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第1章绪论30
1.1传感器的作用实例分析30
1.1.1圆柱形应变筒式压力传感器30
1.1.2谐振筒式压力传感器30
1.1.3硅微结构谐振式压力传感器31
1.1.4传感器的作用小结31
1.2传感器的分类与命名32
1.2.1按输出信号的类型分类32
1.2.2按传感器能量源分类32
1.2.3按被测量分类32
1.2.4按工作原理分类33
1.2.5传感器的命名34
1.3传感器技术的特点34
1.4传感器技术的发展35
1.4.1新原理、新材料和新工艺的
发展35
1.4.2微型化、集成化、多功能和智能化
传感器的发展37
1.4.3多传感器融合与网络化的发展38
1.4.4量子传感技术的快速发展39
习题与思考题39
第2章传感器的特性41
2.1传感器的静态标定41
2.1.1静态标定条件41
2.1.2传感器的静态特性41
2.2传感器的主要静态性能指标42
2.2.1测量范围与量程42
2.2.2静态灵敏度42
2.2.3分辨力与分辨率43
2.2.4温漂44
2.2.5时漂(稳定性)44
2.2.6传感器的测量误差44
2.2.7线性度45
2.2.8迟滞46
2.2.9非线性迟滞47
2.2.10重复性47
2.2.11综合误差48
2.2.12环境参数与使用条件49
2.3传感器的动态特性方程与性能指标50
2.3.1动态特性方程50
2.3.2动态响应及动态性能指标50
2.3.3动态标定55
2.3.4动态模型的建立55
2.4传感器静态特性计算实例57
2.5传感器动态特性计算实例60
2.5.1利用传感器单位阶跃响应建立
传递函数60
2.5.2某加速度传感器幅频特性的
测试与改进61
习题与思考题62
第3章应变式传感器65
3.1电阻应变片65
3.1.1应变式变换原理65
3.1.2应变片的结构及应变效应65
3.1.3电阻应变片的种类66
3.2应变片的温度误差及其补偿67
3.2.1温度误差产生的原因67
3.2.2温度误差的补偿方法68
3.3电桥电路原理69
3.3.1电桥电路的平衡69
3.3.2电桥电路的不平衡输出70
3.3.3电桥电路的非线性误差70
3.3.4四臂受感差动电桥电路的温度
补偿72
3.4应变式传感器的典型实例72
3.4.1应变式力传感器73
3.4.2应变式加速度传感器78
3.4.3应变式压力传感器79
3.4.4应变式转矩传感器81
习题与思考题83
第4章硅压阻式传感器85
4.1硅压阻式变换原理85
4.1.1半导体材料的压阻效应85
4.1.2单晶硅的晶向、晶面的表示86
4.1.3压阻系数87
4.2硅压阻式传感器的典型实例89
4.2.1硅压阻式压力传感器89
4.2.2硅压阻式加速度传感器93
4.3基于硅压阻式压力传感器的节流式
流量计95
4.4硅压阻式传感器温度漂移的补偿97
习题与思考题98
第5章电容式传感器100
5.1电容式敏感元件及特性100
5.1.1电容式敏感元件100
5.1.2变间隙电容式敏感元件100
5.1.3变面积电容式敏感元件101
5.1.4变介电常数电容式敏感元件102
5.1.5电容式敏感元件的等效电路102
5.2电容式变换元件的信号转换电路102
5.2.1运算放大器式电路102
5.2.2交流不平衡电桥电路103
5.2.3变压器式电桥电路103
5.3电容式传感器的典型实例104
5.3.1电容式压力传感器104
5.3.2硅电容式集成压力传感器105
5.3.3电容式加速度传感器106
5.3.4硅电容式微机械加速度传感器106
5.3.5硅电容式微机械角速度传感器109
5.3.6电容式转矩传感器109
5.3.7容栅式位移传感器110
5.4电容式传感器的抗干扰问题111
5.4.1温度变化对结构稳定性的影响111
5.4.2温度变化对介质介电常数的
影响112
5.4.3绝缘问题112
5.4.4寄生电容的干扰与防止112
习题与思考题113
第6章电磁式传感器115
6.1电感式变换原理及其元件115
6.1.1简单电感式变换元件115
6.1.2差动电感式变换元件116
6.1.3差动变压器式变换元件117
6.2磁电感应式变换原理119
6.3电涡流式变换原理120
6.3.1电涡流效应120
6.3.2等效电路分析120
6.3.3信号转换电路121
6.4霍尔效应及元件123
6.4.1霍尔效应123
6.4.2霍尔元件124
6.5压磁效应及元件124
6.6电磁式传感器的典型实例124
6.6.1差动变压器式加速度传感器124
6.6.2电磁式振动速度传感器125
6.6.3差动电感式压力传感器126
6.6.4电涡流式位移传感器127
6.6.5感应同步器127
6.6.6测速发电机129
6.6.7磁电式涡轮流量传感器132
6.6.8电磁式流量传感器133
6.6.9压磁式力传感器134
6.6.10压磁式转矩传感器135
6.6.11基于电涡流式振动位移传感器的
振动场测量135
习题与思考题135
第7章压电式传感器138
7.1主要压电材料及其特性138
7.1.1石英晶体138
7.1.2压电陶瓷141
7.1.3聚偏二氟乙烯143
7.1.4压电元件的等效电路143
7.2压电元件的信号转换电路144
7.2.1电荷放大器与电压放大器144
7.2.2压电元件的并联与串联145
7.3压电式传感器的抗干扰问题145
7.3.1环境温度的影响145
7.3.2横向灵敏度146
7.3.3电缆噪声的影响147
7.3.4接地回路噪声的影响147
7.4压电式传感器的典型实例148
7.4.1压电式力传感器148
7.4.2压电式加速度传感器149
7.4.3压电式压力传感器151
7.4.4压电式角速度传感器152
7.4.5漩涡式流量传感器153
7.4.6压电式超声波流量传感器153
习题与思考题154
第8章谐振式传感器156
8.1谐振状态及其评估156
8.1.1谐振现象156
8.1.2谐振子的机械品质因数Q值157
8.2闭环自激系统的实现158
8.2.1基本结构158
8.2.2闭环系统实现的条件158
8.3测量原理及特点159
8.3.1测量原理159
8.3.2谐振式传感器的特点159
8.4谐振式传感器的典型实例159
8.4.1谐振弦式压力传感器159
8.4.2谐振筒式压力传感器160
8.4.3谐振膜式压力传感器163
8.4.4石英谐振梁式压力传感器164
8.4.5硅微结构谐振式压力传感器165
8.4.6石英谐振梁式加速度传感器167
8.4.7硅微结构谐振式加速度传感器168
8.4.8声表面波谐振式加速度传感器169
8.4.9钢弦式扭矩传感器170
8.4.10谐振式直接质量流量传感器170
习题与思考题173
第9章光纤传感器175
9.1光纤传感器的发展175
9.2光纤及其有关特性175
9.2.1光纤的结构与种类175
9.2.2传光原理176
9.2.3光纤的集光能力178
9.2.4光纤的传输损耗178
9.3光纤传感器的典型实例179
9.3.1基于位移测量的反射式光纤压力
传感器179
9.3.2相位调制光纤压力传感器179
9.3.3基于萨格纳克干涉仪的光纤角
速度传感器181
9.3.4频率调制光纤血流速度传感器182
习题与思考题183
第10章温敏与湿敏传感器185
10.1温湿度测量的意义185
10.2热电阻式温度传感器185
10.2.1金属热电阻式温度传感器185
10.2.2热敏电阻式温度传感器186
10.2.3基于热电阻的气体质量流量
传感器188
10.3热电偶式温度传感器188
10.3.1基本原理188
10.3.2热电偶的组成、分类及其
特点190
10.4非接触式温度传感器192
10.4.1全辐射式温度传感器192
10.4.2亮度式温度传感器192
10.4.3比色式温度传感器193
10.5其他温度传感器194
10.5.1半导体温度传感器194
10.5.2石英温度传感器194
10.6湿度传感器195
10.6.1相对湿度与绝对湿度195
10.6.2氯化锂湿敏元件195
10.6.3半导体陶瓷湿敏元件196
10.6.4高分子膜湿敏元件198
10.6.5热敏电阻式湿度传感器199
10.6.6结露传感器200
10.7温度补偿的处理200
习题与思考题201
第11章气敏与离子敏传感器204
11.1气敏传感器204
11.1.1气敏元件的工作原理204
11.1.2常用气敏元件的种类205
11.1.3气敏元件的几种应用实例206
11.2离子敏传感器209
11.2.1离子选择敏感元件209
11.2.2离子选择性电极的工作原理及
分类210
11.2.3离子选择性电极的应用实例213
习题与思考题213
第12章视觉与触觉传感器215
12.1视觉传感器215
12.1.1光电式摄像机215
12.1.2固体半导体摄像机215
12.1.3激光式视觉传感器216
12.1.4红外图像传感器217
12.2人工视觉218
12.2.1人工视觉系统的硬件构成218
12.2.2物体识别218
12.3机器视觉220
12.3.1机器视觉系统的组成220
12.3.2视觉检测221
12.4触觉传感器222
12.4.1接触觉传感器223
12.4.2压觉传感器224
12.4.3滑动觉传感器224
12.4.4柔性触觉传感器225
习题与思考题227
第13章智能化传感器228
13.1智能化传感器的发展228
13.1.1传感器技术的智能化228
13.1.2基本传感器230
13.1.3智能化传感器中的软件231
13.2智能化传感器的典型实例232
13.2.1智能化差压传感器232
13.2.2机载智能化结构传感器系统233
13.2.3智能化流量传感器系统233
13.3智能化传感器的发展前景234
习题与思考题235
第14章面向物联网应用的无线
传感器网络236
14.1物联网技术概况236
14.1.1物联网的体系结构236
14.1.2物联网的技术特点237
14.2无线传感器网络技术237
14.2.1无线传感器网络架构237
14.2.2无线传感器网络的安全技术239
14.3无线传感器网络的多传感器信息
融合技术239
14.3.1多传感器信息融合的结构239
14.3.2多传感器信息融合算法241
14.3.3多传感器信息融合新技术243
14.4无线传感器网络在物联网技术中的
典型应用244
14.4.1无线传感器网络在物联网环境
监测中的应用244
14.4.2无线传感器网络在物联网健康
监护中的应用245
14.4.3无线传感器网络在物联网智能
家居中的应用246
习题与思考题246
部分习题参考答案248
参考文献261
后记262