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绪论1

第1章 传感器的特性5

1.1 传感器的组成及分类5

1.1.1 传感器的组成5

1.1.2 传感器的分类6

1.2 传感器的基本特性7

1.2.1 静态特性7

1.2.2 动态特性14

思考题与习题16

2.1 热电势式测温传感器17

2.1.1 工作原理17

第2章 热电传感器17

2.1.2 热电偶中引入第三导体19

2.1.3 标准热电极20

2.1.4 热电偶冷端温度误差及其补偿20

2.1.5 常用热电偶的特性23

2.1.6 热电偶的测量电路23

2.2 热电阻式温度传感器28

2.2.1 金属测温电阻器28

2.2.2 半导体热敏电阻器32

2.3 PN结型测温传感器35

2.3.1 温敏二极管及其应用35

2.3.2 温敏晶体管及其应用38

2.4.1 基本原理及PTAT核心电路40

2.4 集成电路温度传感器40

2.4.2 电压输出型42

2.4.3 电流输出型45

2.5 热释电式传感器47

2.5.1 热释电效应及其机理47

2.5.2 热释电红外传感器47

2.5.3 热释电探测模块49

2.5.4 典型应用50

2.6 热电传感器应用实例51

思考题与习题54

3.1 电阻应变式传感器55

3.1.1 应变片的结构和类型55

第3章 应变传感器55

3.1.2 电阻应变式传感器的工作原理56

3.1.3 电阻应变式传感器的主要特性及参数57

3.2 薄膜应变电阻及传感器60

3.2.1 薄膜分类60

3.2.2 薄膜工作原理60

3.2.3 薄膜应变传感器的特点61

思考题与习题63

第4章 磁敏传感器64

4.1 磁敏传感器的物理基础——霍尔、磁阻、形状效应64

4.1.1 基础知识64

4.1.2 霍尔效应64

4.2 霍尔元件65

4.2.1 霍尔元件工作原理65

4.1.3 磁阻效应65

4.1.4 形状效应65

4.2.2 霍尔元件结构66

4.2.3 基本电路67

4.2.4 电磁特性69

4.2.5 误差分析及误差补偿70

4.3 磁阻元件73

4.3.1 长方形磁阻元件73

4.3.2 科尔宾元件74

4.3.3 平面电极元件74

4.3.4 InSb-NiSb共晶磁阻元件75

4.3.5 曲折形磁阻元件75

4.4.1 磁敏二极管的结构76

4.3.6 磁阻元件的温度补偿76

4.4 磁敏二极管76

4.4.2 磁敏二极管的工作原理77

4.4.3 磁敏二极管的特性78

4.4.4 磁敏二极管的补偿技术80

4.5 磁敏三极管81

4.5.1 磁敏三极管的结构81

4.5.2 磁敏三极管的工作原理82

4.5.3 磁敏三极管的特性82

4.5.4 温度补偿技术84

4.6 磁敏传感器的应用84

4.6.1 霍尔元件的应用84

4.6.2 磁阻元件的应用92

思考题与习题97

第5章 压电传感器98

5.1 压电效应98

5.1.1 石英晶体的压电效应98

5.1.2 压电常数100

5.1.3 压电陶瓷的压电效应101

5.2 压电材料102

5.2.1 压电晶体102

5.2.2 压电陶瓷103

5.2.3 新型压电材料104

5.3 等效电路与测量电路105

5.3.1 等效电路105

5.3.2 测量电路106

5.4.1 压电传感器中压电片的连接109

5.4 压电传感器及其应用109

5.4.2 压电式力传感器110

5.4.3 压电式压力传感器112

5.4.4 压电式加速度传感器113

5.4.5 应用实例117

思考题与习题120

第6章 光纤传感器121

6.1 基础知识121

6.1.1 光纤的结构121

6.1.2 光纤的种类121

6.1.3 光纤的传光原理122

6.1.4 光纤的特性124

6.1.5 光纤的耦合126

6.2.1 分类127

6.2 光纤传感器的分类及构成127

6.2.2 构成部件129

6.3 功能型光纤传感器举例132

6.3.1 相位调制型光纤传感器132

6.3.2 光强调制型光纤传感器134

6.3.3 偏振态调制型光纤传感器135

6.4 非功能型光纤传感器举例136

6.4.1 传输光强调制型光纤传感器136

6.4.2 反射光强调制型光纤传感器137

6.4.3 频率调制型光纤传感器139

6.4.4 光纤液位传感器141

思考题与习题141

7.1.1 光栅分类及结构144

7.1 光栅基础144

第7章 光栅传感器144

7.1.2 莫尔条纹原理145

7.1.3 莫尔条纹特点146

7.2 光栅传感器的工作原理147

7.2.1 光电转换原理147

7.2.2 莫尔条纹测量位移原理147

7.2.3 辨向原理148

7.3 莫尔条纹细分技术149

7.3.1 细分方法149

7.3.2 光电元件直接细分149

7.3.3 CCD直接细分150

7.3.4 光栅传感器的误差151

7.4.3 反射积分式光路152

7.4.2 反射直读式光路152

7.4 常用光学系统152

7.4.1 透射直读式光路152

思考题与习题153

第8章 光电传感器154

8.1 光电传感器的基本效应154

8.1.1 半导体的粒子特性154

8.1.2 光电效应155

8.2 外光电效应光电元件155

8.2.1 光电管155

8.2.2 光电倍增管156

8.3.1 光敏电阻结构及原理157

8.3.2 光敏电阻的特性157

8.3 光电导效应及光电元件157

8.4 光电伏特效应及光电元件159

8.4.1 光电导结型的光电元件159

8.4.2 光电伏特型光电元件160

8.5 CCD图像传感器162

8.6 应用光路166

8.6.1 反射式166

8.6.2 透射式166

8.6.3 线纹瞄准用光电传感器167

8.6.4 脉冲式光电传感器167

思考题与习题168

9.1.1 半导体气敏元件的分类及必备条件169

第9章 气、湿敏传感器169

9.1 气敏传感器169

9.1.2 表面控制型电阻式半导体气敏元件170

9.1.3 基于MEMS的新型微结构气敏传感器174

9.1.4 应用举例177

9.2 湿敏传感器178

9.2.1 湿度及其表示179

9.2.2 对湿敏传感器的基本要求179

9.2.3 电阻式湿敏传感器180

9.2.4 陶瓷湿敏传感器181

9.2.5 电容式湿敏传感器182

9.2.7 应用范围及应用实例183

9.2.6 电介质式湿敏传感器183

思考题与习题187

第10章 智能传感器188

10.1 智能传感器结构框图189

10.1.1 μP主机模板189

10.1.2 模拟量输入模板191

10.1.3 IEEE-488标准总线模板191

10.1.4 接口模板192

10.2 信号处理与μP接口技术192

10.2.1 传感器输出信号的类型192

10.2.2 传感器输出的模拟信号的处理193

10.3 智能传感器中的数据处理200

10.3.1 查表与搜索201

10.3.2 分段插值法202

10.3.4 数字滤波203

10.3.3 曲线拟合修正法203

10.4 智能传感器的设计204

10.4.1 智能压力传感器的设计思路204

10.4.2 简单智能温度传感器设计实例207

思考题与习题214

第11章 传感器应用技术215

11.1 信号变换215

11.1.1 电流-电压(I-U)变换器215

11.1.2 电压-电流(U-I)变换器217

11.1.3 交流电压-直流电压(u-U)变换器和交流电流-直流电压(i-U)变换器219

11.1.4 电阻-电压(R-U或Ω一U)变换器221

11.1.6 电压-频率(U-f)变换器(简称VFC)和频率-电压(f-U)变换器(简称FVC)222

11.1.5 电容-电压(C-U)变换器222

11.1.7 电压-脉宽(U-H)变换器226

11.2 驱动电路分析及外围电路器件选择228

11.2.1 驱动电路分析228

11.2.2 外围电路器件选择235

思考题与习题236

第12章 传感器的选择与使用237

12.1 传感器的正确选择237

12.2 传感器的合理使用238

思考题与习题246

附录 国际单位制(SI)的主要单位及其换算247

参考文献252