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绪论1

0.1 传感器的作用1

0.2 传感器的定义与组成3

0.2.1 传感器的定义3

0.2.2 传感器的组成4

0.3 传感器的分类5

0.4 对传感器的一般要求7

第1章 传感器与检测技术的基本概念8

1.1 传感器与检测技术的基本特性8

1.1.1 传感器的静态特性8

1.1.2 传感器的动态特性13

1.2 传感器的标定与校准19

1.2.1 传感器的静态特性标定20

1.2.2 传感器的动态特性标定20

1.2.3 振动传感器的标定和校准22

1.3 传感器与测试系统无失真测试的条件23

1.4 传感器性能的改善措施与传感器的选择原则24

1.4.1 改善传感器性能的基本技术24

1.4.2 传感器的选择原则25

1.5 传感器与检测技术的发展展望26

习题与思考题28

第2章 电阻式传感器29

2.1 电位器式传感器29

2.1.1 绕线式线性电位器30

2.1.2 绕线式非线性电位器30

2.1.3 非绕线式电位器32

2.1.4 电位器式压力传感器33

2.2 应变式传感器33

2.2.1 应力和应变34

2.2.2 应变效应34

2.2.3 应变片的结构、类型、材料和粘贴35

2.2.4 应变片的主要特性40

2.2.5 应变片的测量电路44

2.2.6 应变片的温度误差及分析48

2.2.7 应变式传感器的接口电路设计50

2.2.8 应变式传感器的应用51

2.3 固态压阻式传感器58

2.3.1 工作原理58

2.3.2 结构与特性59

2.3.3 压阻式传感器的接口电路设计63

2.3.4 压阻式传感器的应用66

习题与思考题67

第3章 电感式传感器69

3.1 自感式电感传感器69

3.1.1 工作原理69

3.1.2 特性分析71

3.1.3 测量电路73

3.1.4 自感式电感传感器的误差因素分析75

3.1.5 自感式电感传感器的应用76

3.2 差动变压器式传感器79

3.2.1 螺管式差动变压器81

3.2.2 变气隙式差动变压器84

3.2.3 测量电路86

3.2.4 差动变压器的应用89

3.3 电涡流式传感器92

3.3.1 工作原理92

3.3.2 结构形式93

3.3.3 电涡流的形成范围93

3.3.4 基本特性96

3.3.5 测量电路97

3.3.6 被测导体材料、形状、大小和安装对传感器灵敏度的影响98

3.3.7 电涡流式传感器的应用举例99

习题与思考题101

第4章 电容式传感器103

4.1 电容式传感器的工作原理103

4.2 电容式传感器的结构类型和主要特性103

4.2.1 结构类型103

4.2.2 主要特性105

4.3 测量电路111

4.3.1 等效电路111

4.3.2 调频电路112

4.3.3 交流电桥电路113

4.3.4 运算放大器电路114

4.3.5 二极管双T形交流电桥114

4.3.6 脉冲宽度调制电路116

4.3.7 环形二极管充放电法118

4.4 引起电容式传感器测量误差的因素及改进措施119

4.5 电容式传感器的应用122

4.6 容栅式传感器128

4.6.1 工作原理及转换电路128

4.6.2 容栅式传感器的结构形式130

习题与思考题131

第5章 磁电式传感器133

5.1 磁电感应式传感器133

5.1.1 磁电感应式传感器工作原理133

5.1.2 磁电感应式传感器基本特性136

5.1.3 磁电感应式传感器的应用137

5.2 霍尔式传感器138

5.2.1 霍尔效应及霍尔元件138

5.2.2 霍尔集成电路145

5.2.3 霍尔元件的连接方式149

5.2.4 霍尔传感器的应用149

5.3 磁阻式传感器154

5.3.1 磁阻效应和磁阻器件154

5.3.2 磁阻器件的应用157

5.4 磁敏二极管158

5.4.1 磁敏二极管的结构158

5.4.2 磁敏二极管的工作原理159

5.4.3 磁敏二极管的主要特性159

5.5 磁敏三极管161

5.5.1 磁敏三极管的结构161

5.5.2 磁敏三极管的工作原理161

5.5.3 磁敏三极管的主要特性162

5.6 磁栅式传感器163

5.6.1 磁栅163

5.6.2 磁头165

5.6.3 信号处理方式168

5.6.4 磁栅传感器的特点与误差分析169

习题与思考题169

第6章 压电式传感器171

6.1 压电式传感器的工作原理171

6.1.1 压电效应171

6.1.2 压电常数和表面电荷的计算173

6.2 压电材料178

6.2.1 压电晶体178

6.2.2 压电陶瓷179

6.2.3 聚偏二氟乙烯179

6.3 压电元件的常用结构形式180

6.4 压电式传感器的等效电路181

6.5 压电式传感器的测量电路182

6.5.1 电压放大器183

6.5.2 电荷放大器185

6.6 压电式传感器的应用187

6.6.1 压电式加速度传感器188

6.6.2 压电式力传感器190

6.7 影响压电式传感器精度的因素分析195

习题与思考题198

第7章 光电式传感器199

7.1 概述199

7.1.1 光电式传感器的组成199

7.1.2 光源及光学元件199

7.2 光电效应、器件及其应用202

7.2.1 光电效应202

7.2.2 光电管和光电倍增管204

7.2.3 光敏电阻206

7.2.4 光电池209

7.2.5 光敏二极管和光敏三极管211

7.2.6 光电器件的应用214

7.3 光纤传感器217

7.3.1 光纤的结构和传输原理217

7.3.2 光纤传感器的工作原理221

7.3.3 光纤传感器的应用223

7.4 光栅式传感器225

7.4.1 光栅的结构与分类226

7.4.2 光栅的工作原理226

7.4.3 辨向原理和细分技术228

7.4.4 光栅传感器的应用231

7.5 光固态图像传感器233

7.5.1 CCD的结构和工作原理233

7.5.2 CCD图像传感器236

7.5.3 CCD图像传感器的应用238

7.6 位置敏感器件239

7.6.1 PSD的工作原理239

7.6.2 PSD的结构240

7.6.3 PSD的特性241

7.6.4 PSD的优点242

7.6.5 PSD的应用242

习题与思考题243

第8章 热电式传感器244

8.1 概述244

8.2 热电偶245

8.2.1 热电偶的测温原理245

8.2.2 热电偶的基本定律248

8.2.3 常用热电偶250

8.2.4 常用热电偶的结构252

8.2.5 热电偶的误差及补偿措施254

8.2.6 热电偶实用测温电路260

8.3 热电阻式传感器262

8.3.1 热电阻测温原理262

8.3.2 金属热电阻262

8.3.3 热敏电阻264

8.3.4 热电阻传感器的应用266

8.4 半导体温度传感器270

8.4.1 半导体单晶非结型温度传感器270

8.4.2 PN结型温度传感器270

习题与思考题278

第9章 智能传感器279

9.1 智能传感器的概念、功能、特点和发展趋势279

9.1.1 智能传感器的概念279

9.1.2 智能传感器的功能279

9.1.3 智能传感器的特点和发展趋势280

9.2 智能传感器的组成与实现281

9.2.1 智能传感器的组成281

9.2.2 智能传感器的实现282

9.3 典型的智能传感器283

9.3.1 智能温度传感器283

9.3.2 轮胎压力传感器284

9.3.3 智能差压传感变送器285

习题与思考题286

第10章 新型传感器287

10.1 辐射式传感器287

10.1.1 红外辐射式传感器287

10.1.2 超声波传感器290

10.1.3 核辐射传感器293

10.2 气敏、湿敏传感器295

10.2.1 气敏传感器295

10.2.2 湿敏传感器297

10.3 生物传感器298

10.3.1 生物传感器的原理与分类299

10.3.2 生物传感器的特点299

10.3.3 常见的生物传感器299

10.4 机器人传感器301

10.4.1 机器人传感器的分类301

10.4.2 内部传感器301

10.4.3 外部传感器303

习题与思考题305

第11章 现代检测技术与测试系统设计306

11.1 现代检测系统的组成306

11.2 传感器与测试系统的信号调理技术306

11.2.1 滤波器306

11.2.2 放大与采样保持电路314

11.3 数据采集与处理317

11.3.1 模拟信号的数字化317

11.3.2 AD转换器接口设计318

11.3.3 测量误差与不确定度324

11.4 现代检测系统设计及实例336

11.4.1 现代检测系统中信号传输的标准概述336

11.4.2 现代检测系统的设计337

11.4.3 基于1-Wire总线的多点温湿度测量系统应用实例339

习题与思考题344

参考文献345