传感器原理与检测技术

出版说明

前言

绪论

0.1 本教材的性质和内容

0.2 传感器及检测技术的广泛应用及发展前景

0.3 本教材的目的问题与思考

第1章 传感器及检测技术的基本概念

1.1 传感器的定义

1.2 传感器的分类

1.3 测量方法及检测装置的基本性能

1.3.1 测量方法的分类

1.3.2 真值与平均值

1.3.3 检测装置的基本性能

1.4 传感器的静态特性

1.4.1 传感器静态特性的表示方法

1.4.2 传感器的主要静态性能指标

1.5 传感器的动态特性

1.5.1 一阶传感器系统

1.5.2 二阶传感器系统

知识拓展

问题与思考

本章小结

习题

第2章 误差分析基础

2.1 测量与误差

2.1.1 学习误差的意义

2.1.2 误差的表示方法

2.2 测量误差的分类

2.2.1 按误差出现的规律分类

2.2.2 按误差来源分类

2.2.3 按照被测量随时间变化的速度分类

2.2.4 按使用条件分类

2.3 误差的判断与处理方法

2.3.1 系统误差

2.3.2 随机误差分析方法

2.3.3 疏失误差或粗大误差的处理

2.4 测量误差的合成与分配

2.4.1 测量误差的合成

2.4.2 测量误差的分配

知识拓展

问题与思考

本章小结

习题

第3章 电阻应变式传感器

3.1 电阻应变式传感器的工作原理

3.1.1 电阻应变片（计）

3.1.2 电阻应变片的种类

3.1.3 电阻应变片的选用及粘贴

3.1.4 应变片的动态响应特性

3.1.5 电阻应变片的温度误差及其补偿

3.2 电桥检测原理及电阻应变片桥路

3.2.1 电桥概述

3.2.2 不平衡单臂电桥的工作特性

3.2.3 差动电桥的工作特性

3.2.4 双差动电桥的工作特性

3.2.5 相对臂电桥的工作特性

3.2.6 提高不平衡电桥输出线性度的方法

3.2.7 直流电桥的调零

3.2.8 交流电桥及其平衡

3.3 电阻应变式传感器的典型应用

3.3.1 电阻应变式传感器应用特点

3.3.2 电阻应变式传感器的应用

问题与思考

本章小结

习题

第4章 电容式传感器

4.1 电容式传感器的定义与工作原理

4.1.1 电容式传感器的定义

4.1.2 电容式传感器的工作原理

4.2 电容式传感器的工作特性

4.2.1 变极距型电容传感器

4.2.2 变面积型电容传感器

4.2.3 变介质型电容传感器

4.2.4 电容式传感器的其他特性

4.3 电容式传感器的结构及抗干扰问题

4.3.1 温度变化对结构稳定性的影响

4.3.2 温度变化对介质介电常数的影响

4.3.3 绝缘问题

4.3.4 电容电场的边缘效应

4.3.5 寄生电容

4.4 电容式传感器的测量电路

4.4.1 调幅型测量电路

4.4.2 谐振测量电路

4.4.3 脉冲宽度调制电路

4.5 电容式传感器的应用

知识拓展

问题与思考

本章小结

习题

第5章 电感式传感器

5.1 自感式传感器

5.1.1 闭磁路式自感传感器

5.1.2 螺管型自感传感器

5.1.3 差动自感传感器

5.1.4 自感传感器的测量电路

5.1.5 自感传感器的主要误差

5.2 互感式传感器

5.2.1 螺管型互感传感器

5.2.2 互感传感器的主要性能

5.2.3 差动变压器的测量电路

5.3 电涡流式传感器

5.3.1 电涡流传感器原理

5.3.2 电涡流传感器特性分析

5.3.3 高频反射电涡流传感器

5.3.4 低频透射电涡流传感器

5.3.5 测量电路

5.4 电感式传感器的应用

5.4.1 电（自）感式传感器的应用

5.4.2 差动变压器式传感器的应用

5.4.3 电涡流传感器的应用

问题与思考

本章小结

习题

第6章 热电阻传感器

6.1 金属热电阻

6.1.1 金属热电阻的工作原理和材料

6.1.2 常用金属热电阻

6.1.3 金属热电阻传感器的结构

6.1.4 金属热电阻传感器的测量电路

6.1.5 金属热电阻的应用

6.2 半导体热敏电阻

6.2.1 热敏电阻分类及结构

6.2.2 热敏电阻的特性

6.2.3 新材料热敏电阻

6.2.4 热敏电阻的线性化

6.2.5 热敏电阻的应用

问题与思考

本章小结

习题

第7章 热电偶传感器

7.1 热电偶传感器的工作原理

7.2 热电偶应用定则

7.3 常用热电偶

7.4 补偿导线与冷端补偿

7.4.1 补偿导线

7.4.2 冷端补偿

7.5 热电偶实用测量电路

7.6 热电偶应用实例

问题与思考

本章小结

习题

第8章 集成温度传感器

8.1 集成温度传感器的基本工作原理

8.2 集成温度传感器的信号输出方式

8.3 常用集成温度传感器

8.4 集成温度传感器的应用

问题与思考

本章小结

习题

第9章 霍尔传感器

9.1 霍尔效应和工作原理

9.2 霍尔元件连接方式和输出电路

9.2.1 基本测量电路

9.2.2 霍尔元件的连接方式

9.2.3 霍尔电势的输出电路

9.3 霍尔元件的测量误差和补偿方法

9.3.1 零位误差及补偿方法

9.3.2 温度误差及其补偿

9.4 霍尔传感器的应用

问题与思考

本章小结

习题

第10章 光电传感器

10.1 光电效应及光电器件

10.1.1 光电效应

10.1.2 光电管、光电倍增管

10.1.3 光敏电阻

10.1.4 光敏晶体管

10.1.5 光电池

10.2 光电传感器的光源及测量电路

10.2.1 光电传感器的光源

10.2.2 光电传感器的测量电路

10.3 一般形式的光电传感器及其应用

10.3.1 一般形式的光电传感器

10.3.2 光电传感器的应用

问题与思考

本章小结

习题

第11章 超声波传感器

11.1 超声波及其物理性质

11.1.1 超声波的波形及其传播速度

11.1.2 超声波的反射和折射

11.2 超声波传感器的分类

11.2.1 超声探头的分类

11.2.2 超声换能器

11.3 超声波传感器应用

知识拓展

问题与思考

本章小结

习题

第12章 压电式传感器

12.1 压电式传感器的工作原理

12.1.1 压电效应

12.1.2 压电效应表达式

12.1.3 石英晶体的压电效应机理

12.1.4 压电陶瓷的压电效应机理

12.1.5 压电式传感器的预载与技巧

12.1.6 压电式传感器的特性

12.2 压电式传感器的测量电路

12.2.1 压电式传感器的等效电路

12.2.2 压电式传感器的测量电路

12.3 压电式传感器的应用

问题与思考

本章小结

习题

第13章 信号变换电路

13.1 直流-交流-直流变换

13.1.1 微弱信号的直流-交流变换工作原理

13.1.2 交流-直流变换工作原理

13.1.3 集成调制式直流放大器

13.2 电压-电流变换

13.2.1 浮动负载的电压-电流变换器

13.2.2 负载接地的电压-电流变换器

13.2.3 实用电压-电流变换器

13.2.4 集成V-I变换器

13.3 电流-电压变换

13.4 电压-频率和频率-电压变换

13.4.1 电压-频率变换器

13.4.2 频率-电压变换器

13.5 数/模变换与模/数变换

13.5.1 数/模（D-A）转换器

13.5.2 模/数（A-D）转换器

知识拓展

问题与思考

本章小结

习题

第14章 传感器信号采集与处理

技术

14.1 传感器数据采集装置的功能

14.2 数据采集装置的结构配置

14.2.1 多路扫描数据采集结构

14.2.2 多路数据并行采集结构

14.3 多路模拟开关和采样/保持器

14.3.1 多路模拟开关

14.3.2 采样/保持器

14.4 数据采集装置的技术性能

14.4.1 分辨率与精度

14.4.2 采样速度

14.5 数据采集系统设计

14.5.1 数据采集系统设计的基本原则

14.5.2 系统设计的一般步骤

14.6 数字滤波技术

14.6.1 算术平均值法

14.6.2 移动平均滤波

14.6.3 加权平均滤波

14.6.4 中值法

14.6.5 一阶惯性滤波法

14.6.6 抑制脉冲算术平均法

14.7 标度变换

14.7.1 标度变换原理

14.7.2 非线性检测信号的标度变换

14.8 非线性补偿技术

14.8.1 线性插值法

14.8.2 二次抛物线插值法

14.8.3 查表法

知识拓展

问题与思考

本章小结

习题

第15章 抗干扰技术

15.1 电磁干扰及其危害

15.1.1 电磁干扰及三要素

15.1.2 被干扰装置的敏感度

15.1.3 电磁干扰的危害

15.2 干扰的分类

15.2.1 电磁干扰源的分类

15.2.2 按噪声产生的原因分类

15.2.3 按噪声传导模式分类

15.2.4 按噪声波形及性质分类

15.3 干扰的耦合方式

15.3.1 电导性耦合方式

15.3.2 公共阻抗耦合方式

15.3.3 电容耦合方式

15.3.4 电磁感应耦合方式

15.3.5 辐射耦合干扰

15.3.6 漏电耦合方式

15.4 屏蔽技术

15.4.1 屏蔽的一般原理

15.4.2 电场屏蔽

15.4.3 电磁场屏蔽

15.4.4 磁场屏蔽

15.5 隔离技术

15.5.1 光电隔离

15.5.2 继电器隔离

15.6 接地技术

15.6.1 接地概述

15.6.2 工作接地

15.6.3 屏蔽接地

15.7 抗干扰设计举例

15.7.1 传输线抗干扰设计

15.7.2 印制电路板的抗干扰设计

15.7.3 传感器电路的屏蔽与接地设计

15.7.4 电源所致干扰的抑制知识拓展

问题与思考

本章小结

习题

第16章 创新设计方法及案例

16.1 检测技术创新设计方法

16.1.1 检测技术创新设计的一般步骤

16.1.2 检测技术创新设计的基本方法

16.2 检测技术创新设计案例

16.2.1 设计案例一——司机瞌睡监测提醒装置

16.2.2 设计案例二——跳远犯规检测器

16.2.3 设计案例三——安全输液报警器

16.2.4 设计案例四——雨天自动收衣装置

16.2.5 设计案例五——玻璃破碎监测系统

16.2.6 设计案例六——热电阻真空度测量装置

16.2.7 设计案例七——台灯照度检测及自动调光装置

16.2.8 设计案例八——防止酒后驾车装置

16.2.9 设计案例九——燃气灶防干烧装置

16.2.10 设计案例十——公交投币箱假硬币检测仪

知识拓展

创新设计

参考文献

《传感器原理与检测技术/21世纪高等院校电气信息类系列教材》从传感器检测应用技术的角度出发，详细介绍了电阻应变式传感器、电容式传感器、电感式传感器、热电阻传感器、热电偶传感器、集成温度传感器、霍尔传感器、光电传感器、超声波传感器、压电式传感器等常用传感器的工作原理和典型应用，以及传感器及检测技术的一些基本概念、传感器信号采集与处理技术和抗干扰技术，同时还介绍了传感器创新应用方法，列举了应用实例。
　　《传感器原理与检测技术/21世纪高等院校电气信息类系列教材》可作为电气工程、自动化、信息技术、测控技术等专业学生的专业基础课教材，也可供有关专业师生、从事测试工程工作的技术人员参考。

★每章结构上按照本章要点、学习要求、本章内容、知识拓展（或创新、设计与应用）、本章小结、习题的形式编写。

　　★本教材属专业基础教学用书，内容涉及面较宽，侧重基本概念、基本原理和应用方法，避免繁琐的理论推导和公式演算。

　　★传感器作为检测技术的关键，种类很多，本教材主要介绍了电阻应变式传感器、电容式传感器、电感式传感器、热电阻式传感器、热电偶传感器、集成温度传感器、霍尔传感器、光电式传感器、超声波传感器、压电式传感器等常用传感器，主要目的是借此介绍传感器应用的基本方法。

　　★为了适应创新应用型人才的培养要求，本教材在章节内容中或习题中设计了一些创新思考的问题，并特别增加了创新设计方法及应用案例的章节。