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绪论1

第1章 传感器概述3

1.1传感器的基本知识3

1.1.1传感器的重要性3

1.1.2传感器的定义和组成5

1.1.3传感器的物理基础6

1.2传感器的分类7

1.3传感器的发展趋势11

1.4测量方法及检测装置的基本性能14

1.4.1测量方法的分类14

1.4.2真值与平均值17

1.4.3检测装置的基本性能17

1.5传感器检测系统的静态特性18

1.5.1传感器静态特性的一般知识18

1.5.2传感器的主要静态性能指标21

1.6传感器检测系统的动态特性25

1.6.1一阶检测系统26

1.6.2二阶检测系统27

1.7传感器检测系统的标定与校准28

1.7.1标定与校准的概念28

1.7.2标定的基本方法28

1.7.3标定系统的组成29

1.7.4传感器的静态标定及设备29

1.7.5传感器的动态标定及设备30

本章小结30

知识拓展31

习题32

第2章 电阻应变式传感器33

2.1电阻应变式传感器的工作原理33

2.1.1电阻应变片（计）33

2.1.2应变片的动态响应特性48

2.1.3电阻应变片的温度误差及其补偿50

2.2电桥原理及电阻应变片桥路55

2.2.1电桥概述55

2.2.2不平衡单臂电桥的工作特性57

2.2.3差动电桥的工作特性58

2.2.4双差动电桥的工作特性59

2.2.5相对臂电桥的工作特性59

2.2.6提高不平衡电桥输出线性度的方法59

2.2.7直流电桥的调零60

2.2.8交流电桥及其平衡61

2.3电阻应变式传感器的典型应用64

2.3.1电阻应变式传感器应用特点64

2.3.2电阻应变式传感器应用65

本章小结69

创新设计69

习题70

第3章 电容式传感器71

3.1电容式传感器的工作原理71

3.1.1电容式传感器的定义71

3.1.2电容式传感器的工作原理71

3.2电容式传感器的工作特性72

3.2.1变极距型电容传感器72

3.2.2变面积型电容传感器75

3.2.3变介质型电容传感器76

3.2.4电容式传感器的其他特性78

3.3电容式传感器的结构及抗干扰问题79

3.3.1温度变化对结构稳定性的影响80

3.3.2温度变化对介质介电常数的影响80

3.3.3绝缘问题81

3.3.4电容电场的边缘效应81

3.3.5寄生电容82

3.4电容式传感器的测量电路83

3.4.1调幅型测量电路83

3.4.2谐振测量电路86

3.4.3脉冲宽度调制电路88

3.5电容式传感器的应用90

3.5.1膜片电极式压力传感器90

3.5.2电容加速度传感器91

3.5.3电容式称重传感器91

3.5.4电容测厚仪92

3.5.5电容式微位移传感器（容栅传感器）92

3.5.6电容湿度传感器93

本章小结93

创新设计93

知识拓展94

习题95

第4章 电感式传感器96

4.1自感式传感器96

4.1.1闭磁路式自感传感器（变气隙型自感传感器）97

4.1.2螺管插铁型自感传感器98

4.1.3差动自感传感器98

4.1.4自感传感器的测量电路100

4.1.5自感传感器的主要误差103

4.2互感式传感器103

4.2.1螺管型互感传感器104

4.2.2互感传感器的主要性能105

4.2.3差动变压器的测量电路107

4.3电涡流式传感器109

4.3.1电涡流传感器原理110

4.3.2电涡流传感器特性分析111

4.3.3高频反射电涡流传感器112

4.3.4低频透射电涡流传感器112

4.3.5测量电路113

4.4电感式传感器的应用113

4.4.1电（自）感式传感器的应用113

4.4.2差动变压器式传感器的应用115

4.4.3电涡流传感器的应用116

本章小结118

创新设计118

习题119

第5章 热电阻式传感器120

5.1金属热电阻120

5.1.1金属热电阻的工作原理、材料120

5.1.2常用金属热电阻121

5.1.3金属热电阻传感器的结构122

5.1.4金属热电阻传感器的测量电路122

5.1.5金属热电阻应用123

5.2半导体热电阻124

5.2.1热敏电阻分类及结构125

5.2.2热敏电阻的特性126

5.2.3新材料热敏电阻126

5.2.4热敏电阻的线性化127

5.2.5热敏电阻应用128

本章小结130

创新设计130

习题130

第6章 热电偶传感器131

6.1热电偶传感器的测温原理131

6.2热电偶应用定则132

6.3常用热电偶133

6.4补偿导线与冷端补偿134

6.4.1补偿导线134

6.4.2冷端补偿（基准接点补偿）135

6.5热电偶实用测量线路135

6.5.1测量单点温度的基本测温线路135

6.5.2测量两点之间温差的测温线路136

6.5.3测量平均温度的测量线路136

6.5.4测量多点温度之和的测温线路137

6.5.5若干只热电偶共用一台仪表的测量线路137

6.6热电偶应用实例138

6.6.1 K型热电偶测温应用138

6.6.2热电偶火药燃烧气体温度的测量139

本章小结139

创新设计140

习题140

第7章 集成温度传感器141

7.1集成温度传感器基本工作原理141

7.2集成温度传感器的信号输出方式142

7.2.1电压输出型142

7.2.2电流输出型142

7.3一些常用集成温度传感器143

7.4集成温度传感器的应用145

7.4.1采用集成温度传感器的液位报警器145

7.4.2采用集成温度传感器的数字式温度计146

7.4.3空气流速检测146

7.4.4恒温土壤加热器147

本章小结147

创新设计148

习题148

第8章 霍尔传感器149

8.1霍尔效应和工作原理149

8.2霍尔元件连接方式和输出电路151

8.2.1基本检测电路151

8.2.2霍尔元件的连接方式151

8.2.3霍尔电势的输出电路152

8.3霍尔元件的测量误差和补偿方法153

8.3.1零位误差及补偿方法153

8.3.2温度误差及其补偿153

8.4霍尔传感器的应用155

8.4.1位移检测155

8.4.2霍尔转速测量装置156

8.4.3霍尔开关电子点火器156

本章小结157

创新设计157

习题158

第9章 光电式传感器159

9.1光电效应及光电器件159

9.1.1光电效应159

9.1.2光电管、光电倍增管160

9.1.3光敏电阻162

9.1.4光敏二极管和光敏三极管164

9.1.5光电池167

9.2光电式传感器的光源及测量电路169

9.2.1光电式传感器的光源169

9.2.2光电式传感器的测量电路170

9.3一般形式的光电传感器及其应用171

9.3.1一般形式的光电传感器171

9.3.2光电传感器的应用172

本章小结174

创新设计174

习题174

第10章 半导体传感器175

10.1半导体气敏传感器175

10.1.1半导体气敏传感器概述175

10.1.2半导体气敏传感器的机理176

10.1.3电阻型半导体气敏传感器177

10.1.4非电阻型半导体气敏传感器179

10.1.5气敏传感器应用180

10.2半导体湿敏传感器181

10.2.1湿度测量的名词术语181

10.2.2半导体湿敏传感器182

10.2.3湿敏元件对电源的特殊要求185

10.2.4湿度传感器的应用185

本章小结187

创新设计187

习题188

第11章 超声波传感器189

11.1超声波及其物理性质189

11.1.1超声波的波型及其传播速度190

11.1.2超声波的反射和折射190

11.2超声波传感器191

11.2.1超声探头的分类192

11.2.2超声换能器192

11.3超声波传感器应用194

11.3.1超声波流量传感器194

11.3.2超声波物体／物位检测195

11.3.3锻件探伤196

11.3.4声呐196

11.3.5超声测风速、风向197

本章小结197

创新设计198

知识拓展198

习题200

第12章 压电式传感器201

12.1压电式传感器的工作原理201

12.1.1压电效应201

12.1.2压电效应表达式202

12.1.3石英晶体的压电效应机理203

12.1.4压电陶瓷的压电效应机理205

12.1.5压电式传感器206

12.1.6压电式传感器的特性207

12.2压电式传感器的等效电路及测量电路210

12.2.1压电式传感器的等效电路210

12.2.2压电式传感器的测量电路211

12.3压电式传感器的应用213

12.3.1压电式加速度传感器213

12.3.2大型设备设施的振动监测214

12.3.3压电式金属加工切削力测量214

12.3.4 PVDF心音脉搏传感器215

12.3.5高分子材料压电式传感器215

本章小结216

创新设计216

习题216

第13章 传感器信号采集与处理技术217

13.1传感器数据采集装置的功能218

13.2数据采集装置的结构配置218

13.2.1多路扫描数据采集结构219

13.2.2多路数据并行采集结构219

13.3多路模拟开关和采样／保持器220

13.3.1多路模拟开关220

13.3.2采样／保持器223

13.4数据采集装置的技术性能224

13.4.1分辨率与精度224

13.4.2采样速度225

13.5数据采集系统设计225

13.5.1数据采集系统设计的基本原则225

13.5.2系统设计的一般步骤226

13.6数字滤波技术229

13.6.1算术平均值法230

13.6.2移动平均滤波231

13.6.3加权平均滤波232

13.6.4中值法233

13.6.5一阶惯性滤波法233

13.6.6抑制脉冲算术平均法234

13.7标度变换235

13.7.1标度变换原理235

13.7.2非线性检测信号的标度变换235

13.8非线性补偿技术236

13.8.1线性插值法237

13.8.2二次抛物线插值法237

13.8.3查表法238

本章小结239

知识拓展242

习题244

第14章 创新设计方法及案例246

14.1检测技术创新设计方法246

14.1.1检测技术创新设计的一般步骤246

14.1.2检测技术创新设计的基本方法247

14.2检测技术创新设计案例248

14.2.1设计案例一：司机瞌睡监测提醒装置248

14.2.2设计案例二：跳远犯规检测器249

14.2.3设计案例三：安全输液报警器250

14.2.4设计案例四：雨天自动收衣装置251

14.2.5设计案例五：玻璃破碎监测系统252

14.2.6设计案例六：热电阻真空度测量装置253

14.2.7设计案例七：台灯照度检测及自动调光装置254

14.2.8设计案例八：防止酒后驾车装置254

14.2.9设计案例九：燃气灶防干烧装置255

14.2.10设计案例十：公交投币箱假硬币检测仪256

知识拓展257

创新设计258

参考文献261