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第一章 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技术的密切关系3

1.3传感器技术的发展动向3

1.4机电模拟及双向传感器的统一理论4

1.4.1变量的分类5

1.4.2机电模拟5

1.4.3双向传感器的统一理论8

第二章 传感器的一般特性分析与标定19

2.1传感器的静态特性19

2.1.1线性度19

2.1.2灵敏度21

2.1.3迟滞（迟环）21

2.1.4重复性22

2.2传感器的动态特性22

2.2.1动态参数测试的特殊问题22

2.2.2研究传感器动态特性的方法及其指标23

2.2.3传感器的数学模型24

2.2.4传递函数25

2.2.5频率响应函数26

2.2.6脉冲响应函数26

2.3传感器动态特性分析27

2.3.1传感器的频率响应27

2.3.2传感器的瞬态响应31

2.4传感器的无失真测试条件33

2.5传感器的标定34

2.5.1传感器的静态特性标定34

2.5.2传感器的动态特性标定35

2.5.3振动传感器的标定37

2.5.4压力传感器的标定38

第三章 传感器中的弹性敏感元件46

3.1引言46

3.2弹性敏感元件的基本特性46

3.2.1弹性特性46

3.2.2弹性滞后47

3.2.3弹性后效47

3.2.4固有振动频率48

3.3弹性敏感元件的材料48

3.4弹性敏感元件的特性参数计算49

3.4.1弹性圆柱（实心或空心）49

3.4.2悬臂梁50

3.4.3扭转棒52

3.4.4圆形膜片和膜盒53

3.4.5弹簧管54

3.4.6 波纹管56

3.4.7薄壁圆筒57

第四章 电阻应变式传感器59

4.1电阻应变式传感器的工作原理59

4.2电阻应变片的工作原理59

4.2.1金属的应变效应59

4.2.2电阻应变片的结构和工作原理59

4.2.3电阻应变片的横向效应62

4.3电阻应变片的种类、材料和参数63

4.3.1电阻应变片的种类63

4.3.2电阻应变片的材料65

4.3.3应变片的主要参数66

4.4电阻应变片的动态响应特性67

4.4.1应变波的传播过程68

4.4.2应变计的可测频率的估算68

4.5粘合剂和应变片的粘贴技术70

4.5.1粘合剂70

4.5.2应变计粘贴工艺71

4.6电阻应变式传感器的温度误差及其补偿73

4.6.1温度误差及其产生原因73

4.6.2温度补偿方法74

4.7电阻应变式传感器的信号调节电路及电阻应变仪75

4.7.1测量电桥的工作原理75

4.7.2电阻应变仪79

4.8电阻应变式传感器80

4.8.1电阻应变式力传感器81

4.8.2应变式压力传感器87

4.8.3应变式加速度传感器89

第五章 电容式传感器90

5.1电容式传感器的工作原理及结构形式90

5.1.1变间隙的电容式传感器91

5.1.2变面积的电容式传感器95

5.1.3变介电常数的电容式传感器95

5.2电容式传感器的等效电路96

5.3电容式传感器的信号调节电路98

5.3.1运算放大器式电路98

5.3.2电桥电路98

5.3.3调频电路99

5.3.4谐振电路100

5.3.5二极管T型网络100

5.3.6脉冲宽度调制电路101

5.4影响电容传感器精度的因素及提高精度的措施103

5.4.1温度对结构尺寸的影响103

5.4.2温度对介质介电常数的影响103

5.4.3漏电阻的影响103

5.4.4边缘效应与寄生参量的影响103

5.4.5增加原始电容值，减少寄生电容和漏电的影响104

5.5电容传感器的应用104

5.5.1膜片电极式压力传感器105

5.5.2电容式加速度传感器106

5.5.3电容式应变计107

5.5.4荷重传感器107

5.5.5振动、位移测量仪107

5.5.6电容测厚仪108

第六章 电感式传感器109

6.1变磁阻式传感器109

6.1.1工作原理109

6.1.2等效电路110

6.1.3输出特性分析113

6.1.4传感器的信号调节电路115

6.1.5影响传感器精度的因素分析116

6.1.6电感式传感器的应用117

6.2差动变压器117

6.2.1螺管形差动变压器118

6.2.2差动变压的信号调节电路123

6.2.3差动变压器的应用126

6.3涡流式传感器126

6.3.1高频反射式涡流传感器126

6.3.2低频透射式涡流传感器129

6.3.3涡流式传感器的应用130

第七章 压电式传感器132

7.1压电式传感器的工作原理132

7.1.1压电效应132

7.1.2压电常数和表面电荷的计算134

7.2压电材料136

7.2.1压电晶体136

7.2.2压电陶瓷136

7.3压电式传感器的等效电路139

7.4压电式传感器的信号调节电路140

7.4.1电压放大器（阻抗变换器）141

7.4.2电荷放大器144

7.5压电式加速度传感器145

7.5.1工作原理145

7.5.2灵敏度146

7.5.3频率特性146

7.5.4压电式加速度传感器的结构148

7.6压电式测力传感器149

第八章 磁电式传感器151

8.1磁电式传感器的工作原理151

8.2动圈式磁电传感器151

8.2.1动圈式磁电传感器工作原理151

8.2.2动圈式磁电传感器结构152

8.2.3信号调节电路和记录仪器152

8.3磁阻式磁电传感器153

8.4磁电式传感器的频率响应特性154

第九章 热电式传感器156

9.1热电偶156

9.1.1热电偶的基本原理156

9.1.2热电偶的类型及结构164

9.1.3热电势的测量及热电偶的标定168

9.1.4热电偶的传热误差和动态误差173

9.2热电阻176

9.2.1金属热电阻176

9.2.2半导体热敏电阻180

9.3晶体管和集成温度传感器183

9.3.1工作原理183

9.3.2集成温度传感器的典型应用185

附录1 铂铑10-铂热电偶分度表188

附录2 镍铬-镍硅（镍铝）热电偶分度表190

附录3 镍铬-考铜热电偶分度表193

附录4 铂铑30-铂铑6热电偶分度表195

附录5 铂热电阻分度表（R0＝46Ω）199

附录6 铂热电阻分度表（R0＝100Ω）201

附录7 铜热电阻分度表（R0 ＝ 50Ω）203

附录8 铜热电阻分度表（R0 ＝ 100Ω）204

第十章 光电式传感器205

10.1光电管205

10.2光电倍增管206

10.3光敏电阻207

10.3.1光敏电阻的工作原理207

10.3.2光敏电阻的结构207

10.3.3光敏电阻的主要参数207

10.3.4光敏电阻的基本特性208

10.4光敏二极管和光敏晶体管210

10.4.1工作原理210

10.4.2基本特性211

10.5光电池213

10.5.1工作原理213

10.5.2基本特性214

10.6光电式传感器的应用215

10.6.1模拟式光电传感器的应用216

10.6.2脉冲式光电传感器的应用217

第十一章 智能式传感器219

11.1概述219

11.2智能式传感器的构成219

11.3压阻式压力传感器智能化220

11.3.1智能式压阻压力传感器硬件结构220

11.3.2智能式压阻压力传感器的软件设计221

11.3.3非线性与温度误差的修正221

11.3.4实验结果与结论223

11.4智能式传感器的发展方向与途径223

11.4.1集成智能式传感器223

11.4.2我国研究与开发智能式传感器的途径224

第十二章 光导纤维传感器225

12.1概论225

12.1.1光纤传感技术的形成及其特点225

12.1.2光纤传感器的光源225

12.1.3光纤传感器的光探测器225

12.1.4光纤传感器的分类225

12.2光导纤维以及光在其中的传输226

12.2.1光导纤维及其传光原理226

12.2.2光在普通光导纤维内的传输227

12.2.3光在特殊光导纤维内的传输228

12.3光调制技术229

12.3.1相位调制与干涉测量230

12.3.2频率调制231

12.4光纤位移传感器232

12.4.1光纤开关与定位装置232

12.4.2传光型光纤位移传感器235

12.4.3受抑全内反射光纤位移传感器237

12.4.4光纤微弯位移传感器239

12.4.5光纤干涉型位移传感器241

12.5光纤速度、加速度传感器241

12.5.1光纤激光渡越速度计242

12.5.2利用马赫-泽德干涉仪的光纤加速度计242

12.5.3倾斜镜式光纤加速度计243

12.6光纤振动传感器245

12.6.1相位调制光纤振动传感器246

12.6.2利用光弹效应的光纤振动传感器248

12.7光纤温度传感器250

12.7.1相位调制型光纤温度传感器250

12.7.2热辐射光纤温度传感器253

12.7.3传光型光纤温度传感器255

12.8光纤流量、流速传感器257

12.8.1光纤旋涡流量计257

12.8.2光纤激光多普勒测速计259

12.9光纤压力传感器260

12.9.1利用马赫-泽德干涉仪制作的光纤压力传感器260

12.9.2偏振型光纤压力传感器262

第十三章 固态图像传感器265

13.1引言265

13.2固态图像传感器的敏感器件266

13.2.1电荷耦合器件（CCD）266

13.2.2电荷注入器件（CID）270

13.2.3 戽链式器件（BBD）271

13.2.4 MOS式光电变换器件271

13.3固态图像传感器272

13.3.1固态图像传感器的分类272

13.3.2线型固态图像传感器272

13.3.3面型固态图像传感器274

13.3.4固态图像传感器主要特性281

13.3.5固态图像传感器的应用285

第十四章 气体传感器289

14.1概述289

14.1.1气体传感器及气体检测方法289

14.1.2气体传感器的分类289

14.2半导体气体传感器291

14.2.1半导体气体传感器及其分类291

14.2.2主要特性及其改善291

14.2.3表面控制型电阻式传感器294

14.2.4体控制型电阻式传感器297

14.2.5非电阻式半导体气体传感器298

14.2.6半导体气体传感器的应用300

14.3红外吸收式气敏传感器303

14.4接触燃烧式气敏传感器304

14.5热导率变化式气体传感器306

14.6湿式气敏传感器306

第十五章 湿度传感器308

15.1湿度及湿度传感器308

15.1.1湿度及其表示方法308

15.1.2湿度传感器及其特性参数308

15.1.3湿度传感器的分类310

15.2电解质系湿度传感器310

15.2.1无机电解质湿度传感器310

15.2.2高分子电解质湿度传感器313

15.3半导体及陶瓷湿敏传感器315

15.3.1涂覆膜型315

15.3.2烧结体型316

15.3.3薄膜型318

15.4有机物及高分子聚合物湿度传感器319

15.4.1胀缩性有机物湿敏元件319

15.4.2高分子聚合物薄膜湿敏元件320

15.5湿度传感器的应用及发展动向321

第十六章 红外传感器323

16.1红外辐射的基本知识323

16.1.1红外辐射323

16.1.2红外辐射术语324

16.1.3红外辐射源325

16.2红外传感器327

16.2.1常见红外传感器327

16.2.2红外传感器的性能参数329

16.2.3红外传感器使用中应注意的问题330

16.3红外测温331

16.3.1红外测温的特点331

16.3.2红外测温原理331

16.4红外成像332

16.4.1红外成像原理332

16.4.2红外成像仪333

16.5红外分析仪334

16.6红外无损检测335

16.6.1焊接缺陷的无损检测335

16.6.2铸件内部缺陷探测336

16.6.3疲劳裂纹探测336

第十七章 固态压阻式传感器338

17.1半导体的压阻效应338

17.1.1压阻效应338

17.1.2压阻系数339

17.2固态压阻式压力传感器341

17.3固态压阻式加速度传感器342

17.4固态压阻式传感器的输出特性及补偿方法342

17.4.1电桥平衡失调与零位温漂补偿342

17.4.2灵敏度温度系数补偿343

17.4.3非线性及其补偿345

第十八章 微波传感器346

18.1微波的基本知识简介346

18.1.1微波的性质与特点346

18.1.2微波振荡器与微波天线346

18.2微波传感器及其分类347

18.2.1反射式微波传感器347

18.2.2遮断式微波传感器347

18.2.3微波传感器的特点与存在的问题347

18.3微波传感器的应用347

18.3.1微波湿度（水分）传感器347

18.3.2微波液位计348

18.3.3微波物位计348

18.3.4微波测厚仪348

18.3.5微波温度传感器349

第十九章 超导传感器351

19.1超导光传感器351

19.1.1超导可见光传感器351

19.1.2超导红外传感器351

19.2超导微波传感器352

19.3超导磁场传感器352

第二十章 液晶传感器353

20.1液晶及其性质353

20.1.1液晶的概念353

20.1.2液晶的分类与性质353

20.2液晶传感器353

20.2.1液晶电磁场传感器353

20.2.2液晶电压传感器354

20.2.3液晶超声波传感器354

20.2.4液晶温度传感器354

第二十一章 生物传感器355

21.1概述355

21.2生物传感器原理、特点与分类355

21.2.1生物传感器的基本原理355

21.2.2生物敏感膜356

21.2.3生物传感器的特点356

21.2.4生物传感器的分类356

21.3生物反应基本知识357

21.3.1酶反应357

21.3.2酶作用机理358

21.3.3微生物反应360

21.3.4免疫学反应361

21.3.5生物学反应中的物理量变化362

21.4生物活性材料固定化技术362

21.5酶传感器363

21.6微生物传感器366

21.6.1呼吸机能型微生物传感器366

21.6.2代谢机能型微生物传感器367

21.7免疫传感器368

21.8生物组织传感器369

21.9半导体生物传感器370

21.9.1酶光敏二极管370

21.9.2 酶 FET371

21.10生物传感器应用与未来372

第二十二章 机器人传感器373

22.1概述373

22.1.1机器人与传感器373

22.1.2机器人传感器的分类373

22.2触觉传感器374

22.2.1触觉375

22.2.2压觉377

22.2.3力觉378

22.2.4滑觉383

22.3接近觉传感器385

22.4视觉传感器387

22.4.1机器人视觉387

22.4.1视觉传感器388

22.5听觉、嗅觉、味觉及其他传感器390

参考文献392