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基础篇1

第1章 概论1

1.1 传感器的地位和作用1

1.2 传感器的应用和需求1

1.2.1 应用领域1

1.2.2 市场需求2

1.3 传感器的发展动向2

1.3.1 力学量传感器2

1.3.2 热学量传感器3

1.3.3 光学量传感器4

1.4 传感器技术动向4

1.3.5 声学量传感器5

1.3.4 磁学量传感器5

1.4.1 集成化、智能化6

1.4.2 微机械化和系统化6

1.5 传感器的定义与分类7

1.5.1 定义7

1.5.2 分类7

1.6 传感器命名法及代号7

1.6.1 传感器命名方法7

1.6.2 传感器代号标记方法10

1.6.3 传感器代号11

2.1 被测量名词术语15

2.1.1 力学量名词术语15

第2章 传感器的名词术语15

2.1.2 光学量名词术语18

2.1.3 热学量名词术语19

2.1.4 磁学量名词术语20

2.1.5 声学量名词术语20

2.1.6 电学量名词术语21

2.1.7 辐射名词术语21

2.2 传感器分类术语22

2.2.1 一般分类术语22

2.2.2 物理量传感器分类术语24

2.2.3 化学量传感器分类术语28

2.2.4 生物量传感器分类术语29

2.3.1 通用性能术语31

2.3 传感器性能术语31

2.3.2 常用物理量传感器性能术语36

第3章 双向传感器统一理论41

3.1 机电模拟41

3.1.1 变量分类及机电理论基本公式41

3.1.2 两种机电模拟44

3.1.3 机电网络45

3.2 双向机电传感器理论分析47

3.2.1 双向传感器统一理论概述47

3.2.2 理想传感器48

3.2.3 实际传感器49

3.2.4 双向传感器的频响函数50

29.1.2 介质的电磁特性51

3.2.5 常用的双向传感器的特征传递矩阵和频响函数52

4.1.1 静特性的表示方法56

第4章 传感器的特性56

4.1 传感器静态特性的一般知识56

4.1.2 静特性的求法59

4.2 传感器的主要静态性能指标59

4.2.1 测量范围和量程59

4.2.2 分辨力和阈值59

4.2.3 灵敏度61

4.2.4 迟滞61

4.2.5 重复性62

4.2.6 线性度63

4.2.7 符合度67

4.2.8 零漂及温漂70

4.2.9 总精度71

4.2.10 总精度计算示例74

4.3 传感器的动态响应特性77

4.3.1 传感器动态响应的基本特点78

4.3.2 传递函数与频响特性80

4.3.3 一阶系统的动态响应83

4.3.4 二阶系统的动态响应86

4.3.6 传感器动态响应特性的指标91

4.3.5 高阶系统的动态响应91

4.3.7 实验确定传递函数的方法93

第5章 传感器的基础效应97

5.1 传感器功能、材料和效应97

5.2 光电效应98

5.2.1 外光电效应98

5.2.2 内光电效应98

5.3 电光效应99

5.3.2 电光克尔(Kerr)效应100

5.3.3 光弹性效应100

5.3.4 电致发光效应100

5.4 磁光效应100

5.4.1 法拉第效应100

5.3.1 泡克耳斯(Pockels)效应100

5.5.2 磁阻效应101

5.5.1 霍耳效应101

5.4.3 科顿-蒙顿效应101

5.4.2 磁光克尔效应101

5.5 磁电效应101

5.6 热电效应和热释电效应102

5.6.1 热电效应102

5.6.2 热释电效应102

5.7 热磁效应103

5.7.1 横向能斯脱效应103

5.7.2 纵向能斯脱效应103

5.7.3 里纪-勒杜克效应103

5.7.4 热磁纵向效应103

5.8 压电效应104

5.8.1 正压电效应104

5.8.2 逆压电效应104

5.8.3 电致伸缩效应104

5.10.2 压磁效应105

5.10.3 威德曼(Wiedeman)效应105

5.10 磁致伸缩效应和压磁效应105

5.9 压阻效应105

5.10.1 磁致伸缩效应105

5.11 约瑟夫逊(Josephson)效应与核磁共振106

5.11.1 隧道效应106

5.11.2 直流约瑟夫逊效应106

5.11.3 交流约瑟夫逊效应107

5.12.1 光的多普勒(Doppler)效应108

5.12.2 萨古纳克(Sagnac)效应108

5.12 与光有关的效应108

5.11.4 核磁共振108

5.12.3 喇曼(Raman)效应109

5.12.4 派生喇曼效应110

5.12.5 布里渊(Brillouin)效应110

5.12.6 派生布里渊效应110

5.13 与声波有关的效应110

5.13.1 声音的多普勒效应110

5.13.6 碰撞-阻尼效应111

5.13.5 德·哈斯-板·阿尔芬(De Haass-Van Alphen)效应111

5.13.4 声磁效应111

5.13.2 声电效应111

5.13.3 声光效应111

5.13.7 △E效应112

5.13.8 遮掩效应112

5.13.9 衍射效应113

5.14 放射线效应113

5.14.1 γ射线的光电效应113

5.14.2 吸收效应及原子序号效应114

5.14.3 俄歇效应114

5.14.4 康普顿效应114

5.14.5 纬度效应114

5.16 吸附效应及表面场效应115

5.16.1 吸附效应115

5.15 击波动态效应115

5.15.3 动态磁学效应115

5.15.2 动态光学效应115

5.15.1 动态电学效应115

5.16.2 半导体表面场效应116

5.17 与化学有关的效应116

5.17.1 科顿(Cotton)效应116

5.17.2 中性盐效应116

5.17.7 努森(Knudsen)效应117

5.17.6 彼得(Budde)效应117

5.17.5 贝克.纳赞(Baker-Nathan)效应117

5.17.3 饱和效应117

5.17.4 电泳效应117

6.1.1 金属118

第6章 传感器材料118

6.1 金属和合金118

6.1.2 合金119

6.2 磁性材料120

6.2.1 磁性材料的分类120

6.2.2 磁致伸缩材料121

6.2.3 永磁铁氧体121

6.3.1 传感器用陶瓷材料的物理性质122

6.3 陶瓷传感器材料122

6.3.2 各种传感器用陶瓷材料127

6.4 有机传感器材料134

6.5 半导体传感器材料136

6.5.1 半导体的电子特征136

6.5.2 电导、载流子密度和迁移率的机理137

6.5.3 涉及半导体物性的外场效应140

6.6 光纤传感器材料141

6.6.1 光导纤维的分类及特性141

6.5.4 电性能的热特性141

6.6.2 光纤参数测试143

7.1 弹性敏感元件的基本特性145

7.1.1 概述145

7.1.2 弹性元件的工作特性145

第7章 弹性敏感元件145

7.1.3 非弹性效应147

7.2 弹性敏感元件的材料149

7.3 弹性敏感元件的形式及其力学特性150

7.4.1 等截面梁154

7.4.2 等强度梁154

7.4 常用弹性元件的设计与计算154

7.4.3 两端固定梁156

7.4.4 环式弹性元件156

7.4.5 平膜片在均布压力作用下的挠度和应力158

7.4.6 在均布压力作用下的薄膜160

7.4.7 平膜片大挠度问题161

7.4.8 平膜片的非线性161

7.4.9 有硬中心的平膜片在均布压力作用下的挠度和应力163

7.4.10 平膜片在集中力作用下的位移和应力164

7.4.11 平膜片的有效面积165

7.4.12 矩形膜片166

7.4.13 波纹膜片和膜盒167

7.4.14 波纹管171

7.4.15 波登管(弹簧管)173

7.4.16 筒式应变弹性元件175

7.4.17 弹性谐振元件176

第8章 多传感器信息融合技术178

8.1 引言178

8.2.2 信息融合层次179

8.2 信息融合的特点和模式179

8.2.1 信息融合的特点179

8.3.1 概述180

8.3 多传感器信息融合方法180

8.3.2 统计决策法181

8.3.3 D-S证据推理法181

8.3.4 基于人工神经网络方法184

8.4 信息融合在机器人中的应用185

8.4.1 手爪多传感器信息融合185

8.4.2 移动机器人多传感器信息融合系统188

9.2.1 光谱灵敏度S(λ)191

9.2.2 相对光谱灵敏度Sr(λ)191

第9章 光传感器191

9.2 光电器件的基本特性191

9.1 光电效应191

原理篇191

9.2.3 积分灵敏度S192

9.2.4 通量阈φH192

9.2.5 转换特性Sz(t)和时间常数τ192

9.3 光电器件193

9.2.10 伏安特性I(U)193

9.2.6 光电器件的频率特性Sr(f)193

9.3.1 光敏电阻193

9.2.9 温度特性193

9.2.7 光照特性U(Ee)193

9.2.8 光谱特性Sr(λ)193

9.3.2 光敏二极管和光敏三极管197

9.3.3 光电池199

9.3.4 半导体色敏元件200

9.3.5 光电位置敏感器件202

9.3.6 光电管207

9.3.7 光电倍增管211

9.4 固体图像传感器214

9.4.1 固体图像传感器种类和特点214

9.4.2 CCD图像传感器的工作原理215

9.4.3 自扫描光电二极管阵列工作原理217

9.4.4 固体图像传感器的应用219

9.5 红外传感器221

9.5.1 红外基础知识222

9.5.2 红外探测器223

9.5.3 红外探测器的应用228

9.6 激光传感器231

9.6.1 激光概述231

9.6.2 激光器232

9.6.3 激光的检测应用233

第10章 热传感器236

10.1 热学基本知识236

10.1.1 温标236

10.1.2 国际实用温标237

10.1.3 用于温度计量进行量值传递的一些主要基准器和标准器238

10.2 热电偶传感器238

10.2.1 热电偶传感器的物理基础239

10.2.2 热电偶的结构及材料242

10.2.3 热电偶的类型246

10.2.4 热电偶的分度法和主要特性251

10.2.5 热电偶实用测温线路253

10.2.6 热电偶参考端温度255

10.2.7 热电偶的测量误差259

10.3 热电阻型温度传感器264

10.3.1 工作原理264

10.3.2 热电阻材料和结构265

10.3.3 热电阻使用误差267

10.4 热敏电阻271

10.4.1 热敏电阻的基本参数272

10.4.2 热敏电阻器主要特性273

10.4.3 热敏电阻器的应用277

10.4.4 热敏铁氧体温度传感器279

10.5.2 晶体管温度传感器281

10.5.1 PN结温度传感器281

10.5 晶体管温度传感器281

10.5.3 集成温度传感器284

10.6 热膨胀型温度传感器289

10.6.1 双金属片式温度传感器289

10.6.2 压力式温度计290

10.7 示温涂料型液晶型传感器291

10.7.1 示温涂料291

10.7.2 液晶型示温传感器292

10.8 热噪声型温度传感器293

10.8.1 热噪声测温原理293

10.8.2 噪声测温的主要方法293

10.9 NQR温度传感器297

10.9.1 NQR原理(Cl35的NQR)297

10.9.2 谐振频率vT的检测方法与温度计的结构298

10.10 电容型温度传感器298

10.11 光纤温度传感器299

11.1.1 霍耳效应303

第11章 磁传感器303

11.1 霍耳器件303

11.1.2 霍耳器件的结构和测量电路304

11.1.3 霍耳器件的主要特性参数305

11.1.4 不等位电势和温度误差的补偿306

11.1.5 霍耳集成电路309

11.1.6 霍耳器件的应用简介311

11.2 磁敏二极管和磁敏三极管314

11.2.1 磁敏二极管的工作原理和主要特性314

11.2.2 磁敏三极管的工作原理和主要特性318

11.2.3 磁敏二极管和磁敏三极管的应用321

11.3 CMOS磁敏器件322

11.4 半导体磁敏电阻323

11.4.1 物理磁阻效应和几何磁阻效应323

11.4.2 磁阻元件325

11.5 强磁性金属薄膜磁敏电阻326

11.6 韦根德磁敏器件328

11.7 磁通门传感器329

11.8 超导量子干涉器件332

11.8.1 约瑟夫逊效应332

11.8.2 直流超导量子干涉器件333

11.8.3 射频超导量子干涉器件335

11.9 半导体三维磁矢量器件335

11.9.1 三维霍耳器件336

11.9.2 半导体三维磁敏晶体管337

11.10 Z-元件338

11.10.1 Z-元件的基本特性339

11.10.2 Z-元件的半导体生产工艺340

第12章 磁电式传感器342

12.1 工作原理342

12.2 典型结构344

12.2.1 动钢型磁电式传感器344

12.2.2 动圈型磁电式传感器345

12.3 动态特性346

12.3.1 机械阻抗的概念346

12.3.2 基本元件的机械阻抗347

12.3.3 磁电式传感器的机械阻抗348

12.3.4 网络分析理论及其传递矩阵349

12.3.5 磁电式传感器的传递函数352

12.4 磁电式传感器的设计353

12.4.1 一般设计原则353

12.4.2 磁路设计353

12.4.3 线圈设计364

12.4.4 传感器动态参数的计算365

12.5.1 积分测量电路366

12.5 磁电式传感器的测量电路366

12.5.2 微分测量电路368

12.6 磁电式传感器的误差分析369

12.6.1 温度误差分析369

12.6.2 永久磁铁的稳定性分析370

13.2.5 威德曼效应传感器370

12.6.3 非线性误差分析371

第13章 磁弹性传感器372

13.1 磁弹性效应及传感器工作原理372

13.1.1 磁致伸缩效应及其逆效应372

13.1.2 威德曼效应及其逆效应373

13.2.1 阻流圈式374

13.1.3 巴克豪森效应374

13.2 磁弹性传感器的典型结构374

13.2.2 变压器式376

13.2.3 桥式378

13.2.4 磁弹性应变计379

13.2.6 逆威德曼效应及渥赛姆效应传感器380

13.3 磁弹性元件的形状与制造381

13.3.1 磁弹性元件的冲片形状381

13.3.2 磁弹性元件的制造工艺383

13.3.3 磁弹性铁氧体材料384

13.4 磁弹性传感器的测量电路388

13.5 磁弹性传感器的特性390

13.5.1 激磁绕组的安匝特性390

13.5.2 输出特性391

13.5.3 频响特性391

13.5.4 误差分析392

13.6 磁弹性传感器的基本计算方法395

14.1 电阻应变计原理397

14.1.1 应变效应397

第14章 应变式传感器397

14.1.2 变形的传递398

14.2 电阻应变计399

14.2.1 应变计的结构和材料399

14.2.2 应变计的分类402

14.2.3 应变计的主要参数和工作特性414

14.2.4 应变计的标定420

14.2.5 应变计的使用技术424

14.3 应变式传感器的测量电路427

14.3.1 电桥电路的发展动向427

14.3.2 电桥电路428

14.3.3 几种实用直流电桥模块电路430

14.3.4 应变式传感器的线路补偿434

14.3.5 多个传感器的组合方式及误差计算440

14.4 应变式传感器的结构与设计442

14.4.1 应变式传感器设计研究的新动向442

14.4.2 测力与称重传感器443

14.4.3 应变式压力传感器454

14.4.4 扭矩传感器462

14.4.5 拉移传感器464

14.4.6 应变式加速度传感器466

14.5 薄膜应变传感器468

14.5.1 薄膜应变传感器的特点468

14.5.2 溅射薄膜应变传感器468

14.6 厚膜应变传感器468

第15章 电位器式传感器470

15.1 线性电位器470

15.1.1 空载特性470

15.1.2 阶梯特性、阶梯误差和分辨率471

15.2.1 变骨架式非线性线绕电位器473

15.2 非线性电位器473

15.2.2 变节距式非线性线绕电位器474

15.2.3 分路电阻式非线性电位器475

15.2.4 电位给定式非线性电位器476

15.3 负载特性与负载误差477

15.4 结构与设计478

15.4.1 导线478

15.4.2 电刷479

15.4.3 骨架480

15.4.4 主要参数计算480

15.5.3 导电塑料电位器482

15.5.4 导电玻璃釉电位器482

15.5.2 金属膜电位器482

15.5 非线绕电位器482

15.5.1 合成膜电位器482

15.5.5 光电电位器483

15.6 电位器式传感器483

15.6.1 电位器式位移传感器483

15.6.2 电位器式压力传感器484

15.6.3 电位器式加速度传感器484

第16章 压阻式传感器486

16.1 概述486

16.2 压阻效应与力敏电阻全桥488

16.2.1 压阻效应488

16.2.2 晶面与晶向488

16.2.3 压阻系数489

16.3 压阻式传感器的设计与制造495

16.3.1 压阻式压力传感器495

16.3.3 压阻式加速度传感器513

16.4.1 信号调理与补偿520

16.4 压阻式传感器的信号调理与接口电路520

16.4.2 常用接口电路525

16.4.2 传感器的集成化528

16.5 锰铜压阻传感器535

16.5.1 锰铜压阻传感器的工作原理536

16.5.2 锰铜丝式与箔式压阻传感器537

16.5.3 锰铜线圈压阻式传感器538

16.5.4 锰铜压阻传感器的供电系统539

第17章 电容式传感器541

17.1 概述541

17.2 基本工作原理542

17.3 结构、类型及主要特性543

17.3.1 变间隙型543

17.3.2 变面积型547

17.3.3 变介电常数型548

17.3.4 差动电容传感器549

17.4 测量电路550

17.4.1 紧耦合电感比例臂电桥550

17.4.2 二极管式电路553

17.4.3 变压器式电桥电路555

17.4.4 调频电路556

17.4.5 差动脉冲调宽电路558

17.4.6 运算放大器式电路559

17.5 硅电容式集成传感器560

17.5.1 硅电容式集成压力传感器560

17.5.2 硅电容式集成压力传感器的接口电路563

17.5.3 硅电容式加速度传感器569

18.1.1 电感571

18.1 工作原理和等效电路571

第18章 电感式传感器571

18.1.3 电涡流损耗电阻572

18.1.2 铜损电阻572

18.1.4 磁滞损耗573

18.1.5 总耗散因数D和品质因数Q573

18.1.6 考虑分布电容的电感式传感器574

18.2 类型和主要特性574

18.2.1 变间隙型电感式传感器575

18.2.2 变面积型电感式传感器576

18.2.3 螺管插铁型电感传感器576

18.2.4 差动电感传感器577

18.2.5 齿形电感式传感器580

18.3 电感式传感器的测量电路581

18.3.1 带相敏整流的交流电桥581

18.3.2 变压器式电桥电路582

18.3.3 紧耦合电感比例臂电桥583

18.4 电感式传感器的结构与设计586

18.4.1 电感式传感器的典型结构586

18.4.2 带小气隙的铁心线圈的参数设计587

18.4.3 螺管插铁型电感传感器的设计587

18.5 测试误差分析588

18.5.1 输出特性的非线性588

18.5.2 零位误差588

18.5.3 温度影响589

18.5.4 电源电压和频率的影响589

第19章 变压器式传感器590

19.1 工作原理和等效电路590

19.1.1 工作原理590

19.1.2 等效电路591

19.2 变压器式传感器的结构类型和主要特性592

19.2.1 螺管型差动变压器592

19.2.2 Ⅱ型差动变压器601

19.2.3 旋转变压器式传感器603

19.3 差动变压器式传感器的测量电路606

19.3.1 相敏检波电路606

19.3.2 差动整流电路609

19.3.3 直流差动变压器电路610

19.4 差动变压器结构与设计611

19.4.1 典型结构611

19.4.2 差动变压器设计612

第20章 电涡流式传感器617

20.1 电涡流传感器的工作原理617

20.1.1 电涡流效应和传感器等效电路617

20.1.2 电涡流的形成范围619

20.2.2 变面积型电涡流传感器620

20.2.1 变间隙型电涡流传感器620

20.2 结构类型620

20.2.3 螺管型电涡流传感器622

20.2.4 其他型式电涡流传感器624

20.3 测量电路629

20.3.1 调幅式测量电路629

20.3.2 调频调幅式测量电路631

20.3.3 调频式测量电路632

20.3.4 电桥电路633

20.4 电涡流传感器的设计634

20.4.1 量程的设计634

20.4.2 提高灵敏度的措施634

20.4.3 传感器的动特性635

20.4.4 传感器材料的选择635

20.5 电涡流传感器的使用技术635

第21章 压电式传感器638

21.1 压电效应638

21.3.1 压电式传感器的等效电路639

21.3 压电式传感器的测量电路639

21.2 压电方程和压电常数639

21.3.2 电压放大器640

21.3.3 电荷放大器641

21.4 压电式传感器的主要特性及参数643

21.4.1 灵敏度644

21.4.2 频率特性644

21.4.3 横向效应646

21.4.4 精度648

21.4.5 绝缘电阻648

21.4.6 环境特性648

21.4.7 电缆噪声650

21.4.8 压电式传感器的零漂650

21.5 压电式传感器的结构与设计650

21.5.1 压电式力传感器650

21.5.2 压电式加速度传感器654

21.5.3 压电式压力传感器660

21.5.4 集成化压电传感器671

22.1.1 引言673

22.1.2 基本概念673

第22章 谐振式传感器673

22.1 谐振式传感器的基本概念673

22.2 谐振弦式传感器674

22.2.1 谐振弦压力传感器674

22.2.2 谐振弦力传感器677

22.3 金属谐振梁压力传感器678

22.4 谐振筒压力传感器679

22.4.1 电磁激振和拾振的谐振筒压力传感器679

22.4.2 压电激振谐振筒压力传感器681

22.5 谐振筒密度传感器684

22.6 谐振膜式压力传感器685

22.6.1 工作原理685

22.6.2 自激振荡电路686

22.7 压电石英谐振式传感器687

22.7.1 概述687

22.7.2 压电石英谐振器687

22.7.3 压电石英谐振式压力传感器692

22.7.4 压电石英谐振式温度传感器694

22.7.5 压电石英谐振式温度传感器696

22.8 微结构硅谐振式传感器698

22.8.1 引言698

22.8.2 热激励硅谐振压力传感器698

22.8.3 光纤激励701

22.9.1 概述702

22.9.2 声表面波器件及特性702

22.9 声表面波谐振传感器702

22.8.4 压电薄膜激励702

22.9.3 声表面波振荡器703

22.10.2 敏感相位/幅值谐振传感器的特点705

22.9.4 结论705

22.10.1 引言705

22.10 敏感相位/幅值的谐振传感器705

22.10.3 谐振式质量流量传感器706

22.10.4 谐振式角速度/位置传感器(谐振陀螺)707

第23章 陀螺711

23.1 框架式陀螺711

23.1.1 单轴框架陀螺711

23.1.2 双轴框架陀螺712

23.2 挠性陀螺713

23.3 动力调谐式挠性陀螺713

23.4 静电陀螺714

23.4.1 静电悬浮的基本原理714

23.4.2 静电陀螺的工作原理715

23.5 激光陀螺716

23.5.1 无源塞格涅格(Sagnac)干涉仪716

23.4.3 静电陀螺的特点与用途716

23.5.2 激光陀螺的工作原理717

23.6 光纤陀螺720

23.6.1 工作原理720

23.6.2 全光纤陀螺和集成光学光纤陀螺720

23.7 振梁式压电陀螺721

23.7.1 原理722

23.7.2 性能723

23.8 压电射流陀螺724

23.8.1 原理724

23.8.2 性能725

23.8.3 可靠性726

23.8.5 在飞机和舰船中的应用727

23.8.4 在汽车惯导系统中应用727

23.8.6 在智能机器人惯导系统中的应用727

23.9.1 工作原理728

23.9 半球谐振式陀螺728

23.9.2 结构原理729

23.9.3 性能与应用729

23.10 微机械振动陀螺730

24.1.4 流体振动式流量传感器730

第24章 流量传感器731

24.1 结构类型和工作原理731

24.1.1 差压式流量传感器731

24.1.2 涡轮式流量传感器735

24.1.3 电磁式流量传感器736

24.1.6 往复活塞式流量传感器740

24.1.5 转子式流量传感器740

24.1.8 冲击板式流量传感器742

24.1.7 旋转活塞式流量传感器742

24.1.9 分流旋翼式流量传感器743

24.1.10 热动式流量传感器744

24.1.11 超声波式流量传感器745

24.1.12 推导式质量流量传感器746

24.2 流量传感器的标定747

24.3 主要技术参数及使用技术749

第25章 伺服式传感器751

25.1 力平衡原理751

25.2 几种典型伺服传感器752

25.3 组成部分的特性方程754

25.3.1 敏感质量活动系统754

25.3.2 信号检测器755

25.3.3 放大器756

25.3.4 力(力矩)发生器756

25.3.5 输出环节757

25.4 系统的特征方程758

25.5 误差分析759

25.5.1 由于各环节传递系数改变所引起的误差760

25.5.2 由于各测量环节输入输出端干扰所造成的误差761

25.5.3 由于各测量环节传递系数改变所引起的误差762

25.5.4 由于各测量环节输入输出端干扰所引起的误差763

25.6 石英挠性伺服加速度传感器764

25.6.1 一般结构764

25.6.2 工作原理765

25.6.3 灵敏度自校准767

25.6.4 性能指标768

第26章 数字传感器770

26.1 编码器770

26.1.1 角度数字编码器770

26.1.2 线位移编码器777

26.2.1 感应同步器种类779

26.2 感应同步器779

26.2.2 感应同步器的结构780

26.2.3 感应同步器的工作原理782

26.2.4 感应同步器的信号处理方式783

26.3 光栅传感器784

26.3.1 计量光栅的类型785

26.3.2 光栅传感器的结构和原理787

26.3.3 辨向原理792

26.3.4 细分技术793

26.4 磁栅传感器800

26.4.1 磁栅的结构800

26.4.2 磁栅的工作原理801

26.4.3 信号处理802

26.4.4 影响磁栅传感器性能的有关因素803

27.2.3 驻极体式话筒804

26.5 容栅传感器804

26.5.2 容栅传感器的原理804

26.5.1 容栅传感器的结构804

26.5.3 容栅传感器的信号处理805

第27章 声传感器806

27.1 声学基础知识806

27.1.1 声波、声谱、声速806

27.1.2 波动方程806

27.1.3 声波的一些性质807

27.2 声传感器807

27.2.1 电动式话筒808

27.2.2 电容式话筒809

27.2.4 压电式声传感器814

27.2.5 电磁式拾音器815

27.2.6 数字唱片再生用传感器815

27.2.7 光纤声传感器817

27.3 超声波传感器818

27.3.1 压电换能器的结构819

27.3.2 超声传感器的工作原理820

27.4 声发射传感器828

27.4.1 声发射基本概念828

27.4.2 声发射传感器的工作原理829

27.4.3 声发射检测技术830

第28章 核辐射传感器832

28.1 核辐射基础知识832

28.1.1 放射性同位素和核辐射832

28.1.2 放射线和物质的作用833

28.2 核辐射接收器837

28.2.1 电离室837

28.2.2 盖格(G-M)计数器839

28.2.3 闪烁计数器840

28.2.4 半导体接收器841

28.3 常用核辐射传感器844

28.3.1 核辐射厚度计845

28.3.2 核辐射密度计846

28.3.3 核辐射物位计846

28.4 安全防护846

28.4.1 辐射来源和对人体的效应847

28.4.2 辐射防护848

28.5 核辐射传感器的误差849

28.5.1 核衰变的统计性质引起的误差849

28.5.2 辐射源强度衰减引起的误差849

29.1.1 波段的划分851

第29章 微波传感器851

29.1 电磁波基础知识851

29.1.3 微波在两介质界面的反射和折射852

29.2 微波传感器的特点和主要用途853

29.3 微波测湿传感器855

29.3.1 穿透式微波测湿传感器856

29.3.2 反射式微波测湿传感器856

29.3.3 开槽波导式微波测湿传感器856

29.3.4 微波腔式测湿传感器857

29.4 微波测厚传感器859

29.5 微波测距传感器860

29.6 微波物位和液位传感器861

29.7 微波多普勒测速传感器861

30.1 概述863

第30章 光纤传感器863

30.2 光导纤维865

30.2.1 光纤的结构和导波原理865

30.2.2 光导纤维的主要参数870

30.2.3 光导纤维的类型873

30.3 光纤传感器元件之间耦合与连接873

30.3.1 光纤的激励873

30.3.2 光纤元件的连接875

30.4 光纤的光波调制技术876

30.4.1 光强度调制876

30.4.2 光相位调制及干涉测量法880

30.4.3 偏振调制881

30.4.4 频率调制886

30.5 典型的光纤传感器887

30.5.1 光强调制光纤传感器887

30.4.5 颜色(光谱)调制887

30.5.2 相位调制光纤传感器892

30.5.3 偏振调制光纤电压传感器893

30.5.4 频率调制光纤血流传感器894

30.5.5 颜色调制光纤温度传感器896

30.5.6 复用式和分布式光纤传感器896

第31章 气体传感器900

31.1 引言900

31.1.1 气体传感器及其分类900

31.1.2 气体传感器的特性参数902

31.2 各类气体传感器简介906

31.2.1 半导体式气体传感器906

31.2.2 固体电解质式气体传感器916

31.2.3 接触燃烧式气体传感器920

31.2.4 电化学式气体传感器921

31.2.5 有机高分子式传感器923

31.2.6 集成复合型气体传感器924

31.2.7 凝胶电化学气体传感器925

31.3 气敏元件及气体传感器的应用928

31.3.1 家庭928

31.3.2 汽车928

31.3.3 工业928

31.3.4 大气污染929

31.3.5 医疗932

31.3.6 家用电器933

31.3.7 煤矿933

第32章 温度传感器936

32.1 引言936

32.1.1 温度传感器的分类936

32.1.2 温度概念及湿度传感器的特性参数936

32.2.1 陶瓷式湿度传感器939

32.2 温度传感器简介939

32.2.2 有机高分子温度传感器948

32.2.3 半导体式湿度传感器957

32.2.4 电解质式湿度传感器959

32.2.5 尺寸变化式湿度传感器962

32.2.6 干湿球湿度计963

32.2.7 热敏电阻式湿度传感器963

32.2.8 微波式湿度传感器964

32.2.9 红外吸收式湿度传感器965

32.2.10 石英谐振式湿度传感器966

32.3 湿度传感器的应用967

32.3.1 湿度传感器在室内空调中的应用968

32.3.2 磁带录像机(VTR)中的应用968

32.3.3 湿度传感器在电子灶上的应用969

33.1 引言971

第33章 离子传感器971

33.2 玻璃膜式离子传感器974

33.2.1 简介974

33.2.2 玻璃膜式离子传感器基本结构975

33.2.3 性能975

33.2.4 应用975

33.3 固态膜式离子传感器975

33.3.1 简介975

33.3.2 结构976

33.3.3 性能978

33.3.4 应用978

33.4 液态膜式离子传感器979

33.4.1 简介979

33.4.2 结构979

33.4.3 性能979

33.5.3 性能981

33.5.2 结构981

33.4.4 应用981

33.5.1 简介981

33.5 基于离子传感器的隔膜式气体传感器981

33.5.4 应用982

33.6 微型离子传感器982

33.6.1 简介982

33.6.2 结构983

33.6.3 应用984

第34章 生物传感器985

34.1 引言985

34.2 分子识别985

34.3 原理与分类987

34.3.1 原理987

34.4 酶传感器990

34.4.1 简介990

34.3.2 分类990

34.4.2 酶传感器的基本组成991

34.4.3 响应992

34.4.4 应用992

34.5 微生物传感器993

34.5.1 简介993

34.5.2 结构993

34.5.3 响应994

34.5.4 应用994

34.6 免疫传感器995

34.6.1 简介995

34.6.2 结构997

34.6.3 响应997

34.7.2 结构998

34.7.4 简介998

34.7 半导体生物传感器998

34.6.4 应用998

34.8 光纤生物传感器999

34.8.1 简介999

34.8.2 结构999

34.8.3 响应1000

34.8.4 应用1000

应用篇1001

第35章 传感器性能测试与校准1001

35.1 传感器性能测试1001

35.2 振动与冲击传感器的校准1001

35.2.1 校准的主要项目1001

35.2.2 振动、冲击校准装置1002

35.3 振动、冲击传感器灵敏度的校准方法1012

35.3.1 激光绝对校准法1012

35.3.2 相对校准法1019

35.4 幅值线性度校准1020

35.5 频率特性校准1023

35.5.1 幅频特性校准1023

35.5.2 相频特性校准1024

35.6 横向灵敏度1025

35.6.1 横向振动灵敏度标准1025

35.6.2 横向冲击灵敏度标准1026

35.7 温度灵敏度1026

35.8 基座应变灵敏度1027

35.9 声灵敏度1028

35.10 磁场灵敏度1028

35.11 线位移、线速度传感器的校准1029

35.11.1 线位移传感器的校准1029

35.11.2 线速度传感器的校准1032

35.12 角位移、角速度传感器的校准1034

35.12.1 角位移传感器的校准1034

35.12.2 角速度传感器的校准1036

35.13 力传感器的校准1037

35.13.1 静态校准1037

35.13.2 动态校准1045

35.14 压力传感器的校准1046

35.14.1 静态校准1047

35.14.2 动态校准1054

35.15 温度传感器的校准1062

35.16 湿度传感器的校准1069

第36章 传感器系统抗干扰技术1070

36.1 干扰与噪声1070

36.1.1 干扰与噪声的区别1070

36.1.2 分类1070

36.1.3 噪声电压的叠加1073

36.1.4 噪声形成干扰的三要素1073

36.2.3 共阻抗耦合1074

36.2.2 互感耦合1074

36.2 噪声的耦合方式1074

36.2.1 电容性耦合1074

36.2.4 漏电耦合1076

36.2.5 传导耦合1076

36.2.6 辐射电磁场耦合1076

36.3 抑制电磁干扰的基本方法1077

36.3.1 消除或抑制噪声源1077

36.3.2 破坏干扰的耦合通道1077

36.3.3 消除接收电路对干扰的敏感性1077

36.3.4 采用软件抑制干扰1077

36.4 抑制电磁干扰的基本措施1077

36.4.1 屏蔽1078

36.4.2 接地1080

36.4.3 浮置1083

36.4.5 隔离技术1084

36.4.4 对称电路1084

36.4.6 滤波1086

36.4.7 脉冲电路的噪声抑制1089

36.5 抗干扰技术的应用1089

36.5.1 传输线引入干扰的抑制1089

36.5.2 印制电路板的抗干扰1091

36.5.3 A/D转换中的抗干扰1091

36.5.4 仪表的抗干扰1094

36.5.5 传感器的抗干扰1094

36.5.6 微机系统的抗干扰1095

36.5.7 负载干扰的抑制1097

36.5.8 电源所致干扰的抑制1098

第37章 传感器与微机接口技术1100

37.1 传感器的输出方式和模拟信号处理1100

37.1.1 开关式1100

37.1.2 模拟式传感器1101

37.1.3 数字式传感器1105

37.1.4 模拟信号处理1106

37.2 数据变换系统1107

37.2.1 数据变换系统的结构1107

37.2.2 模拟多路开关1108

37.2.3 采样保持放大器1111

37.2.4 数-模转换器1116

37.2.5 模-数转换器1125

37.2.6 电压-频率、频率-电压转换器1134

37.3 数字接口1138

37.3.1 开关量输入1138

37.3.2 数据传送方式1141

37.3.3 数据总线接口1147

37.4.1 传感器信号的非线性补偿及误差修正1155

37.4 传感器信号的微机处理1155

37.4.2 测量误差及其补偿方法1159

37.4.3 数字滤波1162

37.4.4 其它处理功能1164

第38章 传感器的典型应用1167

38.1 传感器在测试系统中的应用1167

38.1.1 测试系统的基本组成1167

38.1.2 测试系统软件1168

38.1.3 测试系统的主要功能1168

38.1.4 应用实例1169

38.2 传感器在航空航天中的应用1171

38.2.1 航空航天中需要测量的参数1171

38.2.2 测量参数在飞机和发动机自动控制中的作用1171

38.2.3 测量参数在自动寻的和导航中的作用1171

38.3.2 射弹散布振动诊断的特征参数1172

38.3.1 射弹散布的振动诊断1172

38.3 传感器在兵器工业中的应用1172

38.2.4 测量参数在飞机和发动机性能实验中的作用1172

38.3.3 振动诊断的一般方法1173

38.3.4 振动诊断与控制应用实例1174

38.3.5 复杂冲击测量的工程应用1174

38.4 传感器在公路交通系统中的应用1176

38.4.1 汽车用传感器的种类及工作原理1177

38.4.2 汽油发动机控制用传感器1178

38.5 传感器在工业自动化控制中的应用1179

38.6 传感器在机器人学中的应用1180

38.6.1 传感器在机器人学中的地位1180

38.6.2 机器人传感器简介1182

38.7 传感器在医学中的应用1184

38.7.1 医用传感器的作用和分类1184

38.7.2 传感器的医学应用1186

第39章 各种传感器性能比较及用途、特点1187

39.1 力、测重传感器1187

39.2 压力传感器1188

39.3 力矩传感器1189

39.4 位移、位置、尺度传感器1190

39.5 速度传感器1199

39.6 加速度传感器1201

39.7 流量传感器1202

39.8 密度传感器1203

39.9 粘度传感器1203

39.10 浊度传感器1203

39.11 硬度传感器1204

39.12 光传感器1204

39.13 热传感器1206

39.14 磁传感器1208

39.15 声传感器1209

39.16 射线传感器1210

39.17 电光量传感器1211

39.18 气体传感器1211

39.19 湿度传感器1212

39.20 离子传感器1213

39.21 生物传感器1214

第40章 常用敏感元件和传感器产品1215

40.1 传感器选用原则1215

40.2 敏感元件和传感器产品1217

40.2.1 力、测重传感器1217

40.2.2 压力传感器1230

40.2.3 力矩传感器1240

40.2.4 位移、位置、尺度传感器1242

40.2.5 速度传感器1250

40.2.6 加速度传感器1251

40.2.7 流量传感器1260

40.2.8 密度传感器1263

40.2.9 粘度传感器1265

40.2.10 浊度传感器1266

40.2.11 硬度传感器1267

40.2.12 光传感器1268

40.2.13 热传感器1274

40.2.14 磁传感器1279

40.2.15 声传感器1282

40.2.16 射线传感器1286

40.2.17 电量传感器1287

40.2.18 气体传感器1289

40.2.19 温度传感器1293

40.2.20 离子敏传感器1296

40.2.21 传感器校准系统1300