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目录1

第1章 概论1

1.1 传感技术的定义及作用1

1.2 传感技术的组成与分类3

1.2.1 传感技术的组成3

1.2.2 传感器的分类3

1.3 传感技术器件的特性参数及选择5

1.3.1 静态参数5

1.3.2 动态参数6

1.3.3 选择传感器应注意的事项7

1.4 传感技术器件的发展趋势8

小结9

习题10

第2章 光电式传感技术11

2.1 光敏二极管12

2.1.1 光敏二极管的工作原理和结构12

2.1.2 光敏二极管的基本特性12

2.1.3 光敏二极管的型号参数14

2.1.4 光敏二极管的应用15

2.2 光敏三极管16

2.2.2 光敏三极管的基本特性17

2.2.1 光敏三极管的工作原理和结构17

2.2.3 光敏三极管的型号参数18

2.2.4 光敏三极管的应用19

2.3 光敏电阻22

2.3.1 光敏电阻的工作原理与结构22

2.3.2 光敏电阻的主要参数和基本特性23

2.3.3 常用光敏电阻的性能参数25

2.3.4 光敏电阻的应用26

2.4 光电池28

2.4.1 光电池的工作原理和结构28

2.4.2 光电池的基本特性29

2.4.3 光电池的型号参数31

2.4.4 光电池的应用31

2.5 高速光电二极管32

2.5.1 高速光电二极管的类型结构33

2.5.2 高速光电二极管的特性参数34

2.6 光电倍增管35

2.6.1 光电倍增管的结构36

2.6.2 光电倍增管的工作原理36

2.6.3 光电倍增管的主要参数36

2.6.4 光电倍增管的应用37

2.7 色敏光电传感器38

2.7.2 色敏光电传感器的基本特征39

2.7.1 色敏光电传感器的基本原理39

2.7.3 色敏光电传感器的应用40

2.8 光位置传感器41

2.8.1 光位置传感器的结构原理41

2.8.2 光位置传感器的主要用途41

2.9 红外光传感器41

2.9.1 红外辐射41

2.9.2 红外光传感器的工作原理与结构42

2.9.3 红外光传感器的应用45

2.10.1 电荷耦合器件（CCD）47

2.10 光固态CCD图像传感器47

2.10.2 MOS图像传感器55

2.10.3 CCD器件的应用58

2.11 光纤传感器60

2.11.1 光纤的传光原理60

2.11.2 光纤传感器的原理61

2.11.3 光纤传感器实例64

2.12 激光传感器67

2.12.1 激光产生的机理67

2.12.2 激光的特性68

2.12.4 激光传感器的应用69

2.12.3 激光器及其特性69

2.13 核辐射（光）传感器71

2.13.1 核辐射源——放射性同位素71

2.13.2 核辐射的物理特性72

2.13.3 核辐射传感器74

2.13.4 核辐射传感器的应用75

2.14 典型应用举例75

2.14.1 光电式传感器的模拟量检测75

2.14.2 光电式传感器的数字量检测76

小结79

习题81

第3章 数字式传感技术83

3.1 光栅传感器83

3.1.1 光栅的结构和类型83

3.1.2 光栅传感器的工作原理84

3.1.3 细分技术86

3.1.4 光栅数显装置88

3.1.5 光栅传感器的应用89

3.2 磁栅传感器90

3.2.1 磁栅传感器的组成及类型90

3.2.2 磁栅传感器的工作原理91

3.2.3 磁栅数显装置93

3.2.4 磁栅传感器的应用94

3.3 接触式编码器95

3.3.1 接触式编码器的结构与工作原理95

3.3.2 接触式编码器提高精度的途径97

3.3.3 接触式编码器的优缺点98

3.4 光电式编码器98

3.4.1 光电式编码器的结构和工作原理98

3.4.2 提高分辨率的方法——插值法99

3.5.2 电磁式编码器的优缺点100

3.5.1 电磁式编码器的结构和工作原理100

3.5 磁电式编码器100

3.4.4 光电式编码器的优缺点100

3.4.3 光电式编码器的主要技术指标100

3.6 脉冲盘式数字传感器101

3.6.1 脉冲盘式数字传感器的结构与工作原理101

3.6.2 旋转方向的判别101

3.6.3 脉冲盘式数字传感器的优缺点102

3.7 RC振荡器式频率传感器102

3.7.1 RC振荡器式频率传感器的工作原理102

3.7.2 RC振荡器式频率传感器的基本测量方法103

3.7.3 RC振荡器式频率传感器的使用测量注意事项103

3.8.2 弹性体频率式传感器的结构104

3.8 弹性体频率式传感器104

3.8.1 弹性体频率式传感器的工作原理104

3.8.3 弹性体频率式传感器的激励电路105

3.8.4 弹性体频率式传感器的输入-输出特性106

3.9 直线式感应同步器107

3.9.1 直线式感应同步器的类型107

3.9.2 直线式感应同步器的结构107

3.9.3 直线式感应同步器的工作原理108

3.9.4 直线式感应同步器的数显装置109

3.9.5 直线式感应同步器和数显表的型号及参数110

3.9.6 直线式感应同步器的安装使用注意事项111

3.10 旋转式感应同步器113

3.10.1 旋转式感应同步器的结构113

3.10.2 旋转式感应同步器的特性参数114

3.11 旋转变压器115

3.11.1 旋转变压器结构115

3.11.2 旋转变压器的工作原理116

3.11.3 旋转变压器的主要参数118

3.11.4 旋转变压器的应用118

3.12 典型应用举例119

3.12.1 位置检测119

3.12.2 转速测量120

3.12.4 定位控制121

3.12.3 机床闭环控制121

3.12.5 随动控制122

小结123

习题123

第4章 热电式传感技术124

4.1 热敏电阻124

4.1.1 热敏电阻的结构形式124

4.1.2 热敏电阻的温度特性125

4.1.3 热敏电阻输出特性的线性化处理126

4.2.1 双金属片式热电开关129

4.1.4 热敏电阻的应用129

4.2 热电开关129

4.2.2 陶铁磁体式热电开关131

4.2.3 热电开关的应用132

4.3 铂电阻133

4.3.1 铂电阻与温度的关系134

4.3.2 铂电阻体结构134

4.3.3 铂电阻分度特性表134

4.4 铜电阻135

4.5 热电偶136

4.4.4 铜电阻的缺点136

4.4.2 铜电阻体结构136

4.4.3 铜电阻分度特性表136

4.4.1 铜电阻与温度的关系136

4.5.1 热电偶的基本工作原理137

4.5.2 热电偶的基本定律137

4.5.3 热电偶的结构138

4.5.4 热电偶冷端的温度补偿140

4.6 温敏二极管142

4.6.1 温敏二极管工作原理142

4.7.1 温敏三极管的基本原理143

4.7 温敏三极管143

4.6.2 温敏二极管的基本特性——（UF-T）关系143

4.7.2 温敏三极管测温的基本电路144

4.8 温敏晶闸管（可控硅）144

4.8.1 温敏晶闸管的工作原理144

4.8.2 温敏晶闸管的温度特性145

4.8.3 温敏晶闸管的开关温度控制146

4.8.4 温敏晶闸管（可控硅）的应用147

4.9 集成温度传感器148

4.9.1 电压型集成温度传感器148

4.9.2 电流型集成温度传感器（AD590）149

4.10.1 热辐射温度传感器152

4.10 新型及特种温度传感器152

4.10.2 热敏电容154

4.10.3 石英温度计155

4.10.4 表面波温度传感器155

4.10.5 超声波温度传感器155

4.10.6 谐振式温度计155

4.10.7 音叉式水晶温度传感器156

4.10.8 光纤温度传感器156

4.11.1 温度检测及指示158

4.11.2 温度补偿电路158

4.11 典型应用举例158

4.11.3 过热保护159

4.11.4 自动延时电路160

4.11.5 控温电路160

4.11.6 降温报警器162

4.11.7 温度控制器162

4.11.8 摄氏温度计162

4.11.9 温差测量163

小结164

习题166

5.1.1 电位器式传感器167

5.1 电阻式传感器167

第5章 R、L、C传感技术167

5.1.2 电阻应变式传感器169

5.1.3 电阻式传感器的应用171

5.2 电感式传感器173

5.2.1 自感型电感式传感器173

5.2.2 互感型-差动变压器式电感传感器176

5.2.3 电感传感器的应用178

5.3 电容式传感器179

5.3.1 电容式传感器原理179

5.3.2 电容式传感器的结构类型179

5.3.3 电容式传感器的优缺点及一些特殊问题181

5.3.4 电容传感器的应用184

5.4 典型应用举例185

5.4.1 罐内液重测量185

5.4.2 料位测量186

5.4.3 高频反射式涡流厚度测量187

5.4.4 电容测厚仪188

5.4.5 电子皮带秤189

小结190

习题191

6.1.1 压电式传感器的工作原理192

6.1 压电式传感器192

第6章 压电磁敏传感技术192

6.1.2 压电材料及压电元件的结构194

6.1.3 压电式传感器的测量电路196

6.1.4 压电式传感器的应用198

6.2 磁敏电阻199

6.2.1 磁阻效应199

6.2.2 磁敏电阻的结构200

6.2.3 磁敏电阻的应用201

6.3 磁敏二极管202

6.3.1 磁敏二极管的结构202

6.3.3 磁敏二极管的主要特性203

6.3.2 磁敏二极管的工作原理203

6.3.4 磁敏二极管的应用207

6.4 磁敏三极管208

6.4.1 磁敏三极管的结构209

6.4.2 磁敏三极管的工作原理209

6.4.3 磁敏三极管的主要特性210

6.4.4 磁敏三极管的应用211

6.5 霍尔传感器211

6.5.1 霍尔效应及霍尔元件211

6.5.2 霍尔式传感器的应用217

6.6.2 转速检测219

6.6 典型应用举例219

6.6.1 位移检测219

6.6.3 钢绳断裂（丝）检测220

6.6.4 功率测量220

6.6.5 霍尔无损探伤220

6.6.6 霍尔开关带载电路221

6.6.7 霍尔计数装置221

6.6.8 霍尔汽车点火器222

6.6.9 霍尔线性集成传感器测磁感强度223

小结223

习题224

第7章 声、气、湿敏传感技术225

7.1 声／超声波传感器225

7.1.1 声／超声波及其物理性质225

7.1.2 声敏传感器226

7.1.3 超声波传感器231

7.2 气敏传感器237

7.2.1 电阻型半导体气敏材料的导电机理237

7.2.2 电阻型半导体气敏传感器的结构238

7.2.3 气敏器件的基本特性240

7.2.4 非电阻型气敏器件242

7.2.5 气敏传感器的主要参数与特性243

7.2.6 气敏传感器的应用244

7.3 湿敏传感器246

7.3.1 氯化锂湿敏电阻247

7.3.2 半导体陶瓷湿敏电阻247

7.3.3 湿敏传感器的应用249

7.4 典型应用举例251

7.4.1 超声波探伤252

7.4.2 烟雾报警器电路253

7.4.3 酒精测试仪254

7.4.4 酒精检测报警器254

7.4.6 浴室镜面水汽清除器255

7.4.5 直读式湿度计255

7.4.7 土壤缺水告知器257

7.4.8 电容式谷物水分测量仪257

小结259

习题259

第8章 生物传感技术260

8.1 生物分子传感器260

8.1.1 生物分子传感器的定义260

8.1.2 生物分子传感器基本结构260

8.1.3 生物分子传感器的工作原理及类型261

8.2 酶传感器263

8.2.1 葡萄糖传感器264

8.2.2 氨基酸传感器265

8.2.3 乙醇传感器265

8.2.4 尿素传感器266

8.2.5 青霉素传感器266

8.3 微生物传感器266

8.3.1 电流型微生物传感器（17种）268

8.3.2 电位型微生物传感器（18种）269

8.4 免疫传感器270

8.4.1 免疫传感器的结构270

8.4.2 免疫传感器的分类和测定原理273

8.4.3 免疫传感器应用实例275

8.5 生物电子学传感器278

8.5.1 酶场效应晶体管的结构与工作原理278

8.5.2 免疫场效应晶体管的结构与工作原理279

8.6 仿生传感器280

8.6.1 视觉传感器280

8.6.2 听觉传感器283

8.6.3 接触觉传感器283

8.6.4 压觉传感器284

8.6.5 接近觉传感器286

8.6.7 滑觉传感器288

8.6.6 力觉传感器288

8.7 典型应用举例289

8.7.1 微生物传感器在甲烷测定中的应用289

8.7.2 微生物传感器在抗生素测量中的应用290

小结292

习题292

第9章 超导、智能传感技术293

9.1 超导传感器293

9.1.1 超导效应293

9.1.2 SCQID超导传感器的工作原理294

9.1.3 几种超导传感器件的结构294

9.1.4 超导传感器295

9.1.5 SCQID测量系统298

9.2 智能传感器300

9.2.1 智能传感器的定义及其功能300

9.2.2 传感器智能化的技术途径301

9.2.3 智能传感器举例303

9.2.4 智能传感器的发展前景304

9.3 典型应用举例306

9.3.1 ST-3000系列智能压力传感器306

9.3.2 EJA差压变送器306

9.3.3 利用通用接口（USIC）构成的智能温度压力传感器307

9.3.4 人工神经网络智能传感器308

9.3.5 其他智能传感器310

小结311

习题311

第10章 传感器件的特性评价与信号处理312

10.1 传感器的静态特性312

10.1.1 线性度312

10.1.2 灵敏度314

10.1.3 迟滞和重复性314

10.1.4 稳定性和零漂314

10.2 传感器的动态特性315

10.2.1 频率响应特性316

10.2.2 阶跃响应特性318

10.2.3 动态特性的评价319

10.3 传感器的误差及信噪比320

10.3.1 传感器噪声及其减小措施320

10.3.2 传感器的误差321

10.3.3 传感器的信噪比322

10.3.4 传感器的低噪声化方法323

10.4 传感器信号处理324

小结325

习题325