传感器技术及应用

第1章 绪论
1.1 传感器的作用与功能
1.2 传感器的分类
1.2.1 按工作原理分类
1.2.2 按被测量分类
1.3 传感器技术的特点
1.4 传感器技术的发展
1.4.1 新原理、新材料和新工艺传感器的发展
1.4.2 传感器的微型化、集成化、多功能化和智能化发展
1.4.3 多传感器融合与网络化发展
1.5 传感器技术相关的一些基本概念
1.6 本教材的特点及主要内容
思考题与习题

第2章 传感器的特性
2.1 传感器静态特性的一般描述
2.2 传感器的静态标定
2.2.1 静态标定条件
2.2.2 传感器的静态特性
2.3 传感器的主要静态性能指标及其计算
2.3.1 测量范围与量程
2.3.2 静态灵敏度
2.3.3 分辨力与分辨率
2.3.4 时漂与温漂
2.3.5 传感器的测量误差
2.3.6 线性度
2.3.7 符合度
2.3.8 迟滞
2.3.9 非线性迟滞
2.3.10 重复性
2.3.11 综合误差
2.3.12 计算实例
2.4 非线性传感器静态性能指标计算的进一步讨论
2.4.1 问题的提出
2.4.2 数据的基本处理
2.4.3 误差的描述
2.4.4 符合度的计算
2.4.5 迟滞的计算
2.4.6 符合性迟滞的计算
2.4.7 重复性的计算
2.4.8 综合误差的计算
2.4.9 计算实例
2.5 传感器动态特性方程
2.5.1 微分方程
2.5.2 传递函数
2.5.3 状态方程
2.6 传感器动态响应及动态性能指标
2.6.1 时域动态性能指标
2.6.2 频域动态性能指标
2.7 传感器动态特性测试与动态模型建立
2.7.1 传感器动态标定
2.7.2 由实验阶跃响应曲线获取传感器传递函数的回归分析法
2.7.3 由实验频率特性获取传感器传递函数的回归法
2.7.4 应用实例——高频响、低量程的加速度传感器幅频特性测试及改进
2.8 传感器噪声及其减小的方法
2.8.1 传感器噪声产生的原因
2.8.2 传感器的信噪比
2.8.3 传感器低噪声化的方法
思考题与习题

第3章 基本弹性敏感元件的力学特性
3.1 概述
3.2 弹性敏感元件的基本特性
3.2.1 刚度与柔度
3.2.2 弹性滞后
3.2.3 弹性后效与蠕变
3.2.4 弹性材料的机械品质因数
3.2.5 位移描述
3.2.6 应变描述
3.2.7 应力描述
3.2.8 广义胡克定律
3.2.9 固有谐振频率
3.2.10 弹性元件的热特性
3.3 基本弹性敏感元件的力学特性
3.3.1 弹性柱体
3.3.2 弹性弦丝的固有振动
3.3.3 悬臂梁
3.3.4 双端固支梁
3.3.5 周边固支圆平膜片
3.3.6 周边固支矩形平膜片
3.3.7 周边固支波纹膜片
3.3.8 E形圆膜片
3.3.9 薄壁圆柱壳体
3.3.10 弹簧管（包端管）
3.3.11 波纹管
3.4 弹性敏感元件的材料
思考题与习题

第4章 电位器式传感器
4.1 概述
4.2 线绕式电位器的特性
4.2.1 灵敏度
4.2.2 阶梯特性和阶梯误差
4.2.3 分辨率
4.3 非线性电位器
4.3.1 功用
4.3.2 实现途径
4.4 电位器的负载特性及负载误差
4.4.1 电位器的负载特性
4.4.2 电位器的负载误差
4.4.3 减小负载误差的措施
4.5 电位器的结构与材料
4.5.1 电阻丝
4.5.2 电刷
4.5.3 骨架
4.6 非线绕式电位器
4.7 典型的电位器式传感器
4.7.1 电位器式压力传感器
4.7.2 电位器式加速度传感器
思考题与习题

第5章 应变式传感器
5.1 应变式变换原理
5.2 金属应变片
5.2.1 结构及应变效应
5.2.2 横向效应及横向灵敏度
5.2.3 电阻应变片的种类
5.2.4 电阻应变片的材料
5.2.5 应变片的主要参数
5.3 应变片的动态响应特性
5.3.1 应变波的传播过程
5.3.2 应变片工作频率范围的估算
5.4 应变片的温度误差及其补偿
5.4.1 温度误差产生的原因
5.4.2 温度误差的补偿方法
5.5 电桥原理
5.5.1 电桥的平衡
5.5.2 电桥的不平衡输出
5.5.3 电桥的非线性误差
5.6 典型的应变式传感器
5.6.1 应变式力传感器
5.6.2 应变式加速度传感器
5.6.3 应变式压力传感器
5.6.4 应变式位移传感器
5.6.5 应变式转矩传感器
思考题与习题

第6章 压阻式传感器
6.1 压阻式变换原理
6.1.1 半导体材料的压阻效应156
6.1.2 单晶硅的晶向、晶面的表示
6.1.3 压阻系数
6.2 扩散电阻的阻值与几何参数的确定
6.3 典型的压阻式传感器
6.3.1 压阻式压力传感器
6.3.2 压阻式加速度传感器
6.4 压阻式传感器温度漂移的补偿
思考题与习题

第7章 热电式传感器
7.1 概述
7.1.1 温度的概念
7.1.2 温标
7.1.3 温度标准的传递
7.1.4 温度计的标定与校正
7.1.5 测温方法与测温仪器的分类
7.2 热电阻测温传感器
7.2.1 金属热电阻
7.2.2 半导体热敏电阻
7.2.3 测温电桥电路
7.3 热电偶测温
7.3.1 热电效应
7.3.2 热电偶的工作机理
7.3.3 热电偶的基本定律
7.3.4 热电偶的误差及补偿
7.3.5 热电偶的组成、分类及特点
7.4 半导体P-N结测温传感器
7.5 其他测温系统
7.5.1 全辐射式测温系统
7.5.2 亮度式测温系统
7.5.3 比色式测温系统
7.6 应用实例
7.6.1 基于热敏电阻的双功能温度报警器
7.6.2 基于热电阻的气体质量流量传感器
思考题与习题

第8章 电容式传感器
8.1 基本电容式敏感元件
8.2 电容式敏感元件的主要特性
8.2.1 变间隙电容式敏感元件
8.2.2 变面积电容式敏感元件
8.2.3 变介电常数电容式敏感元件
8.2.4 电容式敏感元件的等效电路
8.3 电容式变换元件的信号转换电路
8.3.1 运算放大器式电路
8.3.2 交流不平衡电桥
8.3.3 变压器式电桥线路
8.3.4 二极管电路
8.3.5 差动脉冲调宽电路
8.4 典型的电容式传感器
8.4.1 电容式压力传感器
8.4.2 电容式加速度传感器
8.5 电容式传感器的结构及抗干扰问题
8.5.1 温度变化对结构稳定性的影响
8.5.2 温度变化对介质介电常数的影响
8.5.3 绝缘问题
8.5.4 寄生电容的干扰与防止
思考题与习题

第9章 变磁路式传感器
9.1 电感式变换原理
9.1.1 简单电感式变换原理
9.1.2 差动电感式变换元件
9.2 差动变压器式变换元件
9.2.1 磁路分析
9.2.2 电路分析
9.3 电涡流式变换原理
9.3.1 电涡流效应
9.3.2 等效电路分析
9.3.3 信号转换电路
9.4 霍尔效应及元件
9.4.1 霍尔效应
9.4.2 霍尔元件
9.5 典型的变磁路式传感器
9.5.1 变磁阻式加速度传感器
9.5.2 霍尔式振动位移传感器
9.5.3 电涡流式振动位移传感器及其应用
9.5.4 电磁式振动位移传感器及其应用
9.5.5 差动电感式压力传感器
9.5.6 力平衡伺服式加速度传感器
9.5.7 磁电式涡轮流量传感器
9.5.8 磁栅式位移传感器
9.5.9 感应同步器式位移传感器
思考题与习题

第10章 压电式传感器
10.1 石英晶体
10.1.1 石英晶体的压电机理
10.1.2 石英晶体的压电常数
10.1.3 石英晶体几何切型的分类
10.1.4 石英晶体的性能
10.1.5 石英压电谐振器的热敏感性
10.2 压电陶瓷
10.2.1 压电陶瓷的压电机理
10.2.2 压电陶瓷的压电常数
10.2.3 常用压电陶瓷
10.3 聚偏二氟乙烯
10.4 压电换能元件的等效电路
10.5 压电换能元件的信号转换电路
10.5.1 电荷放大器与电压放大器
10.5.2 压电元件的并联与串联
10.6 压电式传感器的抗干扰问题
10.6.1 环境温度的影响
10.6.2 环境湿度的影响
10.6.3 横向灵敏度
10.6.4 基座应变的影响
10.6.5 声噪声
10.6.6 电缆噪声
10.6.7 接地回路噪声
10.7 典型的压电式传感器
10.7.1 压电式加速度传感器
10.7.2 压电式压力传感器
10.7.3 压电式超声波传感器
10.7.4 压电式温度传感器
思考题与习题

第11章 谐振式传感器
11.1 谐振状态及其评估
11.1.1 谐振现象
11.1.2 谐振子的机械品质因数Q值
11.2 闭环自激系统的实现
11.2.1 基本结构
11.2.2 闭环系统的实现条件
11.3 敏感机理及特点
11.3.1 敏感机理
11.3.2 谐振式测量原理的特点
11.4 频率输出谐振式传感器的测量方法比较
11.5 谐振弦式压力传感器
11.5.1 结构与原理
11.5.2 特性方程
11.5.3 激励方式
……

第12章 声表面波传感器
第13章 光纤传感器
第14章 微机械传感器
第15章 传感器技术的智能化发展
附录
参考文献