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第1部分 传感器的一般特性、分析方法3

第1章 传感器概述3

1.1 传感器的定义及分类3

1.1.1 传感器的定义3

1.1.2 传感器的分类3

1.2 传感器的作用与地位4

1.3 传感器技术的发展动向4

1.3.1 发现新现象4

1.3.2 开发新材料5

1.3.3 采用微细加工技术5

1.3.4 传感器的智能化5

1.3.5 仿生传感器5

思考题5

第2章 传感器的特性及标定6

2.1 传感器的静态特性6

2.1.1 线性度6

2.1.2 灵敏度10

2.1.3 迟滞10

2.1.4 重复性10

2.2 传感器的动态特性11

2.2.1 传感器动态特性的数学模型11

2.2.2 算子符号法与传递函数12

2.2.3 频率响应函数12

2.2.4 动态响应特性13

2.3 传感器的标定19

2.3.1 传感器的静态特性标定19

2.3.2 传感器的动态标定20

思考题24

第2部分 常见传感器与新型传感器27

第3章 传感器中的弹性敏感元件设计27

3.1 弹性敏感元件的基本特性27

3.1.1 弹性特性27

3.1.2 弹性滞后28

3.1.3 弹性后效28

3.1.4 固有振动频率28

3.2 弹性敏感元件的材料29

3.3 弹性敏感元件的特性参数计算29

3.3.1 弹性圆柱29

3.3.2 悬臂梁30

3.3.3 扭转棒32

3.3.4 平膜片32

3.3.5 波纹管34

3.3.6 薄壁圆筒35

3.3.7 双端固定梁36

3.4 有限单元法简介36

3.4.1 弹性力学36

3.4.2 边界条件36

3.4.3 最小势能原理37

3.4.4 有限单元法37

第4章 电阻应变式传感器38

4.1 电阻应变片的工作原理（应变效应）38

4.2 电阻应变片的结构、类型及参数39

4.2.1 电阻应变片的基本结构39

4.2.2 电阻应变片的种类及特点39

4.2.3 金属应变片的参数41

4.2.4 应变片的粘贴技术43

4.3 应变片的动态响应特性43

4.3.1 应变波的传播过程43

4.3.2 应变片的极限工作频率估算44

4.4 测量电路46

4.4.1 直流电桥46

4.4.2 交流电桥49

4.5 电阻应变式传感器的温度误差及其补偿49

4.5.1 温度误差及其产生原因49

4.5.2 温度补偿方法51

4.6 应变式传感器的结构设计及应用52

4.6.1 应变式压力传感器52

4.6.2 应变式加速度传感器55

思考题56

第5章 电容式传感器57

5.1 电容式传感器57

5.1.1 基本工作原理57

5.1.2 电容式传感器的线性及灵敏度57

5.2 电容式传感器的输出电路及等效电路63

5.2.1 电容式传感器的等效电路63

5.2.2 电容式传感器的输出电路64

5.3 影响电容传感器精度的因素及提高精度的措施68

5.3.1 边缘效应的影响68

5.3.2 寄生电容的影响68

5.3.3 温度的影响69

5.4 电容式传感器的应用69

5.4.1 电容式压力传感器70

5.4.2 电容式加速度传感器70

5.4.3 电容式荷重传感器70

5.4.4 振动、位移测量仪70

5.4.5 电容测厚传感器71

5.4.6 电容式液位传感器71

思考题72

第6章 电感式传感器73

6.1 电感式传感器工作原理、结构与特性73

6.1.1 电感式传感器的工作原理和等效电路73

6.1.2 电感式传感器的结构类型及特性75

6.1.3 电感式传感器的测量电路77

6.2 差动变压器式电感传感器80

6.2.1 工作原理80

6.2.2 差动变压器式传感器的特性81

6.3 电涡流式传感器82

6.3.1 电涡流式传感器的工作原理及特性83

6.3.2 电涡流式传感器结构形式及特点84

6.3.3 影响电涡流式传感器灵敏度的因素85

6.3.4 测量电路86

6.4 电感式传感器的应用87

6.4.1 电感式传感器的应用87

6.4.2 电涡流式传感器的应用87

思考题88

第7章 压电式传感器89

7.1 压电式传感器的工作原理89

7.1.1 压电效应89

7.1.2 压电效应的物理解释92

7.2 压电元件常用结构形式93

7.3 压电元件的等效电路及测量电路93

7.3.1 等效电路93

7.3.2 测量电路94

7.4 压电式加速度传感器98

7.4.1 工作原理及特性98

7.4.2 压电式加速度传感器的典型结构100

7.4.3 压电式加速度传感器的应用102

7.5 压电式压力传感器103

7.5.1 压电式压力传感器的工作原理及结构103

7.5.2 压电式压力传感器的结构及应用103

思考题105

第8章 压阻式传感器106

8.1 压阻式传感器的工作原理106

8.2 晶向的表示方法107

8.3 压阻系数108

8.4 影响压阻系数的因素109

8.5 压阻式传感器的结构与设计110

8.5.1 压阻式压力传感器110

8.5.2 压阻式加速度传感器112

8.6 压阻式传感器的测量电路及补偿113

8.6.1 恒压源供电113

8.6.2 恒流源供电114

8.6.3 减小在扩散工艺中的温度影响115

8.7 压阻式传感器的应用115

思考题116

第9章 热电式传感器117

9.1 热电偶117

9.1.1 热电偶的工作原理117

9.1.2 常用热电偶118

9.2 热电阻119

9.2.1 热电阻的工作原理119

9.2.2 常用热电阻120

9.2.3 热电阻的结构和测量电路121

9.3 热敏电阻121

9.3.1 热敏电阻的工作原理121

9.3.2 热敏电阻的伏安特性121

9.3.3 热敏电阻的主要参数122

9.3.4 热敏电阻的结构122

9.3.5 热敏电阻的测量电路及应用122

9.4 热释电型温度传感器123

9.5 集成温度传感器124

思考题124

第10章 光电式传感器125

10.1 光电式传感器的工作原理及基本组成125

10.2 光电式传感器中的敏感元件126

10.2.1 外光电效应型光电元件126

10.2.2 内光电效应型光电器件129

10.3 光电式传感器的类型及设计138

10.3.1 光电式传感器的类型138

10.3.2 光电式传感器的计算139

10.4 光电式传感器的应用140

思考题142

第11章 固态图像传感器143

11.1 电荷耦合图像传感器143

11.1.1 CCD的基本工作原理143

11.1.2 线阵与面阵CCD图像传感器147

11.1.3 CCD图像传感器的特性参数148

11.2 其他类型的图像传感器151

11.2.1 电荷注入器件（CID）151

11.2.2 MOS型固体图像传感器件152

11.2.3 电荷引发器件（CPD）152

11.2.4 叠层型固体传感器件153

11.3 固态图像传感器的应用153

思考题155

第12章 磁传感器156

12.1 霍尔传感器156

12.1.1 霍尔传感器的原理156

12.1.2 霍尔元件的特性158

12.1.3 测量电路160

12.1.4 集成霍尔传感器163

12.1.5 霍尔式传感器的应用165

12.2 磁敏二极管和磁敏三极管167

12.2.1 磁敏二极管和磁敏三极管的结构原理167

12.2.2 磁敏二极管和磁敏三极管的性能指标169

12.2.3 典型补偿电路169

12.2.4 磁敏二极管和磁敏三极管的应用170

12.3 磁通门磁力计172

12.3.1 磁通门磁力计结构与工作原理172

12.3.2 典型测量电路173

12.3.3 磁通门应用174

12.4 磁敏电阻传感器174

12.4.1 磁阻效应原理174

12.4.2 磁阻元件的主要特性177

12.4.3 典型电路178

12.4.4 应用179

12.5 其他类型的磁传感器182

12.5.1 韦根德磁敏器件182

12.5.2 Z-元件184

思考题187

第13章 射线及微波检测传感器188

13.1 核辐射传感器188

13.1.1 核辐射检测的物理基础188

13.1.2 核辐射传感器189

13.1.3 核辐射检测技术的应用190

13.2 超声检测192

13.2.1 超声检测原理192

13.2.2 压电式超声波换能器193

13.2.3 超声波在检测技术中的应用194

13.3 红外辐射传感器197

13.3.1 红外辐射的基本定律197

13.3.2 红外传感器的分类198

13.3.3 红外辐射检测技术的应用199

13.4 微波传感器199

13.4.1 微波的基础知识199

13.4.2 微波传感器200

13.4.3 微波检测技术的应用200

思考题202

第14章 光导纤维传感器203

14.1 光纤的特性203

14.1.1 光纤的结构和主要参数203

14.1.2 光在普通光纤内的传输205

14.2 光纤传感器分类207

14.2.1 强度调制光纤传感器207

14.2.2 相位调制光纤传感器207

14.2.3 偏振态调制光纤传感器208

14.2.4 分布式光纤传感器208

14.3 光纤传感器的应用211

14.3.1 光纤温度传感器211

14.3.2 光纤压力与振动传感器212

14.3.3 光纤分光与光谱传感器214

14.3.4 反射式光纤位移传感器214

14.3.5 光纤图像传感器215

思考题216

第15章 化学传感器217

15.1 湿敏传感器217

15.1.1 湿度概念217

15.1.2 陶瓷湿度传感器218

15.1.3 MgCr2O4系湿敏传感器220

15.1.4 ZnO-Cr2O3系湿度传感器220

15.1.5 M系列氧化铝湿度传感器221

15.2 气敏传感器222

15.2.1 概述222

15.2.2 固态电解质气敏传感器223

15.2.3 电位式气敏传感器225

15.2.4 氧化物半导体气敏传感器227

第16章 MEMS传感器231

16.1 概述231

16.2 MEMS传感器的特点及分类232

16.3 MEMS加速度计232

16.3.1 电容式加速度微传感器233

16.3.2 压阻式加速度微传感器234

16.3.3 扭摆式加速度微传感器234

16.3.4 力平衡式加速度微传感器235

16.3.5 隧道效应加速度微传感器236

16.4 角速度微传感器236

16.4.1 石英音叉振动MEMS陀螺仪237

16.4.2 双框架角振动微机械陀螺仪237

16.4.3 振动轮式微陀螺238

16.4.4 振动棒式微陀螺仪239

16.5 MEMS传感器的应用239

16.5.1 在汽车工业中的应用239

16.5.2 在航空航天工业中的应用241

16.5.3 在生物医学方面的应用242

思考题243

第17章 射频识别（RFID）技术244

17.1 自动识别技术244

17.1.1 条码识别技术244

17.1.2 磁卡识别技术245

17.1.3 IC卡识别技术246

17.1.4 生物识别技术246

17.1.5 射频识别技术247

17.2 RFII）相关的基础理论248

17.2.1 RFID相关的电磁场基本理论248

17.2.2 能量耦合和数据传输248

17.2.3 数字调制与编码原理251

17.3 RFID系统的分类与特点253

17.3.1 RFID系统的分类253

17.3.2 RFID系统的特点254

17.4 RFID系统的组成和工作原理254

17.4.1 RFID系统组成254

17.4.2 RFID系统工作原理257

17.5 RFID的关键技术259

17.5.1 RFID软件中间件技术259

17.5.2 安全与隐私保护技术260

17.5.3 RFID防碰撞技术261

17.6 RFID技术的应用262

17.6.1 高速公路不停车收费（ETC）系统262

17.6.2 RFID医院信息系统265

第3部分 测量信号的调理、记录、显示及虚拟仪器开发271

第18章 测量信号的调理271

18.1 概述271

18.2 调制与解调272

18.2.1 幅值调制272

18.2.2 幅值调制的解调273

18.3 滤波275

18.3.1 滤波器的一般特性275

18.3.2 典型的滤波器电路276

18.4 模／数转换技术278

18.4.1 逐次逼近式模／数转换原理278

18.4.2 增量调整型模／数转换原理279

18.5 电压／电流／频率转换技术279

18.5.1 电压／频率转换技术279

18.5.2 电压／电流转换技术280

18.6 电压和电流放大变换技术281

18.6.1 同相放大器281

18.6.2 反相放大器282

18.6.3 差动放大器282

18.6.4 仪用放大器282

18.7 信号调理中的抗干扰283

18.7.1 干扰类型283

18.7.2 接地问题285

18.7.3 隔离放大器286

第19章 测量信号的采集与显示288

19.1 数据采集技术288

19.1.1 数据采集系统的主要功能288

19.1.2 数据采集系统的结构及原理288

19.2 数据的显示291

19.2.1 LED数码管292

19.2.2 LCD显示器294

第20章 虚拟仪器296

20.1 虚拟仪器概述296

20.2 虚拟仪器的特点296

20.3 虚拟仪器的体系结构297

20.3.1 虚拟仪器的硬件系统298

20.3.2 虚拟仪器的软件系统299

20.4 LabVIEW软件概述301

20.5 虚拟仪器应用实例302

20.5.1 虚拟数字示波器的前面板303

20.5.2 虚拟数字示波器的设计方案303

20.5.3 设备选择303

20.5.4 游标功能305

20.5.5 测量功能305

20.5.6 采集功能305

20.5.7 滤波功能306

20.5.8 帮助和打印306

20.5.9 幅度和时基307

20.5.10 文件保存与回放307

20.5.11 数学功能308

20.5.12 李萨如图功能308

20.5.13 退出程序功能309

20.5.14 前面板的装饰和程序框图的完善310

参考文献311