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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