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第1章 引言1

1.1 传感器的发展和作用1

1.2 传感器的概念2

1.3 传感器的分类3

1.4 传感器的性能和评价4

1.4.1 传感器的静态特性5

1.4.2 传感器的动态特性7

参考文献16

第2章 应变式传感器17

2.1 电阻应变效应17

2.1.1 电阻应变效应17

2.1.2 应变计的分类18

2.1.3 应变计型号命名规则21

2.2 应变计的主要特性21

2.2.1 应变计的灵敏度系数22

2.2.2 横向效应22

2.2.3 应变计的动态特性24

2.2.4 其他特性参数26

2.3 应变计的粘贴27

2.4 电桥原理及电阻应变计桥路28

2.4.1 直流电桥的特性方程及平衡条件28

2.4.2 直流电桥的电压灵敏度29

2.4.3 交流电桥的平衡条件和电压输出30

2.5 温度误差及其补偿31

2.5.1 温度误差产生的原因31

2.5.2 温度补偿方法33

2.6 电阻应变仪35

2.7 应变式传感器38

2.7.1 弹性敏感元件38

2.7.2 应变式测力与称重传感器39

2.7.3 应变式压力传感器44

2.7.4 应变式加速度传感器46

2.8 几种新型的微应变式传感器47

2.8.1 压阻效应47

2.8.2 敏感元件加工新技术48

2.8.3 微型硅应变式传感器50

2.8.4 X型硅压力传感器51

2.8.5 薄膜应变式传感器52

参考文献52

第3章 光电式传感器53

3.1 光电效应53

3.1.1 外光电效应53

3.1.2 内光电效应54

3.2 热释电效应56

3.3 光的吸收系数57

3.4 光传感器的特性表示法58

3.4.1 灵敏度58

3.4.2 光谱灵敏度S（λ）与峰值波长58

3.4.3 相对光谱灵敏度Sr（λ）58

3.4.4 积分灵敏度S59

3.4.5 通量阈ΦH59

3.4.6 归一化探测率D＊59

3.4.7 转换特性Sz（t）和响应时间60

3.4.8 光电器件的频率特性60

3.4.9 光照特性61

3.4.10 温度特性61

3.4.11 伏安特性61

3.5 光电传感器62

3.5.1 光电管62

3.5.2 光电倍增管63

3.5.3 光敏电阻65

3.5.4 光电二极管和光电三极管72

3.5.5 光电池81

3.5.6 PIN型硅光电二极管86

3.5.7 雪崩式光电二极管（APD）87

3.5.8 半导体色敏传感器88

3.5.9 光电闸流晶体管89

3.5.10 热释电传感器90

3.5.11 达林顿光电三极管91

3.5.12 光电耦合器件92

3.5.13 光导摄像管92

3.5.14 CCD图像传感器93

参考文献96

第4章 光纤传感器97

4.1 光导纤维（光纤）97

4.1.1 光纤的结构97

4.1.2 光在光纤中的传播98

4.1.3 光纤的几个重要参数99

4.1.4 光纤的类型100

4.2 强度型（振幅型）光纤传感器101

4.2.1 反射式光纤位移传感器101

4.2.2 光纤测压传感器103

4.2.3 移动光栅光纤传感器104

4.2.4 微弯光纤传感器105

4.3 干涉型光纤传感器107

4.3.1 基本原理107

4.3.2 光纤（强度）干涉仪111

4.3.3 相位检测中的几个问题112

4.3.4 相位检测方法117

4.3.5 光纤声传感器121

4.3.6 光纤磁传感器122

4.3.7 光纤电流传感器123

4.3.8 光纤线性加速度计123

4.3.9 涡流式光纤流量传感器124

4.4 光纤光栅传感器124

4.4.1 光纤光栅传感器的原理125

4.4.2 光纤光栅成栅方法126

4.4.3 光源130

4.4.4 信号解调132

4.4.5 光纤光栅的灵敏度135

4.4.6 光纤光栅传感器137

4.4.7 光纤光栅传感器网络143

4.4.8 光纤光栅传感器的应用145

参考文献145

第5章 变磁阻式传感器147

5.1 电感式传感器147

5.2 差动式电感传感器149

5.3 差动变压器式传感器151

5.3.1 II形差动变压器的输出特性152

5.3.2 螺管形差动变压器153

5.4 电动式传感器156

参考文献157

第6章 压电传感器158

6.1 晶体的压电效应158

6.1.1 晶体压电效应的说明158

6.1.2 压电方程158

6.1.3 压电材料160

6.2 压电加速度传感器160

6.2.1 压电加速度传感器的工作原理161

6.2.2 压电加速度传感器的结构162

6.2.3 压电加速度传感器的等效电路164

6.3 压电谐振式传感器166

6.3.1 石英晶体谐振式温度传感器166

6.3.2 石英晶体谐振式压力传感器167

6.3.3 压电汞蒸气探测器169

6.3.4 测量液体密度的压电传感器170

6.4 声表面波传感器171

6.4.1 SAW传感器的基本原理171

6.4.2 SAW压力传感器173

6.4.3 SAW热敏传感器174

6.4.4 SAW气敏传感器175

6.4.5 SAW电力传感器176

6.4.6 SAW加速度传感器177

6.4.7 SAW流量传感器178

参考文献179

第7章 压电声传感器180

7.1 厚度振动换能器180

7.2 圆柱形压电换能器182

7.2.1 薄壁圆管的共振频率方程183

7.2.2 开路接收电压灵敏度183

7.3 复合棒压电换能器184

7.3.1 复合棒压电振子的机电等效图185

7.3.2 共振频率方程186

7.4 压电陶瓷双叠片弯曲振动换能器188

7.4.1 弯曲振动压电陶瓷换能器的原理188

7.4.2 弯曲振动压电陶瓷换能器的实例189

参考文献190

第8章 半导体传感器191

8.1 半导体温度传感器191

8.1.1 接触型半导体传感器191

8.1.2 非接触型半导体温度传感器205

8.2 半导体湿度传感器207

8.2.1 湿度的定义208

8.2.2 湿度传感器的主要参数208

8.2.3 湿度传感器器件210

8.2.4 半导体陶瓷湿度传感器的检测精度218

8.3 半导体气体传感器218

8.3.1 半导体电阻型气敏器件219

8.3.2 非电阻控制型半导体气敏器件223

8.3.3 半导体气敏传感器的气敏选择性225

8.3.4 纳米技术在半导体陶瓷气体传感器中的应用226

8.3.5 半导体气体传感器的应用226

8.4 半导体磁敏传感器229

8.4.1 磁敏器件的工作原理229

8.4.2 半导体磁敏器件230

8.4.3 磁传感器应用举例240

8.5 半导体射线传感器243

参考文献244

第9章 电位器式传感器245

9.1 线性电位器245

9.1.1 空载特性245

9.1.2 阶梯特性、阶梯误差和分辨率247

9.2 非线性电位器248

9.2.1 变骨架式非线性电位器248

9.2.2 变节距式非线性线绕电位器250

9.2.3 分路（并联）电阻式非线性电位器251

9.3 负载特性与负载误差252

9.4 电位器式传感器254

9.4.1 电位器式位移传感器254

9.4.2 电位器式压力传感器255

9.4.3 电位器式加速度传感器255

参考文献256

第10章 电容式传感器257

10.1 电容式传感器的基本原理257

10.1.1 变极距型电容传感器258

10.1.2 变面积型电容传感器260

10.1.3 变介质型电容传感器261

10.2 电容传感器的测量电路262

10.2.1 等效电路262

10.2.2 交流电桥262

10.2.3 调频电路263

10.2.4 运算放大器电路264

10.2.5 对T二极管交流电桥265

10.2.6 差动脉冲宽度调制电路266

10.3 电容式传感器及其应用267

10.3.1 电容式压力传感器267

10.3.2 电容式称重传感器270

10.3.3 电容式位移传感器271

10.3.4 电容式加速度传感器271

10.3.5 电容式液位传感器272

10.3.6 电容式传感器的其他应用简介273

参考文献276

第11章 Z—半导体敏感元件277

11.1 Z—半导体敏感元件的由来与特点277

11.1.1 由来277

11.1.2 特点278

11.2 温敏Z—元件的伏安特性278

11.3 基本应用电路279

11.4 应用开发的基本原理280

11.4.1 应用开发综述280

11.4.2 状态转换条件280

11.4.3 基本应用举例281

11.5 力敏Z—元件简介285

参考文献285

第12章 MEMS传感器287

12.1 MEMS的技术特点288

12.2 制备MEMS器件的微细加工技术288

12.3 尺度效应292

12.4 MEMS传感器293

12.4.1 MEMS压力传感器293

12.4.2 MEMS加速度传感器295

12.4.3 MEMS声传感器298

12.5 MEMS陀螺仪299

12.5.1 科里奥利力299

12.5.2 敏感原理300

12.5.3 MEMS陀螺仪结构原理图301

12.6 MEMS超声传感器301

12.6.1 压电MEMS超声传感器301

12.6.2 电容MEMS超声传感器302

12.7 MEMS传感器的发展趋势303

参考文献305

第13章 纳米传感器307

13.1 纳米材料307

13.2 纳米材料的特性309

13.3 纳米材料的制备方法310

13.3.1 纳米粒子的制备方法310

13.3.2 纳米纤维的制备方法312

13.3.3 纳米薄膜的制备方法312

13.3.4 纳米块体的制备方法313

13.3.5 碳纳米管的制备方法313

13.4 纳米材料特性在传感器上的应用314

13.5 纳米传感器315

13.5.1 纳米物理传感器315

13.5.2 纳米化学传感器317

13.5.3 纳米生物传感器318

13.5.4 纳米气敏传感器321

13.6 纳米传感器的应用323

13.7 纳米传感器的发展趋势324

参考文献324

第14章 传感器电路327

14.1 传感器的匹配327

14.1.1 变压器匹配327

14.1.2 高输入阻抗放大器327

14.1.3 电荷放大器329

14.2 信号处理电路329

14.2.1 滤波电路329

14.2.2 电平转换电路333

14.2.3 采样-保持电路333

14.2.4 A/D转换电路333

14.2.5 数字信号处理器335

14.3 信号传输335

14.4 抗干扰设计336

14.4.1 电阻器337

14.4.2 电容器337

14.4.3 电感器338

14.4.4 数字器件339

14.4.5 电路干扰的控制339

14.5 实际传感器电路举例340

14.5.1 温度测量电路340

14.5.2 高阻抗差动放大器341

14.5.3 压控可变增益放大器341

14.5.4 绝对值放大器342

14.5.5 容性负载的隔离放大器342

14.5.6 电缆跟随电路342

14.5.7 电流放大器343

14.5.8 求和放大器343

14.5.9 窗口比较器343

14.5.10 峰值电压检波器343

14.5.11 抑制交流声的可调窄带带阻滤波器344

14.5.12 电桥式压力测量电路344

14.5.13 带通滤波器345

14.5.14 防雷器电路346

14.5.15 零点清除电路346

14.5.16 光隔离放大器347

14.5.17 低噪声电压源347

14.5.18 光电二极管放大电路348

参考文献348