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第1章 传感器基础知识1

1.1 传感器的地位与作用1

1.2 传感器定义与分类2

1.2.1 传感器定义2

1.2.2 传感器分类3

1.3 传感器与传感技术3

1.4 传感技术的特点4

1.5 传感器技术的发展方向5

1.6 本章小结6

习题6

第2章 传感器特性7

2.1 传感器的静态特性7

2.1.1 线性度7

2.1.2 灵敏度11

2.1.3 迟滞差12

2.1.4 灵敏度界限（阈值）12

2.1.5 稳定性12

2.2 传感器的动态特性12

2.2.1 传感器动态特性的数学模型13

2.2.2 传感器的传递函数15

2.2.3 频率响应函数15

2.2.4 冲激响应函数16

2.2.5 频率响应分析17

2.3 传感器的静态特性标定21

2.3.1 静态标准条件21

2.3.2 标定仪器设备的精度等级的确定21

2.3.3 静态特性标定的方法21

2.4 传感器的动态特性标定22

2.5 本章小结24

习题25

第3章 电位器式传感器26

3.1 线性电位器26

3.1.1 空载特性26

3.1.2 阶梯特性、阶梯误差和分辨率28

3.2 非线性电位器28

3.2.1 变骨架式非线性电位器29

3.2.2 变节距式非线性电位器30

3.2.3 分路（并联）电阻式非线性电位器31

3.3 负载特性与负载误差32

3.4 结构与材料34

3.5 电位器式传感器35

3.5.1 电位器式位移传感器35

3.5.2 电位器式压力传感器35

3.5.3 电位器式加速度传感器36

3.6 电位器式传感器应用设计36

3.6.1 电位器式液位传感器设计36

3.6.2 电位器式角度指示仪设计37

3.6.3 汽车前轮转向角的简易测量系统设计37

3.6.4 电位器性能测试系统的设计39

3.7 本章小结40

习题41

第4章 应变式传感器42

4.1 电阻应变计结构及测量原理42

4.2 电阻应变效应43

4.3 应变计型号命名规则44

4.4 应变计主要特性44

4.4.1 应变计的灵敏度系数44

4.4.2 横向效应45

4.4.3 滞后、漂移46

4.4.4 应变极限、疲劳寿命46

4.4.5 绝缘电阻、最大工作电流46

4.4.6 应变片的电阻值47

4.5 测量电路47

4.5.1 直流电桥47

4.5.2 交流电桥48

4.5.3 应变片的温度误差及其补偿49

4.6 电阻应变仪53

4.6.1 电阻应变仪53

4.6.2 遥测应变仪实例——汽轮机长叶片动应力的遥测54

4.7 应变式传感器55

4.7.1 应变式力传感器55

4.7.2 应变式压力传感器59

4.7.3 应变式加速度传感器60

4.8 新型的微应变式传感器61

4.8.1 压阻效应61

4.8.2 微型硅应变式传感器62

4.8.3 X型硅压力传感器63

4.8.4 薄膜应变式传感器64

4.9 电阻应变式传感器应用设计64

4.9.1 设计任务64

4.9.2 设计目的64

4.9.3 设计要求64

4.9.4 设计提示与分析65

4.10 本章小结67

习题68

第5章 电容式传感器69

5.1 可变电容器69

5.2 电容式传感器的工作原理70

5.2.1 变极板间距离式电容传感器70

5.2.2 变面积式电容传感器71

5.2.3 变介电常数型电容传感器71

5.2.4 差动式电容传感器72

5.3 电容式传感器的测量电路73

5.3.1 测量电路的基本问题73

5.3.2 脉宽调制电路77

5.4 电容式传感器应用78

5.4.1 电容式液位传感器78

5.4.2 电容式压力传感器79

5.4.3 电容式加速度计79

5.4.4 电容式测厚传感器80

5.5 本章小结80

习题80

第6章 压电传感器81

6.1 压电效应81

6.1.1 石英晶体的压电效应81

6.1.2 压电方程82

6.2 压电材料84

6.2.1 石英晶体84

6.2.2 人工陶瓷84

6.2.3 新型压电材料85

6.3 压电传感器的测量电路86

6.3.1 等效电路86

6.3.2 电荷放大器87

6.3.3 电压放大器88

6.4 压电传感器及其应用90

6.4.1 基本应用90

6.4.2 加速度传感器91

6.5 压电谐振式传感器93

6.5.1 工作原理93

6.5.2 石英晶体谐振式温度传感器93

6.5.3 石英晶体谐振式压力传感器94

6.5.4 石英晶体谐振式质量传感器95

6.6 本章小结96

习题96

第7章 磁电式传感器97

7.1 变磁阻式传感器97

7.1.1 电感式传感器97

7.1.2 差动电感式传感器99

7.1.3 差动变压器式传感器99

7.1.4 电动式传感器101

7.2 霍尔传感器102

7.2.1 霍尔磁敏传感器102

7.2.2 工作原理102

7.2.3 结构及其特性分析103

7.2.4 霍尔元件的驱动电路104

7.2.5 霍尔元件的误差分析及补偿104

7.2.6 霍尔传感器的应用105

7.3 磁敏二极管和磁敏三极管106

7.3.1 磁敏二极管的工作原理和主要特性106

7.3.2 磁敏三极管的工作原理和主要特性108

7.4 巨磁电阻磁传感器110

7.4.1 电子自旋111

7.4.2 常见的磁电阻体系111

7.4.3 巨磁电阻传感器的检测电路112

7.4.4 GMR传感器应用实例112

7.5 巨磁阻抗磁传感器113

7.5.1 巨磁阻抗效应原理113

7.5.2 巨磁阻抗传感器典型电路115

7.5.3 巨磁阻抗传感器的应用116

7.6 本章小结116

习题116

第8章 热电式传感器118

8.1 热电偶温度传感器118

8.1.1 热电偶的基本性质118

8.1.2 热电偶的结构120

8.1.3 热电偶的分度表120

8.1.4 热电偶的冷端温度补偿121

8.1.5 热电偶测温线路122

8.2 热电阻温度传感器123

8.2.1 常用热电阻123

8.2.2 热电阻的测量电路125

8.3 半导体温度传感器126

8.3.1 半导体热敏电阻126

8.3.2 PN结型热敏器件132

8.3.3 集成（IC）温度传感器134

8.3.4 半导体光纤温度传感器136

8.3.5 非接触型半导体温度传感器137

8.4 半导体传感器应用设计实例140

8.4.1 设计任务140

8.4.2 设计要求140

8.4.3 设计提示与分析140

8.5 本章小结145

习题145

第9章 光电传感器146

9.1 概述146

9.2 光电探测器的物理基础146

9.2.1 光电探测的物理效应及其特性表示146

9.2.2 光热效应和光子效应的区别148

9.2.3 光电探测器的特性表示法148

9.3 光电探测器149

9.3.1 光电管149

9.3.2 光电倍增管151

9.3.3 光敏电阻151

9.3.4 光电二极管和光电三极管152

9.3.5 光电池152

9.3.6 光电耦合器件153

9.4 各类光电探测器的性能特点154

9.4.1 光电子发射探测器的特点154

9.4.2 光电导探测器的特点154

9.4.3 光伏探测器的特点155

9.4.4 热探测器的特点155

9.5 光电成像器件156

9.6 电荷耦合器件及其应用系统设计156

9.6.1 电荷耦合器件工作原理及其应用特点156

9.6.2 CCD成像器件的特征参量及其评价161

9.6.3 CCD的工程技术应用162

9.6.4 CCD图像传感器在微光电视系统中的应用168

9.7 红外凝视成像系统及应用169

9.7.1 红外凝视成像系统的组成和工作原理169

9.7.2 凝视成像系统的优点171

9.7.3 应用171

9.8 紫外探测器件及应用171

9.8.1 紫外探测器件172

9.8.2 紫外器件的主要应用174

9.9 光纤传感器177

9.9.1 光纤传感器的背景177

9.9.2 光纤传感器的组成及工作原理177

9.9.3 光纤传感器分类178

9.9.4 光纤导光原理178

9.9.5 光纤传感器的应用举例179

9.9.6 光纤传感器的优点181

9.10 本章小结182

习题182

第10章 化学与生物传感器183

10.1 概述183

10.1.1 化学传感器183

10.1.2 生物传感器184

10.2 气体传感器184

10.2.1 气体传感器的分类和工作原理184

10.2.2 常见气体传感器的原理与应用185

10.2.3 气体传感器的应用实例190

10.3 湿敏传感器192

10.3.1 湿度的定义及其表示方法192

10.3.2 湿敏传感器的定义、性能参数及特性192

10.3.3 湿敏传感器的分类193

10.3.4 常用湿敏传感器的基本原理193

10.3.5 湿敏传感器的测量电路196

10.4 生物传感器198

10.4.1 生物传感器组成及工作原理199

10.4.2 生物传感器分类200

10.4.3 生物传感器的特点201

10.4.4 主要生物传感器介绍201

10.4.5 生物传感器应用举例206

10.4.6 生物传感器的发展趋势与展望208

10.5 本章小结209

习题209

第11章 智能化网络化传感器技术210

11.1 智能传感器的分类211

11.2 智能传感器的构成、功能与特点211

11.2.1 智能传感器的构成211

11.2.2 智能传感器的功能211

11.2.3 智能传感器的特点212

11.3 传感器智能化方法213

11.3.1 非集成智能传感器的实现方法213

11.3.2 集成智能传感器的实现方法213

11.4 传感器网络214

11.5 无线传感器网络216

11.5.1 无线传感器网络（WSN）的特点217

11.5.2 WSN的网络结构218

11.5.3 无线传感器节点218

11.5.4 无线通信的几种技术方法219

11.5.5 无线传感器网络标准222

11.5.6 无线传感器节点的应用介绍224

11.6 本章小结225

习题225

参考文献226