序
前言
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
目录第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