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第1章 绪论 1

1.1传感器的作用实例分析 1

1.2传感器的分类 5

1.2.1按输出信号的类型分类 5

1.2.2按传感器能量源分类 5

1.2.3按被测量分类 6

1.2.4按工作原理分类 6

1.3传感器技术的特点 7

1.4传感器技术的发展 8

1.4.1新原理、新材料和新工艺的发展 8

1.4.2微型化、集成化、多功能和智能化的发展 10

1.4.3多传感器融合与网络化的发展 11

1.4.4量子传感技术的快速发展 12

1.5本书的特点 13

思考题与习题 13

第2章 传感器的特性与评估 15

2.1传感器的静态标定 15

2.1.1静态标定条件 15

2.1.2传感器的静态特性 16

2.2传感器的主要静态性能指标 17

2.2.1测量范围与量程 17

2.2.2静态灵敏度 17

2.2.3分辨力与分辨率 17

2.2.4温漂 18

2.2.5时漂（稳定性） 18

2.2.6传感器的测量误差 19

2.2.7线性度 19

2.2.8迟滞 21

2.2.9非线性迟滞 22

2.2.10重复性 22

2.2.11综合误差 23

2.3传感器的动态特性与评估 24

2.3.1传感器的动态特性方程 24

2.3.2传感器的动态响应及动态性能指标 25

2.3.3传感器的动态标定 30

2.3.4传感器的动态模型建立 31

2.4传感器静态特性的计算实例 34

2.4.1传感器灵敏度的计算与分析 34

2.4.2传感器分辨力与分辨率的计算 35

2.4.3传感器主要静态性能指标的计算与评估 35

2.4.4传感器温度漂移的计算 39

2.4.5传感器稳定性的计算 39

2.5传感器动态特性计算实例 40

2.5.1利用传感器阶跃响应建立传递函数 40

2.5.2传感器幅频特性的测试及改进 41

思考题与习题 43

第3章 热电式传感器 46

3.1概述 46

3.1.1温度的概念 46

3.1.2温标 46

3.1.3测温方法与测温仪器的分类 47

3.2热电阻温度传感器 47

3.2.1金属热电阻 47

3.2.2半导体热敏电阻 49

3.2.3测温电桥电路 50

3.3热电偶 53

3.3.1热电效应 53

3.3.2热电偶的工作原理 54

3.3.3热电偶的基本定律 54

3.3.4热电偶的误差及补偿 55

3.3.5热电偶的组成、分类及特点 58

3.4半导体温度传感器 59

3.5非接触式温度传感器 60

3.5.1全辐射式温度传感器 60

3.5.2亮度式温度传感器 60

3.5.3比色式温度传感器 61

3.6温度传感器的典型实例 62

3.6.1典型的测温电桥电路 62

3.6.2基于热电阻的气体质量流量传感器 63

思考题与习题 64

第4章 电位器式传感器 66

4.1基本结构与功能 66

4.2线绕式电位器的特性 67

4.2.1灵敏度 67

4.2.2阶梯特性和阶梯误差 67

4.2.3分辨率 67

4.3非线性电位器 68

4.3.1功用 68

4.3.2实现途径 68

4.4电位器的负载特性及负载误差 69

4.4.1负载特性 69

4.4.2负载误差 70

4.4.3减小负载误差的措施 71

4.5电位器的结构与材料 73

4.5.1电阻丝 73

4.5.2电刷 73

4.5.3骨架 74

4.6电位器式传感器的典型实例 74

4.6.1电位器式压力传感器 74

4.6.2电位器式加速度传感器 75

思考题与习题 76

第5章 应变式传感器 78

5.1电阻应变片 78

5.1.1应变式变换原理 78

5.1.2应变片结构及应变效应 79

5.1.3电阻应变片的种类 80

5.1.4应变片的主要参数 81

5.2应变片的温度误差及其补偿 81

5.2.1温度误差产生的原因 81

5.2.2温度误差的补偿方法 82

5.3电桥电路原理 84

5.3.1电桥电路的平衡 84

5.3.2电桥电路的不平衡输出 85

5.3.3电桥电路的非线性误差 85

5.3.4四臂受感差动电桥电路的温度补偿 87

5.4应变式传感器的典型实例 88

5.4.1应变式力传感器 88

5.4.2应变式加速度传感器 96

5.4.3应变式压力传感器 97

5.4.4应变式转矩传感器 102

思考题与习题 103

第6章 硅压阻式传感器 105

6.1硅压阻式变换原理 105

6.1.1半导体材料的压阻效应 105

6.1.2单晶硅的晶向、晶面的表示 106

6.1.3压阻系数 107

6.2硅压阻式传感器的典型实例 110

6.2.1硅压阻式压力传感器 110

6.2.2硅压阻式加速度传感器 115

6.3硅压阻式传感器温度漂移的补偿 118

思考题与习题 119

第7章 电容式传感器 121

7.1电容式敏感元件及特性 121

7.1.1电容式敏感元件 121

7.1.2变间隙电容式敏感元件 121

7.1.3变面积电容式敏感元件 122

7.1.4变介电常数电容式敏感元件 123

7.1.5电容式敏感元件的等效电路 123

7.2电容式变换元件的信号转换电路 124

7.2.1运算放大器式电路 124

7.2.2交流不平衡电桥电路 124

7.2.3变压器式电桥电路 124

7.2.4二极管电路 125

7.2.5差动脉冲调宽电路 126

7.3电容式传感器的典型实例 127

7.3.1电容式位移传感器 127

7.3.2电容式压力传感器 130

7.3.3电容式加速度传感器 131

7.4电容式传感器的抗干扰问题 131

7.4.1温度变化对结构稳定性的影响 131

7.4.2温度变化对介质介电常数的影响 132

7.4.3绝缘问题 132

7.4.4寄生电容的干扰与防止 132

思考题与习题 133

第8章 变磁路式传感器 135

8.1电感式变换原理及其元件 135

8.1.1简单电感式变换元件 135

8.1.2差动电感式变换元件 137

8.1.3差动变压器式变换元件 138

8.2磁电感应式变换原理 140

8.3电涡流式变换原理 141

8.3.1电涡流效应 141

8.3.2等效电路分析 141

8.3.3信号转换电路 142

8.4霍尔效应及元件 143

8.4.1霍尔效应 143

8.4.2霍尔元件 144

8.5变磁路式传感器的典型实例 145

8.5.1差动变压器式加速度传感器 145

8.5.2电磁式振动速度传感器 145

8.5.3霍尔式振动位移传感器 146

8.5.4差动电感式压力传感器 147

8.5.5磁电式涡轮流量传感器 148

8.5.6基于电涡流式振动位移传感器的振动场测量 149

思考题与习题 149

第9章 压电式传感器 151

9.1主要压电材料及其特性 151

9.1.1石英晶体 151

9.1.2压电陶瓷 155

9.1.3聚偏二氟乙烯 156

9.1.4压电元件的等效电路 157

9.2压电元件的信号转换电路 157

9.2.1电荷放大器与电压放大器 157

9.2.2压电元件的并联与串联 158

9.3压电式传感器的抗干扰问题 159

9.3.1环境温度的影响 159

9.3.2环境湿度的影响 160

9.3.3横向灵敏度 160

9.3.4基座应变的影响 161

9.3.5声噪声的影响 161

9.3.6电缆噪声的影响 161

9.3.7接地回路噪声的影响 162

9.4压电式传感器的典型实例 162

9.4.1压电式加速度传感器 162

9.4.2压电式压力传感器 164

9.4.3压电式超声波流量传感器 165

9.4.4压电式温度传感器 166

思考题与习题 167

第10章 谐振式传感器 169

10.1谐振状态及其评估 169

10.1.1谐振现象 169

10.1.2谐振子的机械品质因数Q值 171

10.2闭环自激系统的实现 172

10.2.1基本结构 172

10.2.2闭环系统的实现条件 172

10.3测量原理及特点 173

10.3.1测量原理 173

10.3.2谐振式传感器的特点 174

10.4谐振式传感器的典型实例 174

10.4.1谐振弦式压力传感器 174

10.4.2谐振筒式压力传感器 175

10.4.3谐振膜式压力传感器 179

10.4.4石英谐振梁式压力传感器 180

10.4.5谐振式科里奥利直接质量流量传感器 181

10.4.6声表面波谐振式加速度传感器 185

思考题与习题 186

第11章 光纤传感器 188

11.1光纤及有关特性 188

11.1.1光纤的结构与种类 188

11.1.2传光原理 189

11.1.3光纤的集光能力 191

11.1.4光纤的传输损耗 192

11.2光纤传感器的典型实例 194

11.2.1基于位移测量的反射式光纤压力传感器 194

11.2.2相位调制光纤压力传感器 196

11.2.3基于萨格纳克干涉仪的光纤角速度传感器 197

11.2.4频率调制光纤血流速度传感器 199

思考题与习题 200

第12章 微机械传感器 202

12.1概述 202

12.1.1微机械传感器的发展 202

12.1.2微传感器中应用的材料 203

12.1.3微传感器中应用的加工工艺 203

12.1.4微传感器中敏感结构的模型问题 204

12.1.5微传感器中微弱信号的处理问题 204

12.2硅微结构谐振式压力传感器 205

12.2.1热激励硅微结构谐振式压力传感器 205

12.2.2差动输出的硅微结构谐振式压力传感器 209

12.3其他硅传感器的典型实例 210

12.3.1硅电容式集成压力传感器 210

12.3.2硅电容式微机械加速度传感器 211

12.3.3硅微机械陀螺 212

12.3.4硅微机械科里奥利质量流量传感器 213

思考题与习题 215

第13章 智能化传感器及其发展 216

13.1概述 216

13.1.1传感器技术的智能化 216

13.1.2基本传感器 218

13.1.3智能化传感器中的软件 219

13.2智能化传感器的典型实例 220

13.2.1智能化差压传感器 220

13.2.2机载智能化结构传感器系统 220

13.2.3全向空速智能化传感器 222

13.2.4嵌入式智能化大气数据传感器系统 223

13.2.5智能化流量传感器系统 224

13.3发展前景 224

思考题与习题 225

参考文献 227

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