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0 传感器与检测技术概念1

0.1 传感器的组成与分类1

0.1.1 传感器的定义1

0.1.2 传感器的组成1

0.1.3 传感器的分类1

0.2 传感器的作用与地位2

0.3 传感器技术的发展动向2

0.4 检测技术的定义4

0.5 检测技术的作用4

1 传感器的特性5

1.1 传感器的静态特性5

1.1.1 线性度5

1.1.2 迟滞7

1.1.3 重复性7

1.1.4 灵敏度与灵敏度误差8

1.1.5 分辨率与阈值8

1.1.6 稳定性8

1.1.7 温度稳定性8

1.1.8 多种抗干扰能力8

1.1.9 静态误差9

1.2 传感器的动态特性9

1.2.1 动态特性的数学描述9

1.2.2 线性系统的传递函数11

1.2.3 传感器的动态特性指标11

1.2.4 动态响应分析的基本方法13

1.2.5 典型环节的动态响应特性15

2 电阻式传感器23

2.1 电位器式电阻传感器23

2.1.1 线性电位器23

2.1.2 非线性电位器26

2.1.3 负载特性与负载误差27

2.1.4 电位器的结构与材料28

2.1.5 电位器式传感器应用举例29

2.2 应变片式电阻传感器30

2.2.1 电阻应变片的工作原理31

2.2.2 金属电阻应变片主要特性31

2.2.3 温度误差及其补偿36

2.2.4 应变片式电阻传感器的测量电路39

2.2.5 应变片式电阻传感器的应用举例42

3 电感式传感器46

3.1 自感式传感器46

3.1.1 工作原理46

3.1.2 灵敏度及非线性48

3.1.3 等效电路48

3.1.4 转换电路48

3.1.5 零点残余电压52

3.1.6 自感式传感器的特点及应用52

3.2 变压器式传感器53

3.2.1 工作原理53

3.2.2 等效电路及其特性54

3.2.3 差分变压器式传感器的测量电路56

3.2.4 零点残余电压的补偿60

3.2.5 变压器式传感器的应用举例61

3.3 涡流式传感器62

3.3.1 工作原理62

3.3.2 转换电路63

3.3.3 涡流式传感器的特点及应用64

3.4 压磁式传感器66

3.4.1 工作原理66

3.4.2 结构形式66

4 电容式传感器70

4.1 电容式传感器的工作原理及类型70

4.1.1 工作原理70

4.1.2 类型70

4.2 电容式传感器的灵敏度及非线性72

4.3 电容式传感器的特点及等效电路73

4.3.1 特点73

4.3.2 等效电路74

4.4 电容式传感器的设计要点75

4.4.1 保护绝缘材料的绝缘性能75

4.4.2 消除和减小边缘效应76

4.4.3 消除和减小寄生电容的影响76

4.4.4 防止和减小外界干扰78

4.5 电容式传感器的转换电路79

4.5.1 调制型电路79

4.5.2 脉冲型电路82

4.6 电容式传感器的应用举例85

4.6.1 差分式电容压力传感器85

4.6.2 电容式加速度传感器86

4.6.3 电容式料位传感器86

4.6.4 电容式位移传感器86

5 磁电式传感器88

5.1 磁电感应式传感器88

5.1.1 工作原理和结构类型88

5.1.2 动态特性分析90

5.1.3 测量电路94

5.1.4 磁电感应式传感器应用举例98

5.2 霍尔式传感器99

5.2.1 霍尔效应和霍尔元件材料99

5.2.2 霍尔元件构造及测量电路101

5.2.3 霍尔元件的主要技术指标102

5.2.4 霍尔元件的补偿电路103

5.2.5 霍尔式传感器的应用举例105

6 压电式传感器107

6.1 压电效应107

6.1.1 石英晶体的压电效应108

6.1.2 压电陶瓷的压电效应109

6.1.3 高分子材料的压电效应110

6.1.4 压电方程与压电常数111

6.2 压电材料113

6.3 等效电路115

6.4 测量电路116

6.4.1 电压放大器116

6.4.2 电荷放大器118

6.5 压电式传感器的应用举例120

6.5.1 压电式测力传感器120

6.5.2 压电式加速度传感器121

6.6 影响压电式传感器精度的因素分析121

6.6.1 非线性121

6.6.2 横向灵敏度122

6.6.3 环境温度的影响123

6.6.4 湿度的影响123

6.6.5 电缆噪声123

6.6.6 接地回路噪声123

7 光电式传感器124

7.1 光电效应124

7.1.1 外光电效应124

7.1.2 内光电效应125

7.1.3 光生伏特效应125

7.2 光电器件及其特性125

7.2.1 光电管与光电倍增管125

7.2.2 光敏电阻128

7.2.3 光敏二极管及光敏三极管128

7.2.4 光电池129

7.2.5 半导体光电元件的特性130

7.3 光电式传感器的测量电路134

7.3.1 光源134

7.3.2 测量电路134

7.4 光电传感器及其应用137

7.4.1 模拟式光电传感器137

7.4.2 脉冲式光电传感器138

7.5 光纤传感器139

7.5.1 光导纤维140

7.5.2 光纤传感器的工作原理141

7.6 电荷耦合器件（CCD）144

7.6.1 CCD的工作原理145

7.6.2 CCD应用举例147

7.7 光栅式传感器148

7.7.1 基本工作原理148

7.7.2 莫尔条纹151

7.7.3 辨向原理和细分电路152

7.8 激光式传感器156

7.8.1 激光干涉仪测位移156

7.8.2 激光测长度原理158

8 热电式传感器159

8.1 热电阻159

8.1.1 热电阻的材料及工作原理159

8.1.2 测量电路161

8.2 热电偶161

8.2.1 热电效应162

8.2.2 热电偶基本定律163

8.2.3 热电偶材料及常用热电偶165

8.2.4 热电偶测温线路166

8.2.5 热电偶参考端温度168

8.3 热敏电阻172

8.3.1 热敏电阻的主要特性172

8.3.2 热敏电阻的特性线性化174

8.3.3 热敏电阻的应用举例175

9 核辐射传感器177

9.1 核辐射的基本特性177

9.1.1 核辐射的特性177

9.1.2 测量中常用的同位素180

9.2 核辐射传感器181

9.2.1 电离室181

9.2.2 气体放电计数管182

9.3 核辐射传感器的应用举例183

9.4 放射性辐射的防护184

10 生物传感器185

10.1 概述185

10.1.1 生物传感器基本结构185

10.1.2 生物传感器的类型186

10.1.3 生物传感器的优点186

10.1.4 生物传感器的固定化技术186

10.2 电化学DNA传感器187

10.2.1 电化学DNA传感器原理187

10.2.2 DNA在固体电极上的固定188

10.2.3 电化学DNA传感器中的标识物189

10.2.4 电化学DNA传感器的应用190

10.3 半导体生物传感器191

10.3.1 原理与特点192

10.3.2 生物场效应晶体管结构类型193

10.3.3 应用研究实例195

11 集成智能传感器199

11.1 单片集成化智能传感器199

11.1.1 智能传感器的基本特点199

11.1.2 智能传感器的发展趋势及应用202

11.1.3 单片智能传感器主要产品的分类205

11.2 网络化智能压力传感器207

11.2.1 PPT、PPTR系列网络化智能压力传感器的工作原理207

11.2.2 PPT系列网络化智能压力传感器的典型应用209

11.3 单片指纹传感器212

11.3.1 生物识别技术的发展概况212

11.3.2 指纹识别的基本原理217

11.3.3 FCD4B14/AT77C101B型指纹传感器222

11.4 特种集成传感器228

11.4.1 LM1042型集成液位传感器228

11.4.2 MC系列烟雾检测报警集成电路233

12 传感器的标定241

12.1 传感器的静态特性标定241

12.1.1 静态标准条件241

12.1.2 标定仪器设备精度等级的确定241

12.1.3 静态特性标定的方法241

12.2 传感器的动态特性标定242

12.3 测振传感器的标定243

12.3.1 绝对标定法244

12.3.2 比较标定法244

12.4 压力传感器的标定244

12.4.1 动态标定压力源244

12.4.2 激波管标定法246

13 传感器可靠性技术252

13.1 可靠性技术基础概述252

13.1.1 可靠性技术定义及其特点252

13.1.2 可靠性技术的基本特征量253

13.2 可靠性设计257

13.2.1 可靠性设计的重要性257

13.2.2 可靠性设计程序和原则257

13.2.3 系统的可靠性框图模型及计算258

13.3 可靠性管理259

13.3.1 可靠性管理的意义及特点259

13.3.2 可靠性管理机构和职责259

13.3.3 可靠性标准、情报与保证260

13.3.4 可靠性管理的实施260

13.4 可靠性试验260

13.4.1 传感器环境试验概述260

13.4.2 传感器的可靠性试验实例263

13.5 敏感元件及传感器的失效分析264

13.5.1 概述264

13.5.2 分析方法265

14 检测技术基础271

14.1 检测技术概述271

14.2 测量方法271

14.2.1 直接测量、间接测量和联立测量271

14.2.2 偏差式测量、零位式测量和微差式测量272

14.3 测量系统273

14.3.1 测量系统的构成274

14.3.2 主动式测量系统与被动式测量系统275

14.3.3 开环式测量系统与闭环式测量系统275

14.4 测量数据处理方法276

14.4.1 静态测量数据的处理方法276

14.4.2 动态测量数据的处理方法294

15 多传感器信息融合技术299

15.1 概述299

15.1.1 概念299

15.1.2 意义及应用299

15.2 传感器信息融合的分类和结构300

15.2.1 传感器信息融合的分类300

15.2.2 信息融合的结构301

15.2.3 信息融合系统结构的实例302

15.3 传感器信息融合的一般方法303

15.3.1 嵌入约束法303

15.3.2 证据组合法304

15.3.3 人工神经网络法306

15.4 传感器信息融合的实例306

15.4.1 机器人中的传感器信息融合306

15.4.2 舰船上的传感器信息融合307

16 现代检测系统310

16.1 计算机检测系统的基本组成310

16.1.1 多路模拟开关310

16.1.2 A/D转换与D/A转换311

16.1.3 取样保持314

16.2 总线技术315

16.2.1 总线的基本概念及其标准化315

16.2.2 总线的通信方式316

16.2.3 测控系统内部总线316

16.2.4 测控系统外部总线319

16.3 虚拟仪器322

16.3.1 虚拟仪器的出现323

16.3.2 虚拟仪器的硬件系统324

16.3.3 虚拟仪器的软件系统325

16.3.4 虚拟仪器的发展趋势325

16.4 网络化检测仪器326

16.4.1 基于现场总线技术的网络化测控系统326

16.4.2 面向Internet网络测控系统327

16.4.3 网络化检测仪器与系统实例328

16.4.4 无线传感器网络测控系统329

17 传感器与检测技术实验334

17.1 温度传感器实验334

17.1.1 铂热电阻实验334

17.1.2 温度变送器实验335

17.1.3 热电偶测温实验337

17.1.4 热电偶标定实验339

17.1.5 PN结温敏二极管实验339

17.1.6 半导体热敏电阻实验340

17.1.7 集成温度传感器341

17.2 电涡流传感器实验341

17.2.1 电涡流传感器静态标定341

17.2.2 被测材料对电涡流传感器特性的影响342

17.2.3 电涡流传感器振幅测量343

17.2.4 涡流传感器测转速实验343

17.2.5 综合传感器——力平衡式传感器实验344

17.3 半导体传感器实验345

17.3.1 湿敏传感器——湿敏电容实验345

17.3.2 湿敏传感器——湿敏电阻实验346

17.3.3 气敏传感器演示实验347

17.4 光电传感器实验348

17.4.1 光敏电阻实验348

17.4.2 光敏电阻的应用——暗光亮灯电路350

17.4.3 光敏二极管特性实验350

17.4.4 光敏三极管特性测试352

17.4.5 光敏三极管对不同光谱的响应353

17.4.6 光电开关（红外发光管与光敏三极管）354

17.4.7 光电传感器——热释电红外传感器性能实验355

17.4.8 红外光敏管应用——红外检测356

17.4.9 光电池特性测试356

17.4.10 光纤位移传感器原理358

17.4.11 光纤传感器——位移测试359

17.4.12 光纤传感器应用——测温传感器359

17.4.13 光纤传感器——动态测量360

17.4.14 光栅衍射实验——光栅距的测定360

17.4.15 光栅传感器——衍射演示及测距实验361

17.4.16 电荷耦合图像传感器——CCD摄像法测径实验362

附录 习题与思考题363

参考文献370