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上篇：原理篇 传感器获取信息的基础理论 3

第1章 绪论 3

1.1 传感器技术的地位和作用 3

1.2 传感器技术的应用和需求 3

1.2.1 应用领域 3

1.2.2 市场需求 4

1.3 传感器技术发展趋势 5

1.4 传感器的定义与分类 6

1.4.1 传感器的定义 6

1.4.2 传感器的分类 6

1.5 传感器命名方法及代号 7

1.5.1 命名法构成 7

1.5.2 传感器代号标记方法 8

第2章 应变式传感器 10

2.1 传感器工作原理 10

2.1.1 电阻—应变效应 10

2.1.2 形变传递 11

2.1.3 应变计组成与结构 11

2.2 应变计种类 13

2.3 应变计主要特性参数 14

2.4 应变计使用与选用原则 15

2.5 应变式传感器测量电路 18

2.6 应变式传感器典型应用 21

第3章 光电式传感器 24

3.1 光电效应 24

3.1.1 外光电效应 24

3.1.2 内光电效应 25

3.1.3 光生伏特效应 29

3.2 光电器件的基本特性 31

3.2.1 光谱灵敏度 31

3.2.2 相对光谱灵敏度 31

3.2.3 通量阈 31

3.2.4 转换特性和时间常数 32

3.2.5 光电器件的频率特性 32

3.2.6 光照特性 33

3.2.7 光谱特性 33

3.2.8 温度特性 33

3.2.9 伏安特性 34

3.3 红外传感器 34

3.4 激光传感器 34

3.4.1 激光器 34

3.4.2 激光检测应用 35

第4章 压电式传感器 38

4.1 石英晶体压电特性基础理论 38

4.1.1 石英晶体压电效应 38

4.1.2 石英晶体压电机理分析 39

4.1.3 石英晶体压电方程 41

4.2 传统压电式传感器（PE）测量电路 42

4.2.1 压电式传感器等效电路 42

4.2.2 电荷放大器 44

4.3 压电集成电路（IEPE）传感器 46

4.3.1 工作原理和基本结构 46

4.3.2 PE传感器与IEPE传感器的比较 47

4.3.3 IEPE加速度传感器类型 49

第5章 压阻式传感器 56

5.1 硅压阻效应基础理论 56

5.1.1 压阻效应 56

5.1.2 晶面与晶向 57

5.1.3 压阻系数 58

5.2 硅压阻式压力传感器 61

5.2.1 MEMS敏感芯片设计 61

5.2.2 MEMS敏感芯片工艺 63

5.2.3 MEMS传感器封装设计 63

5.3 压阻式传感器信号调理电路 65

5.3.1 信号放大 65

5.3.2 零偏与温漂补偿 66

5.3.3 满量程输出调整 67

5.4 锰铜压阻式传感器 67

5.4.1 锰铜压阻式传感器工作原理 68

5.4.2 锰铜压阻式传感器结构 69

第6章 强冲击传感器 71

6.1 强冲击加速度传感器概述 71

6.1.1 国内外研究现状 71

6.1.2 单轴强冲击加速度传感器 72

6.1.3 三轴强冲击加速度传感器 76

6.2 压电石英晶体强冲击加速度传感器 78

6.2.1 传感器工作原理 80

6.2.2 传感器主要参数估算与关键技术 81

6.3 压电薄膜强冲击加速度传感器 82

6.3.1 传感器工作原理 83

6.3.2 传感器性能主要影响因素 84

6.4 MEMS压阻式强冲击加速度传感器 85

6.4.1 传感器工作原理 85

6.4.2 传感器敏感芯片结构设计分析 86

6.4.3 传感器敏感芯片版图设计 87

6.4.4 MEMS传感器调理电路设计 89

6.5 强冲击特种传感器极端环境试验测试与计量校准 90

6.5.1 研制需求分析 91

6.5.2 存在的突出问题 93

6.5.3 我国特种传感器发展方向思考 93

6.5.4 我国极端环境试验测试发展方向思考 94

第7章 热电式传感器 96

7.1 热电偶 96

7.1.1 热电偶的物理基础 96

7.1.2 热电偶类型 100

7.1.3 热电偶实用测温电路 102

7.2 热电阻传感器 104

7.3 半导体热敏电阻传感器 106

第8章 磁传感器 108

8.1 霍尔器件 108

8.2 磁敏二极管和磁敏三极管 109

8.3 CMOS磁敏器件 112

8.4 半导体三维磁矢量器件 113

8.5 巨磁阻抗传感器 114

第9章 电位器、电感式传感器 117

9.1 电位器式传感器 117

9.1.1 工作原理 117

9.1.2 典型应用 119

9.2 电感式传感器 121

9.2.1 自感式传感器 121

9.2.2 互感式传感器 123

9.2.3 电感式传感器典型应用 124

9.3 电涡流式传感器 126

9.3.1 工作原理 126

9.3.2 典型应用 128

第10章 陀螺 131

10.1 速率陀螺 131

10.2 气体速率陀螺 132

10.3 振梁式压电陀螺 132

10.4 静电陀螺 133

10.5 激光陀螺 135

10.6 光纤陀螺 135

10.7 微机械陀螺 136

10.7.1 微机械陀螺的工作原理 137

10.7.2 硅微框架驱动式陀螺 137

10.7.3 音叉式硅微振动陀螺 138

10.7.4 微型惯性测量组合 138

第11章 数字式传感器 140

11.1 编码器 140

11.1.1 接触式编码器 140

11.1.2 光电式编码器 142

11.1.3 脉冲盘式数字传感器 142

11.2 计量光栅 144

11.2.1 计量光栅的类型 144

11.2.2 光栅传感器的结构和原理 145

11.2.3 辨向原理 147

11.2.4 细分技术 149

11.3 容栅 151

11.3.1 容栅传感器的结构 151

11.3.2 容栅传感器的原理 152

11.3.3 容栅传感器的信号处理 152

11.4 谐振式传感器 153

11.4.1 工作原理 153

11.4.2 谐振式传感器典型应用 154

第12章 传感器的特性与标定校准 158

12.1 传感器主要静态性能指标 158

12.1.1 测量范围和量程 158

12.1.2 灵敏度 158

12.1.3 分辨力和阈值 159

12.1.4 迟滞 160

12.1.5 重复性 160

12.1.6 线性度 161

12.1.7 符合度 162

12.1.8 零漂及温漂 162

12.1.9 总精度 163

12.2 传感器动态响应特性 164

12.2.1 一阶系统的频率响应 164

12.2.2 一阶系统时间常数确定方法 166

12.2.3 二阶系统的频率响应 167

12.2.4 二阶系统递函数的确定方法 168

12.2.5 高阶系统的频率响应 169

12.3 传感器性能测试与标定校准 170

12.3.1 冲击传感器的标定校准装置 171

12.3.2 冲击传感器静态特性测试 174

12.3.3 冲击传感器动态特性测试 175

12.3.4 传感器环境温度灵敏度测试 176

中篇：应用篇 信息获取技术典型工程应用 181

第13章 瞬态冲击信息获取存储测试技术 181

13.1 瞬态冲击信息获取存储测试设计要求 181

13.2 瞬态信息获取存储测试总体设计 184

13.2.1 设计指标 184

13.2.2 系统总体方案 184

13.2.3 测试系统工作流程 185

13.3 硬件系统设计与实现 185

13.3.1 硬件电路原理图设计 185

13.3.2 电源管理模块设计 186

13.3.3 主控器模块设计 186

13.3.4 调零模块设计 186

13.3.5 放大模块设计 187

13.3.6 抗混叠滤波与阻抗匹配模块设计 187

13.3.7 ADC采样模块设计 187

13.3.8 数据存储模块设计 187

13.3.9 串行通信模块设计 188

13.3.10 硬件电路PCB设计要求 188

13.4 软件系统设计与实现 189

13.4.1 软件系统总体方案 189

13.4.2 实时操作系统UCOSII 190

13.4.3 基于UCOSII的任务设计要求 190

13.4.4 软件系统任务划分 190

13.4.5 软件系统任务优先级分配 191

13.5 数据分析处理软件设计与功能实现 191

13.5.1 数据分析处理软件需求分析 192

13.5.2 弹载数据分析处理软件总体设计 192

13.5.3 弹载数据分析处理软件模块设计 193

13.6 测试系统调试和试验验证 198

13.6.1 调试方案 198

13.6.2 调试过程 198

13.6.3 调试结果 200

13.6.4 静态试验验证 200

第14章 高能量冲击光电信息获取技术 202

14.1 高能量冲击速度／加速度信号概述 202

14.2 空气炮高冲击测试系统的设计与实现 203

14.3 空气炮冲击测试与计量校准方法 204

14.3.1 冲击绝对校准法 204

14.3.2 冲击相对校准法 206

14.4 高冲击测试测速系统设计 209

14.4.1 多窄缝测速工作原理 209

14.4.2 多窄缝测速装置的结构设计 210

14.4.3 多窄缝测速装置的电路设计 211

14.5 高冲击测试LabVIEW数据采集处理程序设计 212

14.5.1 采集处理程序前面板 212

14.5.2 数据采集存储模块 214

14.5.3 灵敏度计算与结果输出模块 215

14.5.4 空气炮高冲击测试系统调试 220

14.6 空气炮高冲击测试实验结果分析 220

第15章 汽车辅助驾驶双目视觉里程计信息获取技术 222

15.1 视觉里程计信息获取技术概述 222

15.2 汽车辅助驾驶信息获取总体设计 223

15.2.1 汽车辅助驾驶改造架构 223

15.2.2 汽车辅助驾驶环境感知平台 225

15.2.3 汽车辅助驾驶硬件配置 227

15.2.4 汽车辅助驾驶系统及网络配置 227

15.3 双目立体全景视觉工作原理 228

15.4 双目全景视觉系统标定及实验 230

15.4.1 双目立体全景视觉系统标定原理 230

15.4.2 双目标定实验 232

15.5 双目立体全景视觉里程计设计与实验验证 235

15.5.1 视觉里程计原理 236

15.5.2 视觉里程计实验 237

第16章 高分辨图像传感器信息获取技术 241

16.1 图像信息获取技术概述 241

16.1.1 CMOS与CCD图像传感器分析 241

16.1.2 CCD图像传感器的工作原理 243

16.2 高分辨图像信息获取前端总体设计 248

16.2.1 设计要求 248

16.2.2 系统总体框架结构 248

16.2.3 ICX694ALG图像传感器工作原理 249

16.2.4 高分辨CCD图像传感器驱动方案分析 251

16.3 CCD图像信息获取前端硬件电路设计 254

16.3.1 垂直驱动电路设计 254

16.3.2 控制电路功能分析 255

16.3.3 FPGA时序控制电路设计 258

16.4 信息获取前端软件设计与实现 260

16.4.1 CCD时序原理与分析 260

16.4.2 AD9979配置分析 260

16.5 测试分析与实验验证 261

16.5.1 测试条件 261

16.5.2 驱动时序测试与分析 262

16.5.3 AD9979配置串口测试与分析 264

16.5.4 CCD图像传感器输出测试与分析 265

16.5.5 图像传输显示测试与分析 266

下篇：实践篇 信息获取技术综合实验 269

第17章 传感器基础实验 269

实验1 金属箔式应变片——1/4桥性能实验 269

实验2 金属箔式应变片——半桥性能实验 274

实验3 金属箔式应变片——全桥性能实验 275

实验4 金属箔式应变片1/4桥、半桥、全桥性能比较 277

实验5 金属箔式应变片的温度影响实验 278

实验6 直流全桥的应用——电子秤实验 279

实验7 交流全桥的应用——振动测量实验 280

实验8 压阻式压力传感器的压力测量实验 283

实验9 差动变压器的性能实验 285

实验10 激励频率对差动变压器特性的影响实验 289

实验11 差动变压器零点残余电压补偿实验 290

实验12 差动变压器测位移实验 291

实验13 差动变压器的应用——振动测量实验 292

实验14 直流激励霍尔传感器位移特性实验 294

实验15 交流激励时霍尔传感器的位移特性实验 297

实验16 霍尔测速实验 298

实验17 磁电式传感器测速实验 299

实验18 压电式传感器测量振动实验 301

实验19 电涡流传感器位移特性实验 305

实验20 材质对电涡流传感器特性影响实验 309

实验21 面积大小对电涡流传感器特性影响实验 309

实验22 电涡流传感器的应用——振动测量实验 310

实验23 电涡流传感器的应用——电子秤实验 312

实验24 电涡流传感器测转速实验 313

实验25 光电式转速传感器的转速测量实验 314

实验26 Cu50温度传感器的温度特性实验 315

实验27 Pt100热电阻测温特性实验 318

实验28 热电偶测温性能实验 320

实验29 温度仪表PID控制实验 323

实验30 暗光街灯（光敏电阻）应用实验 324

实验31 红外遥控（光敏管）应用实验 325

第18章 LabVIEW及MATLAB高级实验 326

实验32 LabVIEW程序开发环境 326

实验33 虚拟温度计的设计 328

实验34 子VI的创建与调用 333

实验35 常用数字信号发生器 339

实验36 信号的瞬态特性测量 344

实验37 常见信号的频谱（幅值-相位） 346

实验38 巴特沃斯（Butterworth）滤波器 347

实验39 串口通信——A/D实验 348

实验40 串口通信——D/A实验 351

实验41 串口通信——DI实验 351

实验42 串口通信——DO实验 352

实验43 串口通信综合实验 353

实验44 智能温度控制系统的设计 355

实验45 智能转速控制系统的设计 357

实验46 MATLAB运行环境及配置 359

实验47 A/D操作实验 361

实验48 D/A操作实验 363

实验49 DI操作实验 363

实验50 DO操作实验 363

实验51 电压状态监视／报警实验 364

实验52 PID控制实验 365

参考文献 368

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