能传感器实现的途径196

10.2.1 非集成化实现196

10.2.2 集成化实现198

10.2.3 混合实现200

10.2.4 集成化智能传感器的几种形式200

10.3 智能传感器输出信号的预处理201

10.3.1 传感器输出信号的分类201

10.3.2 开关信号的预处理202

10.3.3 模拟信号预处理202

10.4 数据采集203

10.4.1 数据采集的配置203

10.4.2 取样周期的选择204

10.4.3 A/D转换器的选择205

10.5 智能传感器的数据处理技术206

10.5.1 数据处理包含的内容206

10.5.2 标度变换技术206

10.5.3 非线性补偿技术208

10.5.4传感器的温度误差补偿210

10.5.5 数字滤波技术212

10.6 智能传感器213

10.6.1 正确选择微处理器213

10.6.2 智能传感器的输入输出技术214

10.6.3智能传感器实例218

11 传感器的标定220

11.1传感器的静态特性标定220

11.1.1 静态标准条件220

11.1.2 标定仪器设备精度等级的确定220

11.1.3 静态特性标定的方法220

11.2传感器的动态特性标定221

11.3 测振传感器的标定222

11.3.1 绝对标定法223

11.3.2 比较标定法223

11.4 压力传感器的标定223

11.4.1 动态标定压力源223

11.4.2 激波管标定法225

12 传感器可靠性技术231

12.1 可靠性技术基础概述231

12.1.1 可靠性技术定义及其特点231

12.1.2 可靠性技术的基本特征量232

12.2 可靠性设计236

12.2.1 可靠性设计的重要性236

12.2.2 可靠性设计程序和原则236

12.2.3 系统的可靠性框图模型及计算237

12.3 可靠性管理238

12.3.1 可靠性管理的意义及特点238

12.3.2 可靠性管理机构和职责238

12.3.3 可靠性标准、情报与保证239

12.3.4 可靠性管理的实施239

12.4 可靠性试验239

12.4.1 传感器环境试验概述239

12.4.2 传感器的可靠性试验实例242

12.5 敏感元件及传感器的失效分析243

12.5.1 概述243

12.5.2 分析方法244

13 检测技术基础250

13.1 检测技术概述250

13.2 测量方法250

13.2.1 直接测量、间接测量和联立测量250

13.2.2 偏差式测量、零位式测量和微差式测量251

13.3 测量系统252

13.3.1 测量系统的构成253

13.3.2 主动式测量系统与被动式测量系统254

13.3.3 开环式测量系统与闭环式测量系统254

13.4 测量数据处理方法255

13.4.1 静态测量数据的处理方法255

13.4.2 动态测量数据的处理方法273

14 多传感器信息融合技术278

14.1 概述278

14.1.1 概念278

14.1.2 意义及应用278

14.2传感器信息融合的分类和结构279

14.2.1传感器信息融合的分类279

14.2.2 信息融合的结构280

14.2.3 信息融合系统结构的实例281

14.3 传感器信息融合的一般方法282

14.3.1 嵌入约束法282

14.3.2 证据组合法283

14.3.3 人工神经网络法285

14.4传感器信息融合的实例285

14.4.1 机器人中的传感器信息融合285

14.4.2 舰船上的传感器信息融合287

15 现代检测系统289

15.1 计算机检测系统的基本组成289

15.1.1 多路模拟开关289

15.1.2 A/D转换与D/A转换290

15.1.3 取样保持293

15.2 总线技术294

15.2.1 总线的基本概念及其标准化294

15.2.2 总线的通信方式295

15.2.3 测控系统内部总线296

15.2.4 测控系统外部总线298

15.3 虚拟仪器302

15.3.1虚拟仪器的出现302

15.3.2虚拟仪器的硬件系统303

15.3.3虚拟仪器的软件系统304

15.3.4虚拟仪器的发展趋势305

15.4 网络化检测仪器305

15.4.1 基于现场总线技术的网络化测控系统306

15.4.2 面向I网络测控系统306

15.4.3 网络化检测仪器与系统实例308

附录1 习题与思考题310

附录2 《传感器与检测技术》实验318

参考文献331