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第1章 绪论1

1.1 传感器的概念1

1.1.1 传感器的定义1

1.1.2 传感器的重要性1

1.1.3 当今传感器技术的发展动向1

1.1.4 传感器的国外发展情况及我国的对策1

1.2 检测技术的重要性与自动检测系统的构成2

1.2.1 检测技术的重要性2

1.2.2 自动检测系统的构成2

1.3 传感器与检测技术的发展方向3

1.3.1 发现新现象3

1.3.2 开发新材料3

1.3.3 采用微型加工技术3

1.3.4 研究多功能集成传感器3

1.3.5 智能化传感器3

1.3.6 航天传感器4

1.3.7 仿生传感器4

1.3.8 提高系统性能4

1.3.9 多种技术相结合构成智能化的自动检测系统4

1.3.10 多个、多种传感器组合构成特殊的自动检测系统4

1.4 本课程的任务和目的4

1.4.1 主要任务4

1.4.2 目的4

思考题与习题5

第2章 传感器的基本特性与测量误差6

2.1 传感器的基本特性6

2.1.1 传感器的静态特性6

2.1.2 传感器的动态特性9

2.2 测量误差及其分类18

2.2.1 测量技术中的常用名词18

2.2.2 误差的分类18

2.3 系统误差的消除方法21

2.3.1 系统误差存在与否的检查21

2.3.2 系统误差的削弱或消除的基本方法22

2.4 随机误差及其特性27

2.4.1 随机误差的统计特性27

2.4.2 随机误差的分布规律29

2.4.3 随机误差的评价指标30

思考题与习题33

第3章 电阻传感器34

3.1 电位器传感器34

3.1.1 电位器传感器的工作原理34

3.1.2 电位器函数转换器34

3.1.3 电位器传感器的结构和噪声分析37

3.1.4 电位器传感器的应用举例38

3.2 电阻应变式传感器39

3.2.1 电阻应变效应39

3.2.2 结构与材料41

3.2.3 基本特性42

3.2.4 电阻应变式传感器的温度补偿43

3.2.5 半导体应变片45

3.2.6 电阻应变片的选择47

3.2.7 电阻应变传感器测量电路48

3.3 电阻应变传感器的应用51

3.3.1 测力传感器51

3.3.2 面线张力传感器53

3.3.3 转矩传感器53

思考题与习题54

第4章 电容传感器55

4.1 电容传感器的工作原理55

4.1.1 电容传感器的工作原理和特性55

4.1.2 电容传感器的静态特性56

4.1.3 电容传感器的特点58

4.1.4 提高电容传感器灵敏度的方法58

4.2 电容式传感器的测量电路58

4.2.1 变压器电桥（桥式电路）58

4.2.2 运算放大器式电路59

4.2.3 调频电路60

4.2.4 谐振电路61

4.2.5 脉冲宽度调制电路61

4.3 电容传感器的应用举例63

4.3.1 转速测量63

4.3.2 利用电容传感器测量液面深度64

4.3.3 电容测厚仪65

4.3.4 电缆芯偏心测量65

4.3.5 晶体管电容料位指示仪66

思考题与习题67

第5章 电感传感器68

5.1 变磁阻式电感传感器68

5.1.1 结构原理68

5.1.2 测量电路72

5.1.3 零点残余电压及其补偿77

5.2 差动变压器78

5.2.1 工作原理79

5.2.2 测量电路80

5.3 涡流传感器81

5.3.1 高频反射式涡流传感器82

5.3.2 低频透射涡流传感器85

5.4 电感传感器的应用86

5.4.1 电感式纸页厚度测量仪86

5.4.2 电感测微仪87

5.4.3 电感传感器测量加速度、液位等87

5.4.4 涡流传感器的应用88

思考题与习题89

第6章 热电传感器90

6.1 概述90

6.1.1 热电传感器的分类90

6.1.2 热电传感器的特点90

6.2 热电偶91

6.2.1 热电偶测温的基本原理91

6.2.2 热电偶回路基本法则93

6.2.3 热电偶的种类及结构96

6.2.4 热电偶冷端温度补偿99

6.2.5 热电偶使用测温电路举例103

6.3 热电阻104

6.3.1 金属热电阻104

6.3.2 半导体热敏电阻107

6.3.3 热电阻传感器的应用108

思考题与习题111

第7章 磁电传感器112

7.1 磁电传感器的原理与类型112

7.1.1 工作原理112

7.1.2 磁电传感器的类型113

7.2 磁电式传感器的设计要点114

7.2.1 灵敏度Sn115

7.2.2 线圈的电阻与负载电阻匹配问题115

7.2.3 线圈发热检查116

7.2.4 线圈的磁场效应116

7.2.5 温度影响116

7.3 磁电式传感器的应用117

7.3.1 磁电感应式振动速度传感器117

7.3.2 磁电感应式转速传感器118

思考题与习题118

第8章 压电传感器119

8.1 压电效应和压电材料119

8.1.1 压电效应119

8.1.2 压电材料122

8.2 压电元件的常用结构形式123

8.2.1 压电元件的串并联结构与特点123

8.2.2 双片弯曲式压电传感器原理124

8.3 压电传感器的测量电路125

8.3.1 压电传感器的等效电路125

8.3.2 压电传感器的测量电路126

8.4 压电传感器的应用129

8.4.1 压电加速度传感器129

8.4.2 压电压力传感器131

思考题与习题132

第9章 常用半导体传感器133

9.1 霍尔传感器133

9.1.1 霍尔元件的工作原理133

9.1.2 霍尔元件的电磁特性135

9.1.3 误差分析及其补偿方法136

9.1.4 霍尔传感器的应用141

9.1.5 霍尔元件的设计要点147

9.2 气敏传感器148

9.2.1 概述148

9.2.2 SnO2的基本性质148

9.2.3 SnO2气敏元件的结构149

9.2.4 SnO2气敏元件的工作原理151

9.2.5 SnO2主要性能参数151

9.2.6 气敏传感器的应用154

9.3 湿敏传感器157

9.3.1 湿度测量的意义157

9.3.2 湿度的表示方法和单位158

9.3.3 湿度的测量方法及湿敏元件159

9.3.4 烧结型半导体陶瓷湿敏元件159

9.3.5 湿敏传感器的应用162

思考题与习题163

第10章 光电传感器164

10.1 引言164

10.2 光电检测系统的基本构成164

10.2.1 光电检测系统的基本组成164

10.2.2 主要部分的作用164

10.2.3 光电传感器的组成165

10.3 光电检测的工作原理及基本结构型式165

10.3.1 把待检测量变换为光信息量165

10.3.2 把待检测量变换为光信息脉冲165

10.3.3 几种光电变换结构形式166

10.3.4 几个光学单位168

10.4 光电传感器169

10.4.1 光电效应169

10.4.2 光电管170

10.4.3 光电倍增管171

10.4.4 光敏电阻172

10.4.5 光敏二极管和光敏三极管175

10.4.6 光电池177

10.4.7 半导体光电位置敏感器件181

10.4.8 红外传感器192

10.5 光电传感器应用举例193

10.5.1 光电折光仪应用193

10.5.2 圆轴直径测量系统194

10.5.3 透明物体厚度的光电检测194

思考题与习题195

第11章 图像传感器196

11.1 光电二极管及光电三极管阵列196

11.1.1 光电二极管阵列的结构和工作原理196

11.1.2 光电三极管阵列的结构及工作原理199

11.2 电荷耦合器件及图像传感器201

11.2.1 电荷耦合器件的工作原理及结构201

11.2.2 CCD图像传感器206

11.2.3 CCD图像传感器的特性参数210

11.3 CCD应用举例213

11.3.1 尺寸检测213

11.3.2 表面缺陷检测218

11.3.3 图像传感器在光学文字识别中的应用219

思考题与习题220

第12章 光导纤维传感器221

12.1 光导纤维传感器概述221

12.1.1 光纤传感器的特点221

12.1.2 光纤传感器的分类221

12.1.3 光纤在测量上的应用222

12.1.4 光纤检测元件的发展及其动向223

12.2 光纤传感器元件224

12.2.1 光纤224

12.2.2 光源和光探测器230

12.2.3 光纤的连接和耦合234

12.2.4 光纤传感器检测系统的光调制方式237

12.3 机械量光纤传感器239

12.3.1 传感方式239

12.3.2 反射型光纤位移传感器241

12.3.3 相位调制型光纤传感器244

12.4 光纤温度检测技术250

12.4.1 功能型（FF）光纤温度传感器250

12.4.2 非功能型（NFF）光纤温度传感器251

12.5 光纤流量（流速）检测技术255

12.5.1 光纤涡轮流量计255

12.5.2 光纤激光多普勒流量计257

12.6 磁场及电场光纤传感技术258

12.6.1 法拉第效应式光线磁场（电流）传感器259

12.6.2 光纤电压（电场）传感器261

12.7 光纤转速传感器265

12.7.1 萨格奈克效应266

12.7.2 光纤转速传感器（光纤陀螺）268

12.7.3 光纤转速传感器存在的问题275

12.7.4 光纤转速传感器发展275

思考题与习题276

第13章 数字式传感器277

13.1 角度-数字编码器277

13.1.1 脉冲盘式角度-数字编码器277

13.1.2 码盘式角度-数字编码器279

13.1.3 激光式角度传感器282

13.2 光栅传感器283

13.2.1 光栅传感器的结构与测量原理283

13.2.2 细分技术288

13.2.3 光栅式传感器的设计要点292

13.3 感应同步器295

13.3.1 感应同步器的结构与工作原理296

13.3.2 鉴相型测量系统300

13.3.3 鉴幅型测量系统303

13.3.4 鉴幅型测量系统的应用304

思考题与习题307

第14章 传感器新技术及其应用308

14.1 智能传感器308

14.1.1 智能传感器的典型结构308

14.1.2 智能传感器的主要功能309

14.1.3 智能传感器的特点310

14.1.4 智能传感器实现的途径310

14.2 模糊传感器311

14.2.1 模糊传感器的概念及特点311

14.2.2 模糊传感器的基本功能311

14.2.3 模糊传感器的结构312

14.3 网络传感器314

14.3.1 网络传感器的概念314

14.3.2 网络传感器的类型315

14.3.3 基于IEEE 1451标准的网络传感器316

14.3.4 网络传感器所在网络的体系结构320

14.4 多传感器数据融合321

14.4.1 多传感器数据融合的概念321

14.4.2 多传感器数据融合技术321

14.4.3 多传感器数据融合技术的应用322

14.5 虚拟仪器323

14.5.1 虚拟仪器概述323

14.5.2 虚拟仪器的组成323

14.5.3 虚拟仪器的特点324

14.5.4 软件开发工具Lab VIEW简介325

14.6 物联网327

14.6.1 物联网的基本概念327

14.6.2 物联网的关键技术327

14.6.3 物联网的应用模式328

14.6.4 物联网应用案例329

14.7 MEMS技术与微型传感器329

14.7.1 微机电系统典型特性329

14.7.2 微型传感器具有的特点330

思考题与习题330

第15章 现代检测系统综合设计331

15.1 现代检测系统的设计思路与方法331

15.1.1 现代检测系统的设计思想331

15.1.2 现代检测系统的设计方法332

15.1.3 计算机及接口设计333

15.2 脉冲测距综合系统设计334

15.2.1 理论依据334

15.2.2 设计方案334

15.2.3 工作过程334

15.2.4 说明几点335

15.3 激光准直综合系统设计335

15.3.1 激光准直系统总体设计方案335

15.3.2 激光准直系统的工作过程336

15.3.3 激光准直系统主要部分设计336

15.4 智能温度控制系统设计338

15.4.1 设计要求338

15.4.2 系统组成和工作原理339

15.4.3 硬件结构和电路设计339

15.4.4 软件结构的程序框图348

思考题与习题355

参考文献356