传感器原理与应用

第1部分 传感器的一般特性、分析方法

第1章 传感器概述

1.1 传感器的定义及分类

1.1.1 传感器的定义

1.1.2 传感器的分类

1.2 传感器的作用与地位

1.3 传感器技术的发展动向

1.3.1 发现新现象

1.3.2 开发新材料

1.3.3　 采用微细加工技术

1.3.4 传感器的智能化

1.3.5 仿生传感器

思考题

第2章 传感器的特性及标定

2.1 传感器的静态特性

2.1.1 线性度

2.1.2 灵敏度

2.1.3 迟滞

2.1.4 重复性

2.2 传感器的动态特性

2.2.1 传感器动态特性的数学模型

2.2.2 算子符号法与传递函数

2.2.3 频率响应函数

2.2.4 动态响应特性

2.3 传感器的标定

2.3.1 传感器的静态特性标定

2.3.2 传感器的动态标定

思考题

第2部分 常见传感器与新型传感器

第3章 传感器中的弹性敏感元件设计

3.1 弹性敏感元件的基本特性

3.1.1 弹性特性

3.1.2 弹性滞后

3.1.3 弹性后效

3.1.4 固有振动频率

3.2 弹性敏感元件的材料

3.3 弹性敏感元件的特性参数计算

3.3.1 弹性圆柱

3.3.2 悬臂梁

3.3.3 扭转棒

3.3.4 平膜片

3.3.5 波纹管

3.3.6 薄壁圆筒

3.3.7 双端固定梁

3.4 有限单元法简介

3.4.1 弹性力学

3.4.2 边界条件

3.4.3 最小势能原理

3.4.4 有限单元法

第4章 电阻应变式传感器

4.1 电阻应变片的工作原理（应变效应）

4.2 电阻应变片的结构、类型及参数

4.2.1 电阻应变片的基本结构

4.2.2 电阻应变片的种类及特点

4.2.3 金属应变片的参数

4.2.4 应变片的粘贴技术

4.3 应变片的动态响应特性

4.3.1 应变波的传播过程

4.3.2 应变片的极限工作频率估算

4.4 测量电路

4.4.1 直流电桥

4.4.2 交流电桥

4.5 电阻应变式传感器的温度误差及其补偿

4.5.1 温度误差及其产生原因

4.5.2 温度补偿方法

4.6 应变式传感器的结构设计及应用

4.6.1 应变式压力传感器

4.6.2 应变式加速度传感器

思考题

第5章 电容式传感器

5.1 电容式传感器

5.1.1 基本工作原理

5.1.2 电容式传感器的线性及灵敏度

5.2 电容式传感器的输出电路及等效电路

5.2.1 电容式传感器的等效电路

5.2.2 电容式传感器的输出电路

5.3 影响电容传感器精度的因素及提高精度的措施

5.3.1 边缘效应的影响

5.3.2 寄生电容的影响

5.3.3 温度的影响

5.4 电容式传感器的应用

5.4.1 电容式压力传感器

5.4.2 电容式加速度传感器

5.4.3 电容式荷重传感器

5.4.4 振动、位移测量仪

5.4.5 电容测厚传感器

5.4.6 电容式液位传感器

思考题

第6章 电感式传感器

6.1 电感式传感器工作原理、结构与特性

6.1.1 电感式传感器的工作原理和等效电路

6.1.2 电感式传感器的结构类型及特性

6.1.3 电感式传感器的测量电路

6.2 差动变压器式电感传感器

6.2.1 工作原理

6.2.2 差动变压器式传感器的特性

6.3 电涡流式传感器

6.3.1 电涡流式传感器的工作原理及特性

6.3.2 电涡流式传感器结构形式及特点

6.3.3 影响电涡流式传感器灵敏度的因素

6.3.4 测量电路

6.4 电感式传感器的应用

6.4.1 电感式传感器的应用

6.4.2 电涡流式传感器的应用

思考题

第7章 压电式传感器

7.1 压电式传感器的工作原理

7.1.1 压电效应

7.1.2 压电效应的物理解释

7.2 压电元件常用结构形式

7.3 压电元件的等效电路及测量电路

7.3.1 等效电路

7.3.2 测量电路

7.4 压电式加速度传感器

7.4.1 工作原理及特性

7.4.2 压电式加速度传感器的典型结构

7.4.3 压电式加速度传感器的应用

7.5 压电式压力传感器

7.5.1 压电式压力传感器的工作原理及结构

7.5.2 压电式压力传感器的结构及应用

思考题

第8章 压阻式传感器

8.1 压阻式传感器的工作原理

8.2 晶向的表示方法

8.3 压阻系数

8.4 影响压阻系数的因素

8.5 压阻式传感器的结构与设计

8.5.1 压阻式压力传感器

8.5.2 压阻式加速度传感器

8.6 压阻式传感器的测量电路及补偿

8.6.1 恒压源供电

8.6.2 恒流源供电

8.6.3 减小在扩散工艺中的温度影响

8.7 压阻式传感器的应用

思考题

第9章 热电式传感器

9.1 热电偶

9.1.1 热电偶的工作原理

9.1.2 常用热电偶

9.2 热电阻

9.2.1 热电阻的工作原理

9.2.2 常用热电阻

9.2.3 热电阻的结构和测量电路

9.3 热敏电阻

9.3.1 热敏电阻的工作原理

9.3.2 热敏电阻的伏安特性

9.3.3 热敏电阻的主要参数

9.3.4 热敏电阻的结构

9.3.5 热敏电阻的测量电路及应用

9.4 热释电型温度传感器

9.5 集成温度传感器

思考题

第10章 光电式传感器

10.1 光电式传感器的工作原理及基本组成

10.2 光电式传感器中的敏感元件

10.2.1 外光电效应型光电元件

10.2.2 内光电效应型光电器件

10.3 光电式传感器的类型及设计

10.3.1 光电式传感器的类型

10.3.2 光电式传感器的计算

10.4 光电式传感器的应用

思考题

第11章 固态图像传感器

11.1 电荷耦合图像传感器

11.1.1 CCD的基本工作原理

11.1.2 线阵与面阵CCD图像传感器

11.1.3 CCD图像传感器的特性参数

11.2 其他类型的图像传感器

11.2.1 电荷注入器件（CID）

11.2.2 MOS型固体图像传感器件

11.2.3 电荷引发器件（CPD）

11.2.4 叠层型固体传感器件

11.3 固态图像传感器的应用

思考题

第12章 磁传感器

12.1 霍尔传感器

12.1.1 霍尔传感器的原理

12.1.2 霍尔元件的特性

12.1.3 测量电路

12.1.4 集成霍尔传感器

12.1.5 霍尔式传感器的应用

12.2 磁敏二极管和磁敏三极管

12.2.1 磁敏二极管和磁敏三极管的结构原理

12.2.2 磁敏二极管和磁敏三极管的性能指标

12.2.3 典型补偿电路

12.2.4 磁敏二极管和磁敏三极管的应用

12.3 磁通门磁力计

12.3.1 磁通门磁力计结构与工作原理

12.3.2 典型测量电路

12.3.3 磁通门应用

12.4 磁敏电阻传感器

12.4.1 磁阻效应原理

12.4.2 磁阻元件的主要特性

12.4.3 典型电路

12.4.4 应用

12.5 其他类型的磁传感器

12.5.1 韦根德磁敏器件

12.5.2 Z元件

思考题

第13章 射线及微波检测传感器

13.1 核辐射传感器

13.1.1 核辐射检测的物理基础

13.1.2 核辐射传感器

13.1.3 核辐射检测技术的应用

13.2 超声检测

13.2.1 超声检测原理

13.2.2 压电式超声波换能器

13.2.3 超声波在检测技术中的应用

13.3 红外辐射传感器

13.3.1 红外辐射的基本定律

13.3.2 红外传感器的分类

13.3.3 红外辐射检测技术的应用

13.4 微波传感器

13.4.1 微波的基础知识

13.4.2 微波传感器

13.4.3 微波检测技术的应用

思考题

第14章 光导纤维传感器

14.1 光纤的特性

14.1.1 光纤的结构和类型

14.1.2 光纤传输特性

14.1.3 光在普通光纤内的传输

14.2 光纤传感器分类

14.2.1 强度调制光纤传感器

14.2.2 相位调制光纤传感器

14.2.3 偏振态调制光纤传感器

14.2.4 分布式光纤传感器

14.3 光纤传感器的应用

14.3.1 光纤温度传感器

14.3.2 光纤压力与振动传感器

14.3.3 光纤分光与光谱传感器

14.3.4 反射式光纤位移传感器

14.3.5 光纤图像传感器

思考题

第15章 化学传感器

15.1 湿敏传感器

15.1.1 湿度概念

15.1.2 陶瓷湿度传感器

15.1.3 MgCr2O4系湿敏传感器

15.1.4 ZnO－Cr2O3系湿度传感器

15.1.5 M系列氧化铝湿度传感器

15.2 气敏传感器

15.2.1 概述

15.2.2 固态电解质气敏传感器

15.2.3 电位式气敏传感器

15.2.4 氧化物半导体气敏传感器

第16章 MEMS传感器

16.1 概述

16.2 MEMS传感器的特点及分类

16.3 MEMS加速度计

16.3.1 电容式加速度微传感器

16.3.2 压阻式加速度微传感器

16.3.3 扭摆式加速度微传感器

16.3.4 力平衡式加速度微传感器

16.3.5 隧道效应加速度微传感器

16.4 角速度微传感器

16.4.1 石英音叉振动MEMS陀螺仪

16.4.2 双框架角振动微机械陀螺仪

16.4.3 振动轮式微陀螺

16.4.4 振动棒式微陀螺仪

16.5 MEMS传感器的应用

16.5.1 在汽车工业中的应用

16.5.2 在航空航天工业中的应用

16.5.3 在生物医学方面的应用

思考题

第3部分 测量信号的调理、记录、显示及虚拟仪器开发

第17章 测量信号的调理

17.1 概述

17.2 调制与解调

17.2.1 幅值调制

17.2.2 幅值调制的解调

17.3 滤波

17.3.1 滤波器的一般特性

17.3.2 典型的滤波器电路

17.4 模/数转换技术

17.4.1 逐次逼近式模/数转换原理

17.4.2 增量调整型模/数转换原理

17.5 电压/电流/频率变换技术

17.5.1 电压/频率转换技术

17.5.2 电压/电流转换技术

17.6 电压和电流放大变换技术

17.6.1 同相放大器

17.6.2 反相放大器

17.6.3 差动放大器

17.6.4 对数放大器

17.6.5 反对数放大器

17.6.6 仪表放大器

17.7 信号调理中的干扰与补偿

17.7.1 干扰类型

17.7.2 接地问题

17.7.3 隔离放大器

第18章 测量信号的采集与显示

18.1 数据采集技术

18.1.1 数据采集系统的主要功能

18.1.2 数据采集系统的结构及原理

18.2 数据的显示

18.2.1 辉光数码管

18.2.2 荧光数码管

18.2.3 LED数码管

18.2.4 LCD显示器

18.2.5 DVM显示器

18.2.6 CRT显示器

18.2.7 数字存储示波器

第19章 虚拟仪器

19.1 虚拟仪器的概述

19.2 虚拟仪器的特点

19.3 虚拟仪器的体系结构

19.3.1 虚拟仪器的硬件系统

19.3.2 虚拟仪器的软件系统

19.4 LabVIEW软件概述

19.5 虚拟仪器应用实例

19.5.1 虚拟数字示波器的前面板

19.5.2 虚拟数字示波器的设计方案

19.5.3 设备选择

19.5.4 游标功能

19.5.5 测量功能

19.5.6 采集功能

19.5.7 滤波功能

19.5.8 帮助和打印

19.5.9 幅度和时基

19.5.10 文件保存与回放

19.5.11 数学功能

19.5.12 李萨如图功能

19.5.13 退出程序功能

19.5.14 前面板的装饰和程序框图的完善

参考文献

《传感器原理与应用（第2版）》系统而全面地阐述了各类传感器的原理及应用，全书内容丰富，概念清楚，涉及面广。《传感器原理与应用（第2版）》全书分三部分共19章。第1部分共两章介绍传感器的一般特性、分析方法，第2部分为第3章至第16章，论述常见的、应用广泛的以及新型传感器，如电阻应变式、电容式、电感式、压电式、压阻式、光电式、磁敏式、固态图像、射线、微波、化学、光导纤维传感器等，分析了它们的基本原理、静动态特性、测量电路和有关设计知识及应用。第3部分为第17章至第19章，主要介绍测量信号的调理、记录与显示，虚拟仪器开发。

　　《传感器原理与应用（第2版）》可作为检测技术、仪器仪表、自动控制及各机电类专业的专科生、本科生和研究生的教材，也可供其他专业学生或有关工程技术人员参考。