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绪论1

习题6

第1章 传感器基础7

1.1 物理基本定律与传感器7

1.1.1 守恒定律7

1.1.2 物质作用定律8

1.1.3 物质定律8

1.1.4 统计法则11

1.2 物理基础效应12

1.2.1 压阻效应14

1.2.2 压电效应15

1.2.3 磁致伸缩效应与压磁效应17

1.2.4 磁电效应17

1.2.5 光电效应20

1.2.6 热电效应22

1.2.7 热释电效应23

1.2.8 电光效应23

1.3 传感器的信息传递与能量转换24

1.3.1 信号转换方式24

1.3.2 信息传递25

1.3.3 能量转换26

1.3.4 能量变换与阻抗匹配26

1.4 机电耦合27

1.4.1 机械系统与电系统的相似性27

1.4.2 机电系统运动方程28

1.4.3 机械系统模拟电系统29

1.4.4 机-电网络31

1.4.5 电动式动态力测力传感器的机电模拟32

1.5 传感器静态特性32

1.5.1 输入-输出静态函数关系式32

1.5.2 线性度33

1.5.3 分辨力与阈值35

1.5.4 灵敏度36

1.5.5 迟滞和重复性36

1.5.6 时漂及温漂37

1.5.7 静态特性标定38

1.6 传感器动态特性39

1.6.1 输入信号的分类方法40

1.6.2 传递函数41

1.6.3 频率响应函数41

1.6.4 冲激响应函数42

1.6.5 频率响应分析43

1.6.6 时域响应分析46

1.6.7 动态特性标定48

习题151

第2章 新型敏感材料53

2.1 半导体敏感材料53

2.1.1 单晶硅的物理特性53

2.1.2 多晶硅及硅化合物56

2.2 电子陶瓷60

2.2.1 电子陶瓷生产工艺60

2.2.2 压电陶瓷63

2.2.3 半导体陶瓷65

2.2.4 压敏陶瓷69

2.2.5 磁性陶瓷71

2.2.6 光敏陶瓷74

2.3 高分子敏感材料74

2.3.1 非导电型高分子材料75

2.3.2 复合导电型高分子材料76

2.3.3 结构型导电高分子材料79

2.3.4 高分子液晶81

2.4 形状记忆材料83

2.4.1 形状记忆合金83

2.4.2 形状记忆陶瓷87

习题288

第3章 力学量传感器91

3.1 应变式多维测力弹性体系统91

3.1.1 双量程动态测力弹性体系统91

3.1.2 三维轮辐式加速度弹性体系统95

3.1.3 六维测力弹性体系统96

3.2 膜片压力传感器100

3.2.1 薄膜应变片100

3.2.2 E形膜片101

3.2.3 X形硅压敏传感器102

3.2.4 高温膜片压力传感器104

3.3 压电式压力传感器105

3.3.1 单自由度动态力学模型105

3.3.2 压力传感器结构106

3.3.3 压力传感器的设计107

3.3.4 压力传感器的非线性108

3.4 光纤压力传感器115

3.4.1 光纤的基础知识115

3.4.2 全内反射光纤压力传感器115

3.4.3 全光纤干涉压力传感器116

3.4.4 偏振调制压力传感器117

3.5 扭矩传感器118

3.5.1 光栅扭矩传感器120

3.5.2 磁栅扭矩传感器121

3.5.3 磁弹扭矩传感器123

3.6 压电式加速度传感器125

3.6.1 压缩型加速度传感器126

3.6.2 剪切型加速度传感器128

习题3130

第4章 位移传感器131

4.1 数字式位移传感器131

4.1.1 光栅传感器131

4.1.2 感应同步器139

4.1.3 磁栅位移传感器142

4.2 编码器144

4.2.1 绝对码编码器145

4.2.2 增量码编码器149

4.3 小位移传感器152

4.3.1 InSb磁敏电阻器件152

4.3.2 光强调制位移传感器156

4.3.3 相位调制位移传感器160

习题4163

第5章 温度传感器164

5.1 半导体温度传感器164

5.1.1 单晶非结型温度传感器164

5.1.2 PN结型温度传感器167

5.1.3 集成温度传感器170

5.2 红外温度传感器175

5.2.1 红外探测器175

5.2.2 光量子型红外传感器177

5.2.3 光电池178

5.2.4 薄膜热电偶180

5.2.5 热电堆181

5.2.6 热释电红外传感器183

5.3 光纤温度传感器185

5.3.1 半导体光纤温度传感器186

5.3.2 荧光衰变式光纤温度传感器187

5.3.3 辐射式光纤温度传感器188

5.3.4 折射式光纤温度传感器191

习题5192

第6章 视觉传感器194

6.1 电荷耦合器件194

6.1.1 CCD的工作原理194

6.1.2 CCD的基本参数96

6.1.3 线阵CCD198

6.1.4 面阵CCD199

6.1.5 线阵CCD测量工件尺寸202

6.2 CMOS成像器件203

6.2.1 CMOS成像器件的工作原理203

6.2.2 CMOS器件的主要性能208

6.2.3 典型的CMOS成像器件210

习题6213

第7章 触觉传感器214

7.1 指端应变式触觉传感器214

7.1.1 电流变流体215

7.1.2 柔顺指端结构215

7.1.3 抓握系统216

7.2 多功能触觉传感器217

7.2.1 感性测量和识别218

7.2.2 容性测量和识别219

7.2.3 温感测量和识别219

7.3 压阻式阵列触觉传感器221

7.3.1 压阻材料221

7.3.2 采样电路222

7.4 PVDF触觉传感器224

7.4.1 PVDF压敏原理225

7.4.2 PVDF超声触觉传感器225

7.4.3 PVDF触滑觉传感器226

7.4.4 PVDF三维力触觉传感器227

7.5 人工皮肤触觉228

7.5.1 人工皮肤的结构228

7.5.2 信号检测229

7.5.3 信号提取230

7.6 接近觉传感器232

7.6.1 超声接近觉传感器233

7.6.2 红外接近觉传感器235

习题7236

第8章 微传感器237

8.1 微机械加工237

8.1.1 集成电路加工与微机械加工237

8.1.2 微机械加工技术239

8.1.3 体去除工艺240

8.1.4 表面添加工艺241

8.1.5 牺牲层技术244

8.1.6 固相键合245

8.1.7 封装技术246

8.2 微压力传感器247

8.2.1 微压阻式压力传感器248

8.2.2 微电容式压力传感器250

8.2.3 微谐振式压力传感器253

8.3 微加速度传感器254

8.3.1 硅谐振梁式加速度传感器254

8.3.2 扭转-差动硅电容式加速度传感器255

8.3.3 力平衡式硅电容式加速度传感器255

8.4 微陀螺257

8.4.1 硅谐振式陀螺257

8.4.2 梳状谐振轮式陀螺258

习题8261

第9章 传感器误差补偿及抗干扰技术262

9.1 非线性补偿技术262

9.1.1 非线性产生的原因262

9.1.2 直接线性化方法264

9.1.3 非线性电路法补偿264

9.1.4 数字化非线性补偿268

9.2 温度误差补偿270

9.2.1 产生温度误差的原因270

9.2.2 温度补偿原理270

9.2.3 温度误差补偿271

9.3 抗干扰技术273

9.3.1 干扰的类型274

9.3.2 噪声耦合方式275

9.3.3 屏蔽技术279

9.3.4 接地技术280

9.3.5 浮空技术282

9.3.6 隔离技术283

9.3.7 滤波技术284

9.3.8 平衡电路286

9.3.9 脉冲电路噪声抑制287

9.3.10 抑制信号传输线引入的干扰289

习题9290

参考文献291