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第1章 传感器概论1

1.1 传感器的组成与分类1

1.1.1 传感器的定义1

1.1.2 传感器的组成1

1.1.3 传感器的分类1

1.2 传感器在科技发展中的重要性2

1.2.1 传感器的作用与地位2

1.2.2 传感器技术是信息技术的基础与支柱2

1.2.3 科学技术的发展与传感器的密切关系3

1.3 传感器技术的发展动向3

第2章 传感器的特性5

2.1 传感器的静态特性5

2.1.1 线性度5

2.1.2 灵敏度7

2.1.3 迟滞（迟环）7

2.1.4 重复性8

2.2 传感器的动态特性8

2.2.1 动态参数测试的特殊问题8

2.2.2 研究传感器动态特性的方法及其指标9

2.2.3 传感器的数学模型10

2.2.4 传递函数11

2.2.5 频率响应函数11

2.2.6 脉冲响应函数12

2.3 传感器动态特性分析13

2.3.1 传感器的频率响应13

2.3.2 传感器的瞬态响应17

2.4 传感器的无失真测试条件19

2.5 传感器的标定20

2.5.1 传感器的静态特性标定20

2.5.2 传感器的动态特性标定21

2.5.3 振动传感器的标定23

2.5.4 压力传感器的标定24

第3章 传感器中的弹性敏感元件32

3.1 引言32

3.2 弹性敏感元件的基本特性32

3.2.1 弹性特性32

3.2.2 弹性滞后33

3.2.3 弹性后效33

3.2.4 固有振动频率34

3.3 弹性敏感元件的材料34

3.4 弹性敏感元件的特性参数计算35

3.4.1 弹性圆柱（实心和空心）35

3.4.2 悬臂梁36

3.4.3 扭转棒38

3.4.4 圆形膜片和膜盒39

3.4.5 弹簧管40

3.4.6 波纹管42

3.4.7 薄壁圆筒43

第4章 电阻应变式传感器45

4.1 电阻应变式传感器的工作原理45

4.2 电阻应变片的工作原理45

4.2.1 金属的应变效应45

4.2.2 电阻应变片的结构和工作原理46

4.2.3 电阻应变片的横向效应48

4.3 电阻应变片的种类、材料和参数49

4.3.1 电阻应变片的种类49

4.3.2 电阻应变片的材料51

4.3.3 应变片的主要参数52

4.4 电阻应变片的动态响应特性53

4.4.1 应变波的传播过程54

4.4.2 应变计的可测频率的估算54

4.5 粘合剂和应变片的粘贴技术56

4.5.1 粘合剂56

4.5.2 应变计粘贴工艺57

4.6 电阻应变式传感器的温度误差及其补偿58

4.6.1 温度误差及其产生原因58

4.6.2 温度补偿方法60

4.7 电阻应变式传感器的信号调节电路及电阻应变仪61

4.7.1 测量电桥的工作原理61

4.7.2 电阻应变仪65

4.8 电阻应变式传感器的种类66

4.8.1 电阻应变式力传感器66

4.8.2 应变式压力传感器72

4.8.3 应变式加速度传感器75

第5章 电容式传感器76

5.1 电容式传感器的工作原理及结构形式76

5.1.1 变间隙的电容式传感器77

5.1.2 变面积的电容式传感器81

5.1.3 变介电常数的电容式传感器81

5.2 电容式传感器的等效电路83

5.3 电容式传感器的信号调节电路84

5.3.1 运算放大器式电路84

5.3.2 电桥电路85

5.3.3 调频电路86

5.3.4 谐振电路86

5.3.5 二极管T型网络87

5.3.6 脉冲宽度调制电路88

5.4 影响电容传感器精度的因素及提高精度的措施89

5.4.1 温度对结构尺寸的影响90

5.4.2 温度对介质介电常数的影响90

5.4.3 漏电阻的影响90

5.4.4 边缘效应与寄生参量的影响90

5.4.5 增加原始电容值，减小寄生电容和漏电的影响91

5.5 电容传感器的应用91

5.5.1 膜片电极式压力传感器91

5.5.2 电容式加速度传感器93

5.5.3 电容式应变计93

5.5.4 荷重传感器94

5.5.5 振动、位移测量仪94

5.5.6 电容测厚仪95

第6章 电感式传感器96

6.1 变磁阻式传感器96

6.1.1 工作原理96

6.1.2 等效电路97

6.1.3 输出特性分析100

6.1.4 传感器的信号调节电路102

6.1.5 影响传感器精度的因素分析103

6.1.6 电感式传感器应用举例104

6.2 差动变压器105

6.2.1 螺管形差动变压器105

6.2.2 差动变压的信号调节电路110

6.2.3 差动变压器应用举例112

6.3 涡流式传感器113

6.3.1 高频反射式涡流传感器113

6.3.2 低频透射式涡流传感器116

6.3.3 涡流式传感器的应用117

第7章 压电式传感器119

7.1 压电式传感器的工作原理119

7.1.1 压电效应119

7.1.2 压电常数和表面电荷的计算121

7.2 压电材料123

7.2.1 压电晶体123

7.2.2 压电陶瓷123

7.3 压电式传感器的等效电路126

7.4 压电式传感器的信号调节电路127

7.4.1 电压放大器（阻抗变换器）127

7.4.2 电荷放大器131

7.5 压电式加速度传感器132

7.5.1 工作原理132

7.5.2 灵敏度132

7.5.3 频率特性133

7.5.4 压电式加速度传感器的结构135

7.6 压电式测力传感器136

第8章 磁电式传感器138

8.1 磁电式传感器的工作原理138

8.2 动圈式磁电传感器138

8.2.1 动圈式磁电传感器工作原理138

8.2.2 动圈式磁电传感器结构139

8.2.3 信号调节电路和记录仪器140

8.3 磁阻式磁电传感器140

8.4 磁电式传感器的频率响应特性142

第9章 热电式传感器144

9.1 热电偶144

9.1.1 热电偶的基本原理144

9.1.2 热电偶的类型及结构152

9.1.3 热电势的测量及热电偶的标定158

9.1.4 热电偶的传热误差和动态误差161

9.2 热电阻164

9.2.1 金属热电阻164

9.2.2 半导体热敏电阻169

9.3 晶体管和集成温度传感器171

9.3.1 工作原理171

9.3.2 集成温度传感器的典型应用174

第10章 光电式传感器176

10.1 光电管176

10.2 光电倍增管177

10.3 光敏电阻178

10.3.1 光敏电阻的工作原理178

10.3.2 光敏电阻的结构178

10.3.3 光敏电阻的主要参数178

10.3.4 光敏电阻的基本特性179

10.4 光敏二极管和光敏晶体管181

10.4.1 工作原理181

10.4.2 基本特性182

10.5 光电池184

10.5.1 工作原理184

10.5.2 基本特性185

10.6 光电式传感器的应用186

10.6.1 模拟式光电传感器的应用186

10.6.2 脉冲式光电传感器的应用188

第11章 智能传感器189

11.1 概述189

11.2 智能传感器的构成189

11.3 压阻压力传感器智能化190

11.3.1 智能压阻压力传感器硬件结构190

11.3.2 智能压阻压力传感器软件设计190

11.3.3 非线性与温度误差的修正191

11.3.4 实验结果与结论192

11.4 智能传感器的发展方向与途径193

第12章 光纤传感器195

12.1 概论195

12.1.1 光纤传感技术的形成及其特点195

12.1.2 光纤传感器的光源195

12.1.3 光纤传感器的光探测器195

12.1.4 光纤传感器的分类195

12.2 光纤以及光在其中的传输196

12.2.1 光纤及其传光原理196

12.2.2 光在普通光纤内的传输197

12.2.3 光在特殊光纤内的传输199

12.3 光调制技术200

12.3.1 相位调制与干涉测量200

12.3.2 频率调制201

12.4 光纤位移传感器202

12.4.1 光纤开关与定位装置203

12.4.2 传光型光纤位移传感器205

12.4.3 受抑全内反射光纤位移传感器207

12.4.4 光纤微弯位移传感器209

12.4.5 光纤干涉型位移传感器211

12.5 光纤速度、加速度传感器212

12.5.1 光纤激光渡越速度计212

12.5.2 利用马赫-泽德干涉仪的光纤加速度计212

12.5.3 倾斜镜式光纤加速度计213

12.6 光纤振动传感器215

12.6.1 相位调制光纤振动传感器216

12.6.2 利用光弹效应的光纤振动传感器218

12.7 光纤温度传感器220

12.7.1 相位调制型光纤温度传感器220

12.7.2 热辐射光纤温度传感器223

12.7.3 传光型光纤温度传感器225

12.8 光纤流量、流速传感器227

12.8.1 光纤旋涡流量计227

12.8.2 光纤激光多普勒测速计229

12.9 光纤压力传感器230

12.9.1 利用马赫-泽德干涉仪制作的光纤压力传感器230

12.9.2 偏振型光纤压力传感器232

第13章 固态图像传感器235

13.1 引言235

13.2 固态图像传感器的敏感器件236

13.2.1 电荷耦合器件（CCD）236

13.2.2 电荷注入器件（CID）240

13.2.3 戽链式器件（BBD）241

13.2.4 MOS式光电变换器件241

13.3 固态图像传感器的种类241

13.3.1 线型固态图像传感器242

13.3.2 面型固态图像传感器244

13.3.3 固态图像传感器主要特性250

13.3.4 固态图像传感器的应用254

第14章 气体传感器258

14.1 概述258

14.1.1 气体传感器及气体检测方法258

14.1.2 气体传感器的分类259

14.2 半导体气体传感器260

14.2.1 半导体气体传感器及其分类260

14.2.2 主要特性及其改善260

14.2.3 表面控制型电阻式传感器263

14.2.4 体控制型电阻式传感器266

14.2.5 非电阻式半导体气体传感器267

14.2.6 半导体气体传感器的应用269

14.3 红外吸收式气敏传感器272

14.4 接触燃烧式气敏传感器273

14.5 热导率变化式气体传感器274

14.6 湿式气敏传感器275

第15章 湿度传感器276

15.1 湿度及湿度传感器276

15.1.1 湿度及其表示方法276

15.1.2 湿度传感器及其特性参数277

15.1.3 湿度传感器的分类278

15.2 电解质系湿度传感器278

15.2.1 无机电解质湿度传感器279

15.2.2 高分子电解质湿度传感器280

15.3 半导体及陶瓷湿敏传感器282

15.3.1 涂覆膜型283

15.3.2 烧结体型283

15.3.3 薄膜型285

15.4 有机物及高分子聚合物湿度传感器286

15.4.1 胀缩性有机物湿敏元件286

15.4.2 高分子聚合物薄膜湿敏元件287

15.5 湿度传感器的应用288

第16章 红外传感器290

16.1 红外辐射的基本知识290

16.1.1 红外辐射290

16.1.2 红外辐射术语291

16.1.3 红外辐射源292

16.2 红外传感器293

16.2.1 常见红外传感器293

16.2.2 红外传感器的性能参数295

16.2.3 红外传感器使用中应注意的问题297

16.3 红外测温297

16.3.1 红外测温的特点297

16.3.2 红外测温原理297

16.4 红外成像298

16.4.1 红外成像原理298

16.4.2 红外成像仪299

16.5 红外分析仪301

16.6 红外无损检测302

16.6.1 焊接缺陷的无损检测302

16.6.2 铸件内部缺陷探测302

16.6.3 疲劳裂纹探测303

第17章 固态压阻式传感器304

17.1 半导体的压阻效应304

17.1.1 压阻效应304

17.1.2 压阻系数305

17.2 固态压阻式压力传感器307

17.3 固态压阻式加速度传感器308

17.4 固态压阻式传感器的输出特性及补偿方法308

17.4.1 电桥平衡失调与零位温漂补偿308

17.4.2 灵敏度温度系数补偿309

17.4.3 非线性及其补偿311

第18章 微波传感器312

18.1 微波的基本知识312

18.1.1 微波的性质与特点312

18.1.2 微波振荡器与微波天线312

18.2 微波传感器及其分类313

18.2.1 反射式微波传感器313

18.2.2 遮断式微波传感器313

18.2.3 微波传感器的特点与存在的问题313

18.3 微波传感器的应用313

18.3.1 微波湿度（水分）传感器313

18.3.2 微波液位计314

18.3.3 微波物位计314

18.3.4 微波测厚仪315

18.3.5 微波温度传感器316

第19章 超导传感器317

19.1 超导光传感器317

19.1.1 超导可见光传感器317

19.1.2 超导红外传感器317

19.2 超导微波传感器318

19.3 超导磁场传感器318

第20章 液晶传感器319

20.1 液晶及其性质319

20.1.1 液晶的概念319

20.1.2 液晶的分类与性质319

20.2 液晶传感器319

20.2.1 液晶电磁场传感器319

20.2.2 液晶电压传感器320

20.2.3 液晶超声波传感器320

20.2.4 液晶温度传感器320

第21章 生物传感器321

21.1 概述321

21.2 生物传感器原理、特点与分类321

21.2.1 生物传感器的基本原理321

21.2.2 生物敏感膜322

21.2.3 生物传感器的特点322

21.2.4 生物传感器的分类322

21.3 生物反应基本知识323

21.3.1 酶反应324

21.3.2 酶作用机理324

21.3.3 微生物反应326

21.3.4 免疫学反应327

21.3.5 生物学反应中的物理量变化328

21.4 生物活性材料固定化技术328

21.5 酶传感器329

21.6 微生物传感器332

21.6.1 呼吸机能型微生物传感器332

21.6.2 代谢机能型微生物传感器333

21.7 免疫传感器334

21.8 生物组织传感器335

21.9 半导体生物传感器336

21.9.1 酶光敏二极管336

21.9.2 酶FET337

21.10 生物传感器应用与未来337

第22章 机器人传感器339

22.1 概述339

22.1.1 机器人与传感器339

22.1.2 机器人传感器的分类339

22.2 触觉传感器340

22.2.1 触觉341

22.2.2 压觉343

22.2.3 力觉344

22.2.4 滑觉349

22.3 接近觉传感器351

22.4 视觉传感器353

22.4.1 机器人视觉353

22.4.2 视觉传感器354

22.5 听觉、嗅觉、味觉及其他传感器355

第23章 网络传感器357

23.1 网络传感器的概念及特点357

23.2 网络传感器的分类358

23.2.1 现场总线网络传感器358

23.2.2 TCP/IP协议网络传感器358

23.2.3 无线网络传感器359

23.3 无线传感器网络359

23.3.1 无线传感器网络概念及特点359

23.3.2 无线传感器网络的体系结构360

23.3.3 无线传感器网络开发与应用361

参考文献365