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第1章 传感与检测技术基础1

1.1 传感与检测的概念1

1.1.1 检测技术1

1.1.2 自动检测系统1

1.2 传感器概论2

1.2.1 传感器的定义2

1.2.2 传感器的组成2

1.2.3 传感器的分类3

1.3 传感器与检测技术的发展方向4

1.4 检测系统的静态特性与性能指标6

1.4.1 测量范围6

1.4.2 灵敏度6

1.4.3 线性度7

1.4.4 稳定度和漂移8

1.4.5 回程误差8

1.4.6 重复性9

1.4.7 分辨力9

1.4.8 精度9

1.5 检测系统的动态特性与性能指标10

1.5.1 微分方程10

1.5.2 传递函数11

1.5.3 频率响应函数11

1.5.4 实现不失真测量的条件13

习题14

第2章 检测系统的误差合成15

2.1 测量误差的基本概念15

2.1.1 测量误差的名词术语15

2.1.2 测量误差的分类16

2.1.3 误差产生的原因17

2.1.4 测量误差的表示方法18

2.2 系统误差的消除方法19

2.3 随机误差及其估算21

2.3.1 随机误差的正态分布曲线21

2.3.2 正态分布的随机误差的数字特征22

2.3.3 正态分布的概率计算22

2.4 测量误差的合成及最小二乘法的应用24

2.4.1 测量误差的合成24

2.4.2 最小二乘法的应用25

2.4.3 回归分析27

2.5 测量结果的数据处理28

2.5.1 测量结果的表示方法与有效数字的处理原则28

2.5.2 异常测量值的判别与舍弃29

2.5.3 等精度测量结果的数据处理步骤31

2.5.4 不等精度测量的权与误差32

习题33

第3章 弹性敏感元件设计34

3.1 弹性敏感元件的基本特性34

3.1.1 弹性特性34

3.1.2 弹性滞后35

3.1.3 弹性后效35

3.1.4 固有振动频率36

3.1.5 材料要求36

3.2 敏感材料的转换功能37

3.2.1 压－电转换功能37

3.2.2 磁－电转换功能37

3.2.3 光－电转换功能38

3.2.4 热－电转换38

3.3 半导体敏感材料40

3.3.1 影响半导体物理性能的外场效应40

3.3.2 常用半导体敏感材料40

3.4 陶瓷敏感材料41

3.4.1 压电陶瓷41

3.4.2 热释电陶瓷42

3.4.3 半导体陶瓷42

3.5 有机敏感材料42

3.5.1 有机热敏器件43

3.5.2 压电性和热释电性高分子材料44

3.6 形状记忆合金44

习题45

第4章 电参量式传感器46

4.1 电阻式传感器46

4.1.1 金属电阻应变片46

4.1.2 半导体应变片47

4.1.3 应变片的命名48

4.1.4 电阻式传感器的测量电路49

4.1.5 电阻式传感器的应用53

4.2 电容式传感器56

4.2.1 电容式传感器的优点和缺点56

4.2.2 电容式传感器的工作原理和结构57

4.2.3 电容式传感器测量电路62

4.2.4 电容式传感器应用举例64

4.3 电感式传感器67

4.3.1 自感式传感器67

4.3.2 互感式传感器70

4.3.3 电感式传感器的应用73

4.4 电涡流式传感器75

4.4.1 高频反射型电涡流式传感器75

4.4.2 低频透射型电涡流式传感器77

4.4.3 测量电路77

4.4.4 应用举例78

习题80

第5章 压电式传感器82

5.1 压电效应和压电材料82

5.1.1 压电效应82

5.1.2 压电材料简介82

5.1.3 石英晶体的压电特性83

5.1.4 压电陶瓷的压电现象84

5.2 压电式传感器等效电路和测量电路85

5.2.1 压电式传感器的等效电路85

5.2.2 压电式传感器测量电路87

5.3 压电式力传感器的合理使用89

5.4 压电式传感器应用90

习题92

第6章 磁电式传感器93

6.1 动圈式磁电传感器93

6.2 磁阻式磁电传感器94

6.3 磁电式传感器的测量电路95

6.4 霍耳传感器95

6.4.1 霍耳元件95

6.4.2 霍耳集成传感器99

6.4.3 霍耳传感器的应用101

习题103

第7章 热电式传感器104

7.1 热电偶传感器104

7.1.1 热电偶工作原理104

7.1.2 热电偶定律105

7.1.3 热电偶的测温电路107

7.1.4 热电偶的结构、种类和特点108

7.1.5 应用热电偶的注意事项111

7.1.6 应用举例112

7.2 热电阻传感器113

7.2.1 金属热电阻113

7.2.2 热敏电阻115

习题116

第8章 光电式传感器117

8.1 光电效应和光电器件117

8.1.1 光电效应117

8.1.2 光电器件119

8.1.3 光生伏特器件119

8.1.4 光电耦合器件121

8.1.5 电荷耦合器件（CCD）124

8.1.6 光电式传感器的其他应用127

8.2 光纤传感器129

8.2.1 光纤传感器的组成130

8.2.2 光纤传感器的分类130

8.2.3 光纤传感器的工作原理131

8.2.4 光纤传感器的实际应用133

8.3 红外传感器136

8.3.1 红外传感器136

8.3.2 红外传感器的应用137

8.4 编码器138

8.4.1 光电式编码器的结构与分类139

8.4.2 光电式编码器的工作原理139

8.4.3 光电式编码器分辨力的提高方法140

8.4.4 光电式编码器的应用142

8.5 光栅式传感器143

8.5.1 光栅的基本结构143

8.5.2 光栅式传感器的结构145

8.5.3 光栅式传感器工作原理146

8.5.4 光栅传感器的应用149

8.6 感应同步器150

8.6.1 感应同步器的结构150

8.6.2 感应同步器的工作原理151

8.6.3 感应同步器的应用152

8.7 容栅式传感器153

8.7.1 容栅式传感器的基本结构及工作原理153

8.7.2 容栅式传感器的特点154

习题155

第9章 超声波微波传感器156

9.1 超声波传感器156

9.1.1 超声检测的物理基础156

9.1.2 超声波传感器原理与结构157

9.2 微波传感器158

9.2.1 波的基本知识158

9.2.2 微波传感器及其分类159

9.2.3 微波传感器的优点与存在问题160

9.2.4 微波传感器的应用160

习题163

第10章 化学传感器164

10.1 气敏传感器164

10.1.1 气敏传感器基本概念164

10.1.2 半导体气敏传感器的工作机理165

10.1.3 半导体气敏传感器的主要参数165

10.1.4 半导体气敏传感器的结构166

10.1.5 气敏传感器的应用167

10.2 湿敏传感器167

10.2.1 湿度的表示方法167

10.2.2 湿敏传感器的特性参数167

10.2.3 半导体陶瓷湿敏电阻导电机理169

10.2.4 常用半导体湿敏电阻170

10.2.5 湿敏传感器的应用171

习题172

第11章 传感器应用技术173

11.1 信号调理电路173

11.1.1 信号调理电路的作用173

11.1.2 测量电桥电路174

11.1.3 信号放大器电路177

11.1.4 信号滤波电路180

11.1.5 信号转换电路185

11.1.6 调制与解调186

11.2 传感器中的接口技术189

11.2.1 A/D、D/A转换接口技术189

11.2.2 异步串行通信及其接口技术190

11.2.3 总线技术193

11.3 传感器的补偿技术195

11.3.1 非线性误差及补偿195

11.3.2 温度误差及补偿199

11.4 传感器的抗干扰技术201

11.4.1 干扰的分类201

11.4.2 干扰的耦合方式204

11.4.3 抑制干扰的措施206

习题210

附录 传感器常见实验212

实验一 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验212

实验二 金属箔式应变片——半桥性能实验215

实验三 金属箔式应变片——全桥性能实验216

实验四 电容式传感器的位移特性实验218

实验五 霍耳转速传感器测速实验220

实验六 光电转速传感器测速实验221

参考文献222