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第1章 传感器基础1

1.1传感器技术基础1

1.1.1传感器数据手册1

1.1.2传感器性能特征定义2

1.1.3示例器件的传感器性能特征3

1.1.4传感器电子元器件简介4

1.1.5传感器类型4

1.1.6传感器的局限性6

1.1.7滤波器7

1.1.8运放9

1.2传感器系统10

第2章 应用上的考虑14

2.1传感器特性15

2.2系统特性15

2.3仪器选型15

2.3.1传感器15

2.3.2电缆16

2.3.3电源17

2.3.4放大器18

2.4数据采集与读取19

2.5安装19

2.5.1传感器19

2.5.2黏固粉涂敷20

2.5.3电缆20

2.5.4电源、放大器和读出器20

第3章 测量问题和测量准则22

第4章 传感器信号调理23

4.1调理电桥23

4.1.1概述23

4.1.2电桥23

4.1.3电桥输出的放大与线性化27

4.1.4电桥的驱动30

4.1.5参考文献34

4.2信号调理放大器35

4.2.1概述35

4.2.2精密运放的特性36

4.2.3放大器直流误差的预算分析47

4.2.4单一电源运放48

4.2.5仪表放大器55

4.2.6斩波稳零型放大器68

4.2.7隔离放大器70

4.2.8参考文献73

4.3用于信号调理的A/D转换器74

4.3.1逐次逼近型A/D转换器74

4.3.2多路输入的SAR型A/D转换器79

4.3.3片上完整数据采集系统81

4.3.4Sigma-Delta（ΣΔ）型A/D转换器82

4.3.5高分辨率的低频Sigma-Delta型A/D转换器86

4.4高阻抗传感器的信号调理87

4.4.1光电二极管前置放大器设计87

4.4.2高速光电二极管I/V转换器的补偿98

4.4.3高阻抗电荷输出传感器102

4.4.4CCD/CIS图像处理106

4.4.5参考文献111

第5章 加速度、冲击与振动传感器112

5.1概述112

5.2技术基础112

5.2.1压电式加速度计112

5.2.2压阻式加速度计116

5.2.3电容性加速度计118

5.2.4伺服式或力平衡式加速度计120

5.3加速度计的选型和说明121

5.4适用标准123

5.5接口与设计125

5.5.1螺栓安装125

5.5.2黏合剂安装125

5.5.3磁性安装125

5.5.4探针126

5.5.5接地隔离、大地噪声和接地回路126

5.5.6电缆及连接127

5.5.7最新进展和未来展望127

参考文献128

第6章 生物传感器129

6.1概述129

6.2生物传感器的应用131

6.2.1健康护理131

6.2.2工业过程控制134

6.2.3军事和国家安全应用134

6.2.4环境监测134

6.3生物传感器的起源135

6.4生物受体分子135

6.5生物传感器中的传导机制137

6.6生物传感器的应用范围139

6.7最新进展和未来展望142

参考文献143

第7章 化学传感器145

7.1技术基础145

7.1.1鼻子145

7.1.2特定分子探测器145

7.1.3电化学探测技术149

7.2应用150

7.2.1汽车150

7.2.2其他化学传感器技术和应用151

7.2.3CHEMFET152

7.3总结153

第8章 电容式和电感式位移传感器154

8.1概述154

8.2电容式传感器154

8.2.1电容技术基础155

8.2.2目标考虑155

8.3电感式传感器156

8.3.1电感技术基础156

8.3.2目标考虑157

8.4电容式和电感式传感器类型158

8.5电容式和电感式传感器的选型和说明159

8.5.1物理结构159

8.5.2术语159

8.6电容式和电感式传感器的比较161

8.7应用162

8.7.1传感器的典型工作原理162

8.7.2线性或模拟162

8.7.3输出说明162

8.7.4多通道系统163

8.7.5电容式或电感式传感器的应用163

8.7.6电容式传感器的应用167

8.7.7仅能使用电感式传感器的应用170

8.7.8结合使用电容式和电感式传感器的应用172

8.7.9最大效率考虑173

8.8最新进展和未来展望174

8.9总结174

资源174

第9章 传感技术中的电磁学175

9.1概述175

9.2电磁学和电感175

9.3传感器应用177

9.4磁场传感器180

9.5总结182

第10章 流量和液位传感器183

10.1流量测量方法183

10.1.1热风速计183

10.1.2差压测量183

10.1.3涡街流量传感器186

10.1.4容积式流量传感器186

10.1.5涡轮流量传感器186

10.1.6质量流量计186

10.1.7电磁式流量传感器187

10.1.8超声流量传感器188

10.1.9激光多普勒流量测量188

10.2流量传感器的选型190

10.3安装和维护190

10.3.1校准191

10.3.2维护191

10.4流量传感器的新发展192

10.5液位传感器192

10.5.1液位传感器的类型192

10.5.2液位测量技术的选择195

10.6适用标准195

第11章 力、称重和重量传感器196

11.1概述196

11.2石英传感器196

11.2.1技术基础196

11.2.2传感器类型197

11.2.3选型和说明199

11.2.4适用标准201

11.2.5最新进展和未来展望201

11.2.6主要制造商201

11.3应变计传感器201

11.3.1技术基础201

11.3.2传感器类型202

11.3.3分类203

11.3.4选型和说明203

11.3.5适用标准204

11.3.6最新进展和未来展望205

参考文献与资源205

第12章 湿度传感器206

12.1湿度206

12.2传感器类型与技术206

12.2.1电容式RH传感器206

12.2.2电阻式湿度传感器208

12.2.3热导式湿度传感器209

12.3湿度传感器的选型和说明209

12.3.1湿度传感器的选型210

12.3.2电容式RH传感器的选型210

12.3.3电阻式RH传感器的选型211

12.3.4热导式湿度传感器的选型212

12.4适用标准212

12.4.1标准组织212

12.4.2工业组织213

12.5接口与设计信息214

12.5.1温度和湿度影响214

12.5.2电压输出214

12.5.3冷凝和受潮215

12.5.4集成信号调理216

参考文献与资源217

第13章 机械振动监测传感器218

13.1概述218

13.2技术基础221

13.3加速度计类型223

13.3.1用于固定安装的低成本工业级ICP加速度计223

13.3.2低频工业级ICP加速度计223

13.3.3高频工业级ICP？加速度计224

13.3.44mA～20mA振动感应传感器224

13.3.5直流响应、工业级电容式加速度计的应用225

13.4工业级加速度计选型225

13.5适用标准232

13.6最新进展和未来展望232

13.7传感器制造商233

参考文献与资源233

第14章 光学和辐射传感器235

14.1光传感器235

14.1.1量子检测器235

14.1.2热检测器239

14.1.3光敏晶体管的应用实例241

14.2热红外检测器242

第15章 位置和运动传感器244

15.1接触式和非接触式位置传感器244

15.1.1概述244

15.1.2位置传感器的类型244

15.1.3限位开关245

15.1.4电阻式位置传感器249

15.1.5磁性位置传感器251

15.1.6超声位置传感器259

15.1.7接近传感器263

15.1.8光电传感器273

15.1.9最新进展和未来展望279

15.1.10参考文献与资源279

15.2弦线电位计与弦线编码器工程导论280

15.2.1概述281

15.2.2CPT的优势281

15.2.3其他设计要素285

15.2.4结论286

15.2.5资料286

15.3线位置、旋转位置和运动传感器286

15.3.1线性可调差分变压器287

15.3.2霍尔效应电磁传感器291

15.3.3光学编码器293

15.3.4旋转变压器与同步机294

15.3.5感应同步器297

15.3.6矢量交流感应电机控制299

15.3.7加速度计300

15.3.8参考文献302

15.4位置与位移传感器的选型304

15.4.1基本术语304

15.4.2参数304

15.4.3需求核对307

15.4.4后续步骤308

15.4.5参考文献与资源309

第16章 压力传感器311

16.1压阻式压力测量311

16.1.1压力测量技术基础311

16.1.2压力测量类型313

16.1.3压力传感器的选型与说明315

16.1.4适用标准322

16.1.5接口和设计信息323

16.1.6最新进展和未来展望326

16.1.7参考文献与资源327

16.2压电式压力传感器327

16.2.1技术基础328

16.2.2传感器设计及应用333

16.2.3传感器选型340

16.2.4制造商链接342

16.2.5最新发展和未来展望342

16.2.6参考文献与资源343

第17章 机械冲击传感器344

17.1技术基础344

17.1.1冲击测量344

17.1.2速度冲击344

17.1.3振荡冲击344

17.1.4大幅度冲击345

17.1.5高频、短上升时间型冲击345

17.1.6传感器需在大应力条件下工作345

17.2各种传感器及其优缺点345

17.2.1压电型加速度计345

17.2.2电荷模式压电型加速度计345

17.2.3低阻抗电压输出型加速度计346

17.2.4压阻型加速度计346

17.2.5激光多普勒速度计346

17.2.6应变计346

17.3选型与指标347

17.3.1期望的幅度347

17.3.2期望的频率成分348

17.3.3低频348

17.3.4高频348

17.3.5故障类型349

17.3.6结构性谐振351

17.3.7环境的影响351

17.4适用标准355

17.5接口技术355

17.5.1机械接口及安装355

17.5.2电气接口和信号调理357

17.6设计方法、技巧及实例358

17.6.1高机械谐振频率358

17.6.2耐振358

17.6.3带阻尼的谐振响应358

17.6.4机械滤波358

17.6.5电子滤波359

17.7最新进展和未来展望359

参考文献359

第18章 测试与测量传声器361

18.1测量传声器的特性361

18.2常用传声器类型362

18.3传统电容器传声器设计362

18.4预极化或驻极体传声器设计363

18.5频率响应363

18.5.1声波入射角度的影响363

18.5.2压强传声器364

18.5.3自由场传声器365

18.5.4随机入射传声器367

18.6测量范围限制367

18.6.1下限声级限制367

18.6.2上限声级限制368

18.6.3振动膜张力的影响368

18.7环境条件的影响368

18.8传声器标准369

18.9专用传声器类型370

18.9.1声强传声器370

18.9.2阵列传声器371

18.9.3探针传声器371

18.10校准372

18.10.1声级校准器372

18.10.2活塞话机校准器372

18.10.3插入电压校准372

18.10.4场校准373

18.10.5互易校准373

18.11测试与测量传声器的主要制造商373

参考文献与资源374

第19章 应变计375

19.1概述375

19.1.1压阻式应变计375

19.1.2薄膜应变计377

19.1.3微型器件378

19.1.4应变计的精度379

19.1.5应用379

19.1.6压阻式悬臂的计算示例379

19.2基于应变计的测量381

19.2.1压力传感器383

19.2.2电桥信号调理电路384

19.2.3参考文献387

19.3应变计传感器的安装388

19.3.1一般应力分析安装的胶结薄片应变计388

19.3.2精密传感器的安装389

19.3.3高温安装390

19.3.4其他安装方法392

第20章 温度传感器394

20.1传感器类型和技术394

20.1.1机电型394

20.1.2电子型395

20.1.3阻性器件396

20.2温度传感器的指标与选型397

20.3适用标准406

20.3.1标准机构406

20.3.2工业组织407

20.3.3适用标准和指标407

20.4接口和设计信息409

20.4.1双金属型、球状型和毛细管型恒温器409

20.4.2电阻和精度409

20.4.3测温电路412

20.4.4热传导方程和RTD的自发热413

20.5最新进展和未来展望415

参考文献与资源415

第21章 纳米技术传感器：可能性、现实性与应用417

21.1可能性417

21.1.1日益集成化技术418

21.1.2生产进步419

21.1.3运算设计419

21.2现实性419

21.3应用420

21.4总结423

参考文献423

进一步阅读424

第22章 无线传感器网络：原理及应用425

22.1概述425

22.2单个无线传感器节点结构425

22.3无线传感器网络体系结构426

22.3.1星形网426

22.3.2网状网427

22.3.3星形—网状混合型网427

22.4无线传感器网络物理层无线协议方案428

22.4.1IEEE802.11x428

22.4.2蓝牙428

22.4.3IEEE802.15.4429

22.4.4ZigBee429

22.4.5IEEE1451.5430

22.5传感器网络的功率考虑430

22.6无线传感器网络应用431

22.6.1结构健康监测的智能结构431

22.6.2工业自动化431

22.6.3典型应用的土木结构监测432

22.7最新进展和未来展望434

22.8结论434

22.9致谢434

参考文献434

附录A传感器寿命成本分析与计算436

附录B智能传感器和传感器电子数据表（TEDS）问答439

附录C单位和换算442

附录D物理常量448

附录E介电常数456

附录F折射率459

附录G工程材料性质460

附录H发射源电阻系数467

附录1一些典型液体的物理性质478

附录J不同介质中的声速479

附录K电池480

附录L温度481

传感器供应商482