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前言1

第1章 概论1

1.1 传感器的概念与发展1

1.1.1 传感器基本概念1

1.1.2 传感器的构成与分类2

1.1.3 传感器技术的发展趋势3

1.2 传感器技术基础5

1.2.1 传感器的特性与指标5

1.2.2 传感器设计中的共性技术12

第2章 阻抗式结构型传感器17

2.1 阻抗式结构型传感器的敏感元件17

2.1.1 弹性敏感元件的主要性能17

2.1.2 常用弹性元件的结构和性能18

2.1.3 弹性敏感元件的材料22

2.2 电阻应变式传感器23

2.2.1 电阻应变计的基本原理与结构23

2.2.2 电阻应变计的主要特性26

2.2.3 电阻应变计的温度效应及其补偿27

2.3 电容式传感器29

2.3.1 电容式传感器的原理与结构29

2.3.2 应用中存在的问题及其改进措施32

2.4 电感式传感器36

2.4.1 电感式传感器的原理36

2.4.2 自感式传感器的原理与结构36

2.4.3 互感式传感器的原理与结构38

2.4.4 自感式和互感式传感器的误差42

2.4.5 电涡流式传感器43

2.5 调理电路47

2.5.1 电桥式测量电路47

2.5.2 阻抗式传感器的差动结构53

2.5.3 电流电压积分差动电路55

2.5.4 直接放大57

2.6 微机械传感器58

2.6.1 微机电系统的分类和特点59

2.6.2 微机械传感器的制造技术60

2.6.3 微机械传感器的结构与原理61

2.7 结构型阻抗式传感器应用与设计示例64

2.7.1 电阻应变式传感器64

2.7.2 电容式传感器66

2.7.3 电感式传感器68

2.7.4 微机械传感器70

思考题72

第3章 压电式传感器75

3.1 压电效应及材料75

3.1.1 压电效应75

3.1.2 压电材料77

3.1.3 压电振子81

3.2 压电传感器等效电路和测量电路82

3.2.1 等效电路82

3.2.2 测量电路83

3.3 压电式传感器及其应用88

3.3.1 压电式加速度传感器88

3.3.2 压电式力传感器92

3.3.3 压电角速度陀螺92

3.4 声波传感技术94

3.4.1 SAW传感器94

3.4.2 超声检测100

思考题106

第4章 光电式传感器108

4.1 光源与光辐射体概述108

4.1.1 光的特性108

4.1.2 光源与光辐射体109

4.2 光电效应及器件115

4.2.1 外光电效应115

4.2.2 内光电效应116

4.2.3 热探测器118

4.3 光电器件的特性121

4.3.1 光照特性121

4.3.2 光谱特性122

4.3.3 响应时间122

4.3.4 峰值探测率123

4.3.5 温度特性123

4.4 探测器噪声和低噪声电子设计123

4.4.1 噪声123

4.4.2 探测器噪声的类型124

4.4.3 低噪声电子设计125

4.5 新型光电检测器130

4.5.1 光位置传感器130

4.5.2 量子阱探测器130

4.5.3 光电磁探测器132

4.5.4 固态图像传感器132

4.6 激光传感技术137

4.6.1 干涉测试技术138

4.6.2 衍射测试技术140

4.6.3 激光多普勒测速技术142

4.7 光纤传感器145

4.7.1 光纤传感器基础145

4.7.2 光纤传感器中几种常用的光强调制技术149

4.7.3 光纤干涉传感器原理153

4.8 光电式传感器154

4.8.1 光电式传感器的类型154

4.8.2 光电尺寸测量举例156

4.8.3 激光传感技术实例157

4.8.4 光纤传感器实例162

4.8.5 机器人视觉传感器166

思考题170

第5章 磁敏传感器172

5.1 霍尔式磁敏传感器172

5.1.1 霍尔效应172

5.1.2 霍尔元件的主要技术参数176

5.1.3 霍尔元件的等效电路及不等位电势补偿原理177

5.1.4 霍尔磁传感器电路分析与设计177

5.1.5 霍尔集成电路178

5.1.6 霍尔式磁敏传感器的应用179

5.2 结型磁敏器件181

5.2.1 磁敏二极管181

5.2.2 磁敏晶体管184

5.3 磁阻式磁敏传感器187

5.3.1 半导体磁阻传感器187

5.3.2 韦根德器件190

5.3.3 铁磁性金属薄膜磁敏电阻193

5.3.4 巨磁阻效应器件195

5.4 机械式、感应式与磁通门式磁敏传感器195

5.4.1 机械式磁敏传感器195

5.4.2 感应式磁敏传感器196

5.4.3 磁通门式磁敏传感器200

5.5 磁共振式及超导式磁敏传感器204

5.5.1 光泵式磁敏传感器204

5.5.2 质子旋进式磁敏传感器208

5.5.3 超导磁敏传感器209

5.6 光纤磁敏传感器217

5.6.1 法拉第效应光纤磁敏传感器217

5.6.2 磁致伸缩效应光纤磁场传感器217

5.6.3 光纤磁场传感器的应用218

5.7 微波传感器219

5.7.1 微波的概念、特点及应用219

5.7.2 微波传感系统的原理、特点及关键部件220

5.7.3 典型微波传感系统及其应用223

思考题234

第6章 数字式传感器236

6.1 感应同步器236

6.1.1 感应同步器的结构与类型236

6.1.2 感应同步器的工作原理238

6.1.3 数字测量系统241

6.1.4 感应同步器的接长使用243

6.2 编码器244

6.2.1 光电编码器的基本结构与原理244

6.2.2 测量电路248

6.3 光栅249

6.3.1 光栅的结构与测量原理250

6.3.2 数字转换原理251

6.4 容栅式传感器254

6.4.1 容栅传感器的工作原理254

6.4.2 数字测量原理255

6.5 磁栅传感器257

6.5.1 磁栅的结构与工作原理257

6.5.2 数字测量原理259

6.6 频率式传感器260

6.6.1 振弦式频率传感器261

6.6.2 振筒式频率传感器263

6.7 数字传感器信号远传时的两个技术问题264

6.7.1 传输线路引起的数字信号畸变与抑制264

6.7.2 远距离供电的稳压方法265

思考题266

第7章 过程参数检测中的常用传感器技术267

7.1 概述267

7.1.1 过程参数检测的意义267

7.1.2 参数检测应考虑的问题267

7.1.3 过程检测技术的分类267

7.2 温度检测268

7.2.1 温度和温标268

7.2.2 测温方法分类268

7.2.3 典型测温方法和传感器269

7.3 压力检测277

7.3.1 压力的概念和表示方法277

7.3.2 常用压力检测方法278

7.3.3 常用压力传感器和压力检测仪表278

7.3.4 压力检测仪表的校准283

7.4 流量检测283

7.4.1 流量的概念284

7.4.2 流量计与流量检测方法分类284

7.4.3 典型流量计284

7.5 物位检测292

7.5.1 液位检测292

7.5.2 料位检测299

7.5.3 相界面检测301

思考题301

第8章 化学与生物传感器302

8.1 化学传感器302

8.1.1 电位型电化学传感器原理302

8.1.2 离子敏感器件303

8.1.3 气敏传感器306

8.2 生物传感器310

8.2.1 酶传感器311

8.2.2 微生物传感器313

8.2.3 免疫传感器316

8.2.4 生物组织传感器318

8.2.5 光生物传感器319

思考题320

第9章 智能传感器321

9.1 智能传感器概述321

9.2 智能传感器的构成、功能与特点321

9.2.1 智能传感器的实现结构322

9.2.2 智能传感器的功能与特点323

9.3 智能传感器的实现途径325

9.3.1 集成化326

9.3.2 软件化328

9.3.3 多传感器信息融合341

9.3.4 网络化352

9.4 典型智能传感器简介355

思考题358

参考文献359