本書主要針對應(yīng)用型人才培養(yǎng)及實際工程應(yīng)用編寫，各章節(jié)按照工作原理分類。共分為11章，第1章講述傳感器基礎(chǔ)知識；第2章講述傳感器特性；第3～11章分別講述電位器式、應(yīng)變式、電容式、壓電式、磁電式、熱電式、光電式、化學與生物傳感器及智能化、網(wǎng)絡(luò)化傳感器技術(shù)，各章節(jié)主要闡述各類傳感器的原理、特性及應(yīng)用設(shè)計。
本書編寫從最簡單的零階傳感器入手，由淺入深，循序漸進，各章節(jié)開頭給出知識要點，然后根據(jù)要點給出知識結(jié)構(gòu)，讓讀者對本章內(nèi)容有一個全面了解；章節(jié)結(jié)尾給出了總結(jié)，便于讀者歸納本章內(nèi)容；最后給出習題，加深理解與掌握。各章節(jié)內(nèi)容安排上側(cè)重基本原理與應(yīng)用設(shè)計，利于讀者理解的加深與應(yīng)用能力的提高。
本書可作為高等學校測控技術(shù)與儀器、自動化等相關(guān)專業(yè)學生的教材和參考書，也可供有關(guān)工程技術(shù)人員參考。
第1章傳感器基礎(chǔ)知識1
1.1傳感器的地位與作用1
1.2傳感器定義與分類2
1.2.1傳感器定義2
1.2.2傳感器分類3
1.3傳感器與傳感技術(shù)4
1.4傳感技術(shù)的特點4
1.5傳感器技術(shù)的發(fā)展方向5
1.6本章小結(jié)6
習題6
第2章傳感器特性7
2.1傳感器的靜態(tài)特性8
2.1.1線性度8
2.1.2靈敏度12
2.1.3遲滯差12
2.1.4靈敏度界限(閾值)13
2.1.5穩(wěn)定性13
2.2傳感器的動態(tài)特性13
2.2.1傳感器動態(tài)特性的數(shù)學模型14
2.2.2傳感器的傳遞函數(shù)15
2.2.3頻率響應(yīng)函數(shù)16
2.2.4沖激響應(yīng)函數(shù)17
2.2.5頻率響應(yīng)分析18
2.3傳感器的靜態(tài)特性標定22
2.3.1靜態(tài)標準條件22
2.3.2標定儀器設(shè)備的精度等級的確定22
2.3.3靜態(tài)特性標定的方法22
2.4傳感器的動態(tài)特性標定23
2.5本章小結(jié)25
習題26
第3章電位器式傳感器27
3.1線性電位器27
3.1.1空載特性28
3.1.2階梯特性、階梯誤差和分辨率29
3.2非線性電位器30
3.2.1變骨架式非線性電位器30
3.2.2變節(jié)距式非線性電位器31
3.2.3分路(并聯(lián))電阻式非線性電位器32
3.3負載特性與負載誤差34
3.4結(jié)構(gòu)與材料36
3.5電位器式傳感器37
3.5.1電位器式位移傳感器37
3.5.2電位器式壓力傳感器37
3.5.3電位器式加速度傳感器37
3.6電位器式傳感器應(yīng)用設(shè)計38
3.6.1電位器式液位傳感器設(shè)計38
3.6.2電位器式角度指示儀設(shè)計39
3.6.3汽車前輪轉(zhuǎn)向角的簡易測量系統(tǒng)設(shè)計39
3.6.4電位器性能測試系統(tǒng)的設(shè)計40
3.7本章小結(jié)43
習題43
第4章應(yīng)變式傳感器45
4.1電阻應(yīng)變計結(jié)構(gòu)及測量原理45
4.2電阻應(yīng)變效應(yīng)46
4.3應(yīng)變計型號命名規(guī)則47
4.4應(yīng)變計主要特性48
4.4.1應(yīng)變計的靈敏度系數(shù)48
4.4.2橫向效應(yīng)48
4.4.3滯后、漂移49
4.4.4應(yīng)變極限、疲勞壽命50
4.4.5絕緣電阻、最大工作電流50
4.4.6應(yīng)變片的電阻值50
4.5測量電路50
4.5.1直流電橋50
4.5.2交流電橋52
4.5.3應(yīng)變片的溫度誤差及其補償53
4.6電阻應(yīng)變儀57
4.6.1電阻應(yīng)變儀57
4.6.2遙測應(yīng)變儀實例——汽輪機長葉片動應(yīng)力的遙測58
4.7應(yīng)變式傳感器59
4.7.1應(yīng)變式力傳感器59
4.7.2應(yīng)變式壓力傳感器63
4.7.3應(yīng)變式加速度傳感器64
4.8新型的微應(yīng)變式傳感器65
4.8.1壓阻效應(yīng)65
4.8.2微型硅應(yīng)變式傳感器67
4.8.3X型硅壓力傳感器67
4.8.4薄膜應(yīng)變式傳感器68
4.9電阻應(yīng)變式傳感器應(yīng)用設(shè)計69
4.9.1設(shè)計任務(wù)69
4.9.2設(shè)計目的69
4.9.3設(shè)計要求69
4.9.4設(shè)計提示與分析69
4.10本章小結(jié)71
習題72
第5章電容式傳感器74
5.1可變電容器74
5.2電容式傳感器的工作原理75
5.2.1變極板間距離式電容傳感器75
5.2.2變面積式電容傳感器76
5.2.3變介電常數(shù)型電容傳感器76
5.2.4差動式電容傳感器78
5.3電容式傳感器的測量電路78
5.3.1測量電路的基本問題78
5.3.2脈寬調(diào)制電路82
5.4電容式傳感器應(yīng)用84
5.4.1電容式液位傳感器84
5.4.2電容式壓力傳感器85
5.4.3電容式加速度計85
5.4.4電容式測厚傳感器86
5.5本章小結(jié)86
習題86
第6章壓電傳感器88
6.1壓電效應(yīng)88
6.1.1石英晶體的壓電效應(yīng)88
6.1.2壓電方程90
6.2壓電材料91
6.2.1石英晶體91
6.2.2人工陶瓷92
6.2.3新型壓電材料93
6.3壓電傳感器的測量電路93
6.3.1等效電路93
6.3.2電荷放大器95
6.3.3電壓放大器96
6.4壓電傳感器及其應(yīng)用98
6.4.1基本應(yīng)用98
6.4.2加速度傳感器98
6.5壓電諧振式傳感器101
6.5.1工作原理101
6.5.2石英晶體諧振式溫度傳感器101
6.5.3石英晶體諧振式壓力傳感器102
6.5.4石英晶體諧振式質(zhì)量傳感器103
6.6本章小結(jié)104
習題104
第7章磁電式傳感器106
7.1變磁阻式傳感器107
7.1.1電感式傳感器107
7.1.2差動電感式傳感器108
7.1.3差動變壓器式傳感器109
7.1.4電動式傳感器111
7.2霍爾傳感器112
7.2.1霍爾磁敏傳感器112
7.2.2工作原理112
7.2.3結(jié)構(gòu)及其特性分析113
7.2.4霍爾元件的驅(qū)動電路114
7.2.5霍爾元件的誤差分析及補償114
7.2.6霍爾傳感器的應(yīng)用115
7.3磁敏二極管和磁敏三極管116
7.3.1磁敏二極管的工作原理和主要特性116
7.3.2磁敏三極管的工作原理和主要特性118
7.4巨磁電阻磁傳感器120
7.4.1電子自旋121
7.4.2常見的磁電阻體系122
7.4.3巨磁電阻傳感器的檢測電路122
7.4.4GMR傳感器應(yīng)用實例123
7.5巨磁阻抗磁傳感器123
7.5.1巨磁阻抗效應(yīng)原理124
7.5.2巨磁阻抗傳感器典型電路125
7.5.3巨磁阻抗傳感器的應(yīng)用126
7.6本章小結(jié)127
習題128
第8章熱電式傳感器129
8.1熱電偶溫度傳感器129
8.1.1熱電偶的基本性質(zhì)129
8.1.2熱電偶的材料和結(jié)構(gòu)132
8.1.3熱電偶的分度表132
8.1.4熱電偶的冷端溫度補償133
8.1.5熱電偶測溫線路134
8.2熱電阻溫度傳感器135
8.2.1常用熱電阻136
8.2.2熱電阻的測量電路137
8.3半導體溫度傳感器138
8.3.1半導體熱敏電阻138
8.3.2PN結(jié)型熱敏器件144
8.3.3集成(IC)溫度傳感器147
8.3.4半導體光纖溫度傳感器149
8.3.5非接觸型半導體溫度傳感器150
8.4半導體傳感器應(yīng)用設(shè)計實例153
8.4.1設(shè)計任務(wù)153
8.4.2設(shè)計要求153
8.4.3設(shè)計提示與分析154
8.5本章小結(jié)158
習題159
第9章光電傳感器160
9.1概述160
9.2光電探測器的物理基礎(chǔ)161
9.2.1光電探測的物理效應(yīng)及其特性表示161
9.2.2光熱效應(yīng)和光子效應(yīng)的區(qū)別162
9.2.3光電探測器的特性表示法162
9.3光電探測器164
9.3.1光電管164
9.3.2光電倍增管165
9.3.3光敏電阻165
9.3.4光電二極管和光電三極管166
9.3.5光電池167
9.3.6光電耦合器件168
9.4各類光電探測器的性能特點169
9.4.1光電子發(fā)射探測器的特點169
9.4.2光電導探測器的特點169
9.4.3光伏探測器的特點170
9.4.4熱探測器的特點170
9.5光電成像器件170
9.6CCD與CMOS及其應(yīng)用171
9.6.1CCD工作原理及其應(yīng)用特點171
9.6.2CCD成像器件的特征參量及其評價176
9.6.3CCD的工程技術(shù)應(yīng)用177
9.6.4CCD圖像傳感器在微光電視系統(tǒng)中的應(yīng)用184
9.6.5CMOS傳感器的基本原理及其主要性能指標185
9.6.6CCD和CMOS傳感器的比較及發(fā)展趨勢188
9.7紅外凝視成像系統(tǒng)及應(yīng)用193
9.7.1紅外凝視成像系統(tǒng)的組成和工作原理193
9.7.2凝視成像系統(tǒng)的優(yōu)點194
9.7.3應(yīng)用195
9.8紫外探測器件及應(yīng)用195
9.8.1紫外探測器件196
9.8.2紫外器件的主要應(yīng)用198
9.9光纖傳感器及其應(yīng)用201
9.9.1光纖傳感器的背景201
9.9.2光纖導光原理201
9.9.3光纖傳感器的組成及工作原理202
9.9.4光纖傳感器分類203
9.9.5光纖傳感器的應(yīng)用舉例205
9.9.6光纖傳感器的優(yōu)點208
9.9.7光纖傳感器的發(fā)展趨勢209
9.10本章小結(jié)209
習題209
第10章化學與生物傳感器211
10.1概述211
10.1.1化學傳感器211
10.1.2生物傳感器212
10.2氣體傳感器212
10.2.1氣體傳感器的分類和工作原理212
10.2.2常見氣體傳感器的原理與應(yīng)用214
10.2.3氣體傳感器的應(yīng)用實例219
10.2.4氣體傳感器的發(fā)展趨勢與展望221
10.3濕敏傳感器223
10.3.1濕度的定義及其表示方法224
10.3.2濕敏傳感器的定義、性能參數(shù)及特性224
10.3.3濕敏傳感器的分類與性能對比225
10.3.4常用濕敏傳感器的基本原理226
10.3.5濕敏傳感器的測量電路229
10.3.6濕度傳感器的應(yīng)用232
10.3.7濕度傳感器的發(fā)展趨勢與展望233
10.4生物傳感器234
10.4.1生物傳感器組成及工作原理234
10.4.2生物傳感器分類236
10.4.3生物傳感器的特點238
10.4.4主要生物傳感器介紹239
10.4.5生物傳感器應(yīng)用舉例244
10.4.6生物傳感器的發(fā)展趨勢與展望247
10.5本章小結(jié)248
習題248
第11章智能化、網(wǎng)絡(luò)化傳感器技術(shù)250
11.1智能傳感器的分類251
11.2智能傳感器的構(gòu)成、功能與特點251
11.2.1智能傳感器的構(gòu)成251
11.2.2智能傳感器的功能252
11.2.3智能傳感器的特點252
11.3傳感器智能化方法253
11.3.1非集成智能傳感器的實現(xiàn)方法253
11.3.2集成智能傳感器的實現(xiàn)方法254
11.4傳感器網(wǎng)絡(luò)254
11.5無線傳感器網(wǎng)絡(luò)256
11.5.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)的特點257
11.5.2WSN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)258
11.5.3無線傳感器節(jié)點259
11.5.4無線通信的幾種技術(shù)方法260
11.5.5無線傳感器網(wǎng)絡(luò)標準262
11.5.6無線傳感器節(jié)點的應(yīng)用介紹265
11.6智能傳感器的應(yīng)用實例266
11.6.1系統(tǒng)硬件電路設(shè)計266
11.6.2系統(tǒng)軟件設(shè)計268
11.6.3測試結(jié)果269
11.7本章小結(jié)269
習題270
參考文獻271
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