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第1章 绪论1

1.1 传感器的地位和作用1

1.2 传感器的相关概念2

1.2.1 测量和测量系统2

1.2.2 传感器的定义3

1.2.3 传感器的分类4

1.3 传感器的一般构成7

1.3.1 传感器的基本组成7

1.3.2 传感器的信号调理与接口8

1.4 传感器技术的特点与发展趋势11

1.4.1 传感器技术的特点11

1.4.2 传感器技术的发展趋势12

1.5 物联网用传感器的特点和发展趋势13

1.5.1 物联网用传感器的需求及技术特点13

1.5.2 物联网用传感器的技术与应用发展趋势14

思考题与习题14

第2章 传感器的性能与评价16

2.1 传感器的特性概述16

2.1.1 机械特性16

2.1.2 工作特性16

2.2 传感器的误差17

2.2.1 理想传感器与实用中的局限性17

2.2.2 误差及其来源17

2.3 传感器的静态特性19

2.3.1 输出与输入的静态函数关系19

2.3.2 线性度20

2.3.3 灵敏度与测量范围21

2.3.4 迟滞特性与重复性22

2.3.5 分辨力与阈值23

2.3.6 稳定性24

2.3.7 综合误差24

2.4 传感器的动态特性25

2.4.1 动态特性分析方法25

2.4.2 频率响应特性与动态品质的关系26

2.4.3 时域响应特性与动态品质的关系28

2.5 传感器的标定30

2.6 传感器的合理选用32

思考题与习题34

第3章 电阻、电容和电感的传感原理与测量方法36

3.1 概述36

3.2 电阻传感器与电阻参数的测量37

3.2.1 电阻传感器原理与电阻测量问题37

3.2.2 测量电阻时需要考虑的问题和方法37

3.3 电容传感器原理与电容参数的测量45

3.3.1 电容传感器原理45

3.3.2 电容传感器的构成47

3.3.3 电容参数的测量48

3.4 电感传感器原理与电感参数的测量57

3.4.1 电感的传感原理57

3.4.2 电感参数的测量61

思考题与习题64

第4章 传感器中常用的物理效应与器件65

4.1 概述65

4.2 弹性效应和弹性元件67

4.2.1 弹性敏感元件的基本特性67

4.2.2 弹性元件的材料性能及稳定性处理72

4.3 电阻应变效应和压阻效应及器件73

4.3.1 电阻应变原理和电阻应变片73

4.3.2 应变片和应变式传感器的特点及应用75

4.3.3 压阻效应76

4.4 压电效应与器件82

4.4.1 压电效应与材料82

4.4.2 压电元件的等效电路和测量电路83

4.4.3 压电式传感器的结构85

4.5 光电效应与传感器件86

4.5.1 光电效应86

4.5.2 光电效应主要器件及基本特性88

4.5.3 集成光电检测器件92

4.5.4 光电传感器的构成与类型93

4.5.5 红外传感原理与探测器特点95

4.6 光纤传感原理与类型97

4.6.1 光纤传感原理97

4.6.2 光纤传感器的工作原理及组成101

4.7 磁电效应和磁敏器件103

4.7.1 磁电效应与器件结构103

4.7.2 霍尔效应与半导体器件104

4.7.3 磁电阻效应与元件108

4.7.4 磁敏晶体管112

4.7.5 磁敏器件的应用114

4.8 磁致伸缩效应和压磁效应115

4.8.1 磁致伸缩效应115

4.8.2 压磁效应115

4.9 热阻效应、热电效应和热释电效应116

4.9.1 热阻效应与热敏器件116

4.9.2 热电效应及器件117

4.9.3 热释电效应及器件118

4.10 与声波有关的效应与器件120

4.10.1 超声波检测的原理和超声波换能器120

4.10.2 声表面波原理与器件122

思考题与习题125

第5章 机械量传感器127

5.1 线位移传感器127

5.1.1 磁阻式线位移传感器128

5.1.2 光纤小位移传感器129

5.1.3 光电式线位移传感器132

5.2 物位传感器133

5.2.1 超声波物位传感器133

5.2.2 电容式物位传感器134

5.2.3 磁致伸缩物位传感器135

5.3 数字式位移传感器136

5.3.1 绝对编码器式角位移传感器136

5.3.2 增量编码器140

5.3.3 光栅精密线位移传感器142

5.4 速度传感器144

5.4.1 光电式速度传感器144

5.4.2 磁电式速度传感器146

5.4.3 多普勒效应测速147

5.5 转速传感器149

5.5.1 光电式转速传感器149

5.5.2 磁电感应式转速传感器150

5.5.3 霍尔式转速传感器151

5.6 加速度传感器151

5.6.1 压电式加速度传感器152

5.6.2 电容式加速度传感器154

5.6.3 压阻式加速度传感器154

5.7 力传感器155

5.7.1 应变式力与称重传感器155

5.7.2 压电式力传感器159

5.7.3 膜片压力传感器160

5.7.4 压电式压力传感器163

5.7.5 光纤压力传感器165

5.7.6 扭矩传感器167

5.7.7 光栅扭矩传感器168

5.7.8 磁弹性扭矩传感器169

5.8 流量传感器171

5.8.1 差压式流量传感器172

5.8.2 涡轮式流量传感器173

5.8.3 电磁式流量传感器174

5.8.4 漩涡式流量传感器175

5.8.5 超声波流量传感器176

思考题与习题177

第6章 热学量传感器179

6.1 概述179

6.1.1 温度测量的特点179

6.1.2 测温方法与传感器的分类180

6.2 金属热电阻温度传感器及测温电桥180

6.3 半导体温度传感器183

6.3.1 热敏电阻183

6.3.2 PN结温度传感器184

6.3.3 正比于热力学温度核心电路185

6.4 热电偶189

6.4.1 热电偶的构成要求与类型189

6.4.2 热电偶测温所需的工作条件190

6.5 光纤温度传感器194

6.5.1 半导体谱带吸收式光纤温度传感器194

6.5.2 折射式光纤温度传感器195

思考题与习题197

第7章 其他物理量传感器199

7.1 光学量传感器199

7.1.1 照度传感器199

7.1.2 亮度传感器199

7.1.3 红外和紫外光传感器200

7.2 视觉传感器件202

7.2.1 CCD图像传感器件202

7.2.2 COMS图像传感器件209

7.3 电流和电压传感器214

7.3.1 霍尔电流传感器214

7.3.2 磁平衡式霍尔电压传感器215

7.3.3 光纤电压传感器217

7.3.4 光纤电流传感器219

思考题与习题220

第8章 化学传感器221

8.1 化学传感器概述221

8.2 气体传感器222

8.2.1 气体传感器概况222

8.2.2 半导体式气体传感器224

8.2.3 电化学式气体传感器226

8.2.4 热化学气体传感器228

8.2.5 其他气体传感器229

8.3 湿度传感器230

8.3.1 概述230

8.3.2 半导体湿敏电阻元件231

8.3.3 电容式湿敏元件235

8.3.4 露点式湿度传感器235

8.4 离子传感器236

8.4.1 离子选择电极离子传感器236

8.4.2 场效应管离子传感器238

思考题与习题239

第9章 集成传感器和微传感器241

9.1 传感器的集成化241

9.1.1 传感器集成化概述241

9.1.2 典型集成传感器243

9.1.3 集成磁阻传感器246

9.2 机械量微传感器250

9.2.1 微机械加工技术与机械量微传感器概述250

9.2.2 典型微机械压力传感器251

9.2.3 加速度微传感器255

9.2.4 微机械陀螺263

9.2.5 微型磁通门磁强计265

9.3 热和红外辐射量微传感器267

9.3.1 声表面波温度传感器267

9.3.2 红外热敏微传感器269

9.3.3 基于MEMS技术的气体微传感器270

思考题与习题274

第10章 智能传感器技术与网络化及接口标准276

10.1 智能传感器概述276

10.1.1 智能传感器的定义与结构276

10.1.2 智能传感器的功能与性能特点277

10.1.3 传感器智能化的途径278

10.2 基本传感器的选用原则278

10.3 智能化的主要实现方法和技术279

10.3.1 非线性自校正280

10.3.2 温度误差补偿282

10.3.3 自校准和自适应增益及量程调整286

10.4 网络化智能传感器及接口标准289

10.4.1 网络化智能传感器289

10.4.2 智能传感器接口标准——IEEE 1451292

思考题与习题300

第11章 低功耗的传感器电路设计和数据获取及处理方法301

11.1 信号调理电路及低功耗设计原则301

11.1.1 信号调理及低功耗的意义301

11.1.2 常用信号调理电路功能类型303

11.1.3 调理电路低功耗设计原则304

11.2 典型信号调理集成器件及应用306

11.2.1 专用集成调理器件307

11.2.2 多功能集成调理器件311

11.3 低功耗电源管理技术325

11.3.1 动态电源管理设计327

11.3.2 电源调整和按负载多方式分时供电329

11.4 低功耗的数据获取方式——准数字传感器的数据转换与测量332

11.4.1 频率式传感器的常见实现技术333

11.4.2 准数字传感器的参数转换336

11.4.3 时间调制信号的测量法337

11.5 面向资源有限传感器节点的数字滤波与数据压缩方法343

11.5.1 适应低端平台的数字滤波技术——中值滤波344

11.5.2 适应低端硬件平台的数据压缩方法346

思考题与习题348

第12章 物联网典型应用中的传感器和典型节点方案350

12.1 物联网典型应用中的传感器及其应用概况350

12.1.1 智能家居中的传感器350

12.1.2 环境监测中的传感器359

12.1.3 健康监护中的人体生理量传感器366

12.2 传感器节点典型解决方案举例371

12.2.1 一种可持续监测振动的低功耗无线传感器节点方案371

12.2.2 一种灌区监测无线传感器网络节点方案379

12.2.3 一种穿戴式健康监护传感器节点方案385

思考题与习题399

参考文献401