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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12

2.2.1传感器动态特性的数学模型12

2.2.2算子符号法与传递函数13

2.2.3频率响应函数13

2.2.4动态响应特性13

2.3传感器的标定20

2.3.1传感器的静态特性标定20

2.3.2传感器的动态标定22

思考题27

第2部分常见传感器与新型传感器31

第3章传感器中的弹性敏感元件设计31

3.1弹性敏感元件的基本特性31

3.1.1弹性特性31

3.1.2弹性滞后32

3.1.3弹性后效32

3.1.4固有振动频率33

3.2弹性敏感元件的材料33

3.3弹性敏感元件的特性参数计算34

3.3.1弹性圆柱34

3.3.2悬臂梁35

3.3.3扭转棒37

3.3.4平膜片38

3.3.5波纹管39

3.3.6薄壁圆筒41

3.3.7双端固定梁42

3.4有限单元法简介42

3.4.1弹性力学42

3.4.2边界条件42

3.4.3最小势能原理43

3.4.4有限单元法43

第4章电阻应变式传感器45

4.1电阻应变片的工作原理（应变效应）45

4.2电阻应变片的结构、类型及参数46

4.2.1电阻应变片的基本结构46

4.2.2电阻应变片的种类及特点47

4.2.3金属应变片的参数48

4.2.4应变片的粘贴技术51

4.3应变片的动态响应特性51

4.3.1应变波的传播过程51

4.3.2应变片的极限工作频率估算52

4.4测量电路54

4.4.1直流电桥54

4.4.2交流电桥57

4.5电阻应变式传感器的温度误差及其补偿58

4.5.1温度误差及其产生原因58

4.5.2温度补偿方法59

4.6应变式传感器的结构设计及应用60

4.6.1应变式压力传感器61

4.6.2应变式加速度传感器64

思考题65

第5章电容式传感器66

5.1电容式传感器66

5.1.1基本工作原理66

5.1.2电容式传感器的线性及灵敏度67

5.2电容式传感器的输出电路及等效电路73

5.2.1电容式传感器的等效电路73

5.2.2电容式传感器的输出电路74

5.3影响电容传感器精度的因素及提高精度的措施78

5.3.1边缘效应的影响78

5.3.2寄生电容的影响79

5.3.3温度的影响80

5.4电容式传感器的应用80

5.4.1电容式压力传感器80

5.4.2电容式加速度传感器81

5.4.3电容式荷重传感器81

5.4.4振动、位移测量仪81

5.4.5电容测厚传感器82

5.4.6电容式液位传感器82

思考题83

第6章电感式传感器84

6.1电感式传感器工作原理、结构与特性84

6.1.1电感式传感器的工作原理和等效电路84

6.1.2电感式传感器的结构类型及特性86

6.1.3电感式传感器的测电路89

6.2差动变压器式电感传感器92

6.2.1工作原理92

6.2.2差动变压器式传感器的特性92

6.3电涡流式传感器94

6.3.1电涡流式传感器的工作原理及特性94

6.3.2电涡流式传感器结构形式及特点95

6.3.3影响电涡流式传感器灵敏度的因素97

6.3.4测量电路98

6.4电感式传感器的应用99

6.4.1电感式传感器的应用99

6.4.2电涡流式传感器的应用99

思考题100

第7章压电式传感器101

7.1压电式传感器的工作原理101

7.1.1压电效应101

7.1.2压电效应的物理解释104

7.2压电元件常用结构形式105

7.3压电元件的等效电路及测量电路105

7.3.1等效电路105

7.3.2测量电路107

7.4压电式加速度传感器110

7.4.1工作原理及特性110

7.4.2压电式加速度传感器的典型结构112

7.4.3压电式加速度传感器的应用114

7.5压电式压力传感器115

7.5.1压电式压力传感器的工作原理及结构115

7.5.2压电式压力传感器的结构及应用116

思考题117

第8章压阻式传感器118

8.1压阻式传感器的工作原理118

8.2晶向的表示方法119

8.3压阻系数120

8.4影响压阻系数的因素121

8.5压阻式传感器的结构与设计122

8.5.1压阻式压力传感器122

8.5.2压阻式加速度传感器125

8.6压阻式传感器的测量电路及补偿126

8.6.1恒压源供电126

8.6.2恒流源供电127

8.6.3减小在扩散工艺中的温度影响128

8.7压阻式传感器的应用129

思考题130

第9章热电式传感器131

9.1热电偶131

9.1.1热电偶的工作原理131

9.1.2常用热电偶133

9.2热电阻134

9.2.1热电阻的工作原理134

9.2.2常用热电阻134

9.2.3热电阻的结构和测量电路135

9.3热敏电阻135

9.3.1热敏电阻的工作原理136

9.3.2热敏电阻的伏安特性136

9.3.3热敏电阻的主要参数137

9.3.4热敏电阻的结构137

9.3.5热敏电阻的测量电路及应用137

9.4热释电型温度传感器138

9.5集成温度传感器139

思考题140

第10章光电式传感器141

10.1光电式传感器的工作原理及基本组成141

10.2光电式传感器中的敏感元件142

10.2.1外光电效应型光电元件142

10.2.2内光电效应型光电器件146

10.3光电式传感器的类型及设计155

10.3.1光电式传感器的类型155

10.3.2光电式传感器的计算156

10.4光电式传感器的应用158

思考题160

第11章固态图像传感器161

11.1电荷耦合图像传感器161

11.1.1CCD的基本工作原理161

11.1.2线阵与面阵CCD图像传感器165

11.1.3CCD图像传感器的特性参数167

11.2其他类型的图像传感器170

11.2.1电荷注入器件（CⅡ））170

11.2.2MOS型固体图像传感器件171

11.2.3电荷引发器件（CPD）171

11.2.4叠层型固体传感器件173

11.3固态图像传感器的应用173

思考题175

第12章磁传感器176

12.1霍尔传感器176

12.1.1霍尔传感器的原理176

12.1.2霍尔元件的特性178

12.1.3测量电路180

12.1.4集成霍尔传感器184

12.1.5霍尔式传感器的应用186

12.2磁敏二极管和磁敏三极管188

12.2.1磁敏二极管和磁敏三极管的结构原理189

12.2.2磁敏二极管和磁敏三极管的性能指标191

12.2.3典型补偿电路191

12.2.4磁敏二极管和磁敏三极管的应用192

12.3磁通门磁力计194

12.3.1磁通门磁力计结构与工作原理194

12.3.2典型测量电路196

12.3.3磁通门应用197

12.4磁敏电阻传感器197

12.4.1磁阻效应原理197

12.4.2磁阻元件的主要特性201

12.4.3典型电路202

12.4.4应用203

12.5其他类型的磁传感器207

12.5.1韦根德磁敏器件207

12.5.2Z-元件209

思考题213

第13章射线及微波检测传感器214

13.1核辐射传感器214

13.1.1核辐射检测的物理基础214

13.1.2核辐射传感器215

13.1.3核辐射检测技术的应用216

13.2超声检测218

13.2.1超声检测原理218

13.2.2压电式超声波换能器220

13.2.3超声波在检测技术中的应用221

13.3红外辐射传感器224

13.3.1红外辐射的基本定律224

13.3.2红外传感器的分类226

13.3.3红外辐射检测技术的应用226

13.4微波传感器227

13.4.1微波的基础知识227

13.4.2微波传感器228

13.4.3微波检测技术的应用228

思考题230

第14章光导纤维传感器231

14.1光纤的特性231

14.1.1光纤的结构和类型231

14.1.2光纤传输特性235

14.1.3光在普通光纤内的传输236

14.2光纤传感器分类237

14.2.1强度调制光纤传感器237

14.2.2相位调制光纤传感器239

14.2.3偏振态调制光纤传感器239

14.2.4分布式光纤传感器240

14.3光纤传感器的应用243

14.3.1光纤温度传感器243

14.3.2光纤压力与振动传感器246

14.3.3光纤分光与光谱传感器250

14.3.4反射式光纤位移传感器251

14.3.5光纤图像传感器252

思考题254

第15章化学传感器255

15.1湿敏传感器255

15.1.1湿度概念255

15.1.2陶瓷湿度传感器256

15.1.3MgCr2 O4系湿敏传感器258

15.1.4ZnO—Cr2O3系湿度传感器259

15.1.5M系列氧化铝湿度传感器260

15.2气敏传感器261

15.2.1概述261

15.2.2固态电解质气敏传感器261

15.2.3电位式气敏传感器263

15.2.4氧化物半导体气敏传感器265

第16章MEMS传感器269

16.1概述269

16.2MEMS传感器的特点及分类270

16.3MEMS加速度计270

16.3.1电容式加速度微传感器271

16.3.2压阻式加速度微传感器272

16.3.3扭摆式加速度微传感器272

16.3.4力平衡式加速度微传感器273

16.3.5隧道效应加速度微传感器274

16.4角速度微传感器274

16.4.1石英音叉振动MEMS陀螺仪275

16.4.2双框架角振动微机械陀螺仪275

16.4.3振动轮式微陀螺276

16.4.4振动棒式微陀螺仪277

16.5MEMS传感器的应用278

16.5.1在汽车工业中的应用278

16.5.2在航空航天工业中的应用280

16.5.3在生物医学方面的应用281

思考题282

第3部分测量信号的调理、记录、显示及虚拟仪器开发285

第17章测量信号的调理285

17.1概述285

17.2调制与解调286

17.2.1幅值调制287

17.2.2幅值调制的解调288

17.3滤波289

17.3.1滤波器的一般特性290

17.3.2典型的滤波器电路291

17.4模/数转换技术293

17.4.1逐次逼近式模/数转换原理294

17.4.2增量调整型模/数转换原理295

17.5电压/电流/频率变换技术295

17.5.1电压/频率转换技术295

17.5.2电压/电流转换技术296

17.6电压和电流放大变换技术297

17.6.1同相放大器297

17.6.2反相放大器298

17.6.3差动放大器298

17.6.4对数放大器299

17.6.5反对数放大器299

17.6.6仪表放大器300

17.7信号调理中的干扰与补偿300

17.7.1干扰类型300

17.7.2接地问题303

17.7.3隔离放大器305

第18章测量信号的采集与显示306

18.1数据采集技术306

18.1.1数据采集系统的主要功能306

18.1.2数据采集系统的结构及原理306

18.2数据的显示309

18.2.1辉光数码管310

18.2.2荧光数码管310

18.2.3LED数码管311

18.2.4LCD显示器314

18.2.5DVM显示器315

18.2.6CRT显示器315

18.2.7数字存储示波器316

第19章虚拟仪器317

19.1虚拟仪器的概述317

19.2虚拟仪器的特点318

19.3虚拟仪器的体系结构319

19.3.1虚拟仪器的硬件系统319

19.3.2虚拟仪器的软件系统321

19.4LabVIEW软件概述322

19.5虚拟仪器应用实例324

19.5.1虚拟数字示波器的前面板325

19.5.2虚拟数字示波器的设计方案326

19.5.3设备选择326

19.5.4游标功能327

19.5.5测量功能327

19.5.6采集功能327

19.5.7滤波功能328

19.5.8帮助和打印329

19.5.9幅度和时基329

19.5.10文件保存与回放329

19.5.11数学功能331

19.5.12李萨如图功能331

19.5.13退出程序功能331

19.5.14前面板的装饰和程序框图的完善332

参考文献333