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第1章 概论1

1.1 传感技术的定义及作用1

1.2 传感器的组成与分类3

1.2.1 传感器的组成3

1.2.2 传感器的分类3

1.3 传感器的特性参数与选择注意事项5

1.3.1 静态参数5

1.3.2 动态参数6

1.3.3 传感器选择注意事项7

1.4 传感器的发展趋势8

1.5 小结9

1.6 习题10

第2章 光电传感技术11

2.1 光电传感器的工作原理11

2.2 光敏二极管12

2.2.1 工作原理和结构12

2.2.2 基本特性12

2.2.3 型号参数14

2.2.4 应用举例15

2.3 光敏三极管16

2.3.1 工作原理和结构16

2.3.2 基本特性17

2.3.3 型号参数18

2.3.4 应用举例19

2.4 光敏电阻22

2.4.1 工作原理、材料与结构22

2.4.2 主要参数和基本特性23

2.4.3 常用光敏电阻的性能参数25

2.4.4 应用举例26

2.5 光电池28

2.5.1 工作原理和结构28

2.5.2 基本特性29

2.5.3 型号参数30

2.5.4 应用举例31

2.6 高速光电二极管33

2.6.1 类型结构33

2.6.2 特性参数34

2.7 光电倍增管35

2.7.1 结构36

2.7.2 工作原理36

2.7.3 主要参数36

2.7.4 应用举例37

2.8 色敏光电传感器38

2.8.1 基本原理39

2.8.2 基本特征39

2.8.3 应用举例40

2.9 光位置传感器41

2.9.1 结构原理41

2.9.2 主要用途41

2.10 红外光传感器41

2.10.1 红外辐射基础42

2.10.2 红外光传感器的工作原理与结构42

2.10.3 应用举例45

2.11 光固态图像传感器47

2.11.1 电荷耦合器件（CCD）48

2.11.2 MOS图像传感器56

2.11.3 应用举例59

2.12 光纤传感器61

2.12.1 光纤的传光原理61

2.12.2 光纤传感器的工作原理62

2.12.3 应用举例64

2.13 激光传感器68

2.13.1 激光产生的机理68

2.13.2 激光的优点69

2.13.3 激光器及其特性69

2.13.4 应用举例70

2.14 核辐射（光）传感器72

2.14.1 核辐射源——放射性同位素72

2.14.2 核辐射的物理特性73

2.14.3 应用举例74

2.15 光电传感技术工程应用举例76

2.15.1 光电传感器的模拟量检测76

2.15.2 光电传感器的数字量检测77

2.16 小结79

2.17 习题81

第3章 数字传感技术82

3.1 光栅传感器82

3.1.1 结构与类型82

3.1.2 工作原理83

3.1.3 细分技术86

3.1.4 光栅数显装置87

3.1.5 应用举例88

3.2 磁栅传感器89

3.2.1 磁栅的结构与类型89

3.2.2 磁栅传感器的工作原理90

3.2.3 磁栅数显装置92

3.2.4 应用举例93

3.3 接触式编码器94

3.3.1 结构与工作原理94

3.3.2 提高精度的途径96

3.3.3 接触式编码器的优缺点97

3.4 光电式编码器97

3.4.1 结构与工作原理98

3.4.2 提高分辨率的方法——插值法98

3.4.3 主要技术指标99

3.4.4 优缺点99

3.5 电磁式编码器99

3.5.1 结构与工作原理100

3.5.2 优缺点100

3.6 脉冲盘式编码器100

3.6.1 结构与工作原理100

3.6.2 旋转方向的判别101

3.6.3 优缺点101

3.7 RC振荡器式频率传感器102

3.7.1 工作原理102

3.7.2 基本测量方法102

3.7.3 测量注意事项103

3.8 弹性体频率传感器104

3.8.1 工作原理104

3.8.2 结构组成104

3.8.3 激励电路104

3.8.4 输入输出特性106

3.9 直线式感应同步器106

3.9.1 类型与结构106

3.9.2 工作原理108

3.9.3 数显装置109

3.9.4 型号与参数110

3.9.5 安装、使用注意事项111

3.10 旋转式感应同步器112

3.10.1 结构组成113

3.10.2 特性与型号参数114

3.11 旋转变压器115

3.11.1 结构组成115

3.11.2 工作原理116

3.11.3 旋转变压器的主要参数118

3.11.4 应用举例118

3.12 数字传感技术工程应用举例119

3.12.1 位置检测119

3.12.2 转速测量120

3.12.3 机床闭环控制121

3.12.4 定位控制121

3.12.5 随动控制122

3.13 小结123

3.14 习题123

第4章 热电传感技术124

4.1 热敏电阻124

4.1.1 结构形式124

4.1.2 温度特性125

4.1.3 输出特性的线性化处理126

4.1.4 应用举例129

4.2 热电开关129

4.2.1 双金属片式热电开关129

4.2.2 陶铁磁体式热电开关131

4.2.3 应用举例132

4.3 铂电阻134

4.3.1 铂电阻与温度的关系134

4.3.2 铂电阻体的结构134

4.3.3 铂电阻分度特性表135

4.4 铜电阻136

4.4.1 铜电阻与温度的关系136

4.4.2 铜电阻体的结构136

4.4.3 铜电阻分度特性表136

4.4.4 铜电阻的缺点136

4.5 热电偶137

4.5.1 工作原理137

4.5.2 基本定律137

4.5.3 结构形式139

4.5.4 冷端的温度补偿140

4.6 温敏二极管142

4.6.1 工作原理142

4.6.2 特性——（UF-T）关系143

4.7 温敏三极管143

4.7.1 基本原理143

4.7.2 测温电路与输出特性144

4.8 温敏晶闸管（可控硅）144

4.8.1 工作原理145

4.8.2 温度特性146

4.8.3 开关温度控制146

4.8.4 应用举例147

4.9 集成温度传感器148

4.9.1 电压型集成温度传感器149

4.9.2 电流型集成温度传感器（AD590）150

4.10 新型及特种温度传感器152

4.10.1 热辐射温度传感器153

4.10.2 热敏电容154

4.10.3 石英温度计155

4.10.4 表面波温度传感器155

4.10.5 超声波温度传感器155

4.10.6 谐振式温度计156

4.10.7 音叉式水晶温度传感器156

4.10.8 光纤温度传感器157

4.11 热电传感技术工程应用举例158

4.11.1 温度检测及指示158

4.11.2 温度补偿电路159

4.11.3 过热保护160

4.11.4 自动延时电路160

4.11.5 控温电路161

4.11.6 降温报警器162

4.11.7 温度控制器162

4.11.8 摄氏温度计163

4.11.9 温差测量163

4.12 小结164

4.13 习题166

第5章 R、L、C传感技术167

5.1 电阻式传感器167

5.1.1 电位器式传感器167

5.1.2 电阻应变式传感器169

5.1.3 应用举例171

5.2 电感式传感器173

5.2.1 自感型电感式传感器173

5.2.2 互感型差动变压器式电感传感器176

5.2.3 应用举例177

5.3 电容式传感器178

5.3.1 工作原理178

5.3.2 结构类型179

5.3.3 优缺点及特殊问题180

5.3.4 应用举例184

5.4 R、L、C传感技术工程应用举例185

5.4.1 罐内液重测量185

5.4.2 料位测量186

5.4.3 高频反射式涡流厚度测量187

5.4.4 电容测厚仪188

5.4.5 电子皮带秤189

5.5 小结190

5.6 习题191

第6章 压电、磁敏传感技术192

6.1 压电式传感器192

6.1.1 工作原理192

6.1.2 压电材料及压电元件的结构194

6.1.3 测量电路196

6.1.4 应用举例198

6.2 磁敏电阻200

6.2.1 磁阻效应200

6.2.2 磁敏电阻的结构200

6.2.3 应用举例202

6.3 磁敏二极管203

6.3.1 结构形式203

6.3.2 工作原理203

6.3.3 主要特性204

6.3.4 应用举例207

6.4 磁敏三极管209

6.4.1 结构形式209

6.4.2 工作原理210

6.4.3 主要特性210

6.4.4 磁敏三极管的应用212

6.5 霍尔传感器212

6.5.1 霍尔效应及霍尔元件212

6.5.2 应用举例218

6.6 压电、磁敏传感技术工程应用举例220

6.6.1 位移检测220

6.6.2 转速检测220

6.6.3 钢绳断裂（丝）检测221

6.6.4 功率测量221

6.6.5 霍尔无损探伤221

6.6.6 霍尔开关带载电路222

6.6.7 霍尔计数装置222

6.6.8 霍尔汽车点火器223

6.6.9 霍尔线性集成传感器测磁感强度223

6.7 小结224

6.8 习题225

第7章 声、气、湿敏传感技术226

7.1 声／超声波传感器226

7.1.1 声／超声波及其物理性质226

7.1.2 声敏传感器228

7.1.3 超声波传感器233

7.2 气敏传感器238

7.2.1 电阻型半导体气敏材料的导电机理239

7.2.2 电阻型半导体气敏传感器的结构239

7.2.3 气敏器件的基本特性241

7.2.4 非电阻型气敏器件243

7.2.5 气敏传感器的主要参数与特性244

7.2.6 应用举例245

7.3 湿敏传感器248

7.3.1 氯化锂湿敏电阻248

7.3.2 半导体陶瓷湿敏电阻249

7.3.3 应用举例252

7.4 工程应用举例254

7.4.1 超声波探伤254

7.4.2 烟雾报警器256

7.4.3 酒精测试仪256

7.4.4 酒精检测报警器257

7.4.5 直读式湿度计258

7.4.6 浴室镜面水汽清除器258

7.4.7 土壤缺水告知器259

7.4.8 电容式谷物水分测量仪260

7.5 小结261

7.6 习题262

第8章 生物传感技术263

8.1 生物分子传感器263

8.1.1 定义263

8.1.2 基本结构264

8.1.3 工作原理及类型264

8.2 酶传感器266

8.2.1 基本结构267

8.2.2 工作过程267

8.2.3 典型酶传感器268

8.3 微生物传感器270

8.3.1 优点270

8.3.2 工作原理270

8.3.3 电流型微生物传感器（17种）271

8.3.4 电位型微生物传感器（18种）272

8.4 免疫传感器274

8.4.1 结构组成274

8.4.2 分类和测定原理277

8.4.3 应用举例279

8.5 生物电子学传感器281

8.5.1 酶场效应晶体管的结构与工作原理282

8.5.2 免疫场效应晶体管的结构与工作原理282

8.6 仿生传感器283

8.6.1 视觉传感器283

8.6.2 听觉传感器286

8.6.3 触觉传感器287

8.6.4 压觉传感器288

8.6.5 接近觉传感器290

8.6.6 力觉传感器291

8.6.7 滑觉传感器291

8.7 生物传感技术工程应用举例292

8.7.1 微生物传感器在甲烷测定中的应用292

8.7.2 微生物传感器在抗生素测量中的应用293

8.8 小结295

8.9 习题295

第9章 超导、智能传感技术296

9.1 超导传感器296

9.1.1 超导效应296

9.1.2 SCQID超导传感器的工作原理297

9.1.3 几种超导传感器的结构297

9.1.4 超导传感器的分类298

9.1.5 SCQID测量系统301

9.2 智能传感器303

9.2.1 智能传感器的定义及其功能303

9.2.2 传感器智能化的技术途径304

9.2.3 智能传感器应用举例306

9.2.4 智能传感器的发展前景307

9.3 超导、智能传感技术工程应用举例309

9.3.1 ST-3000系列智能压力传感器309

9.3.2 EJA差压变送器310

9.3.3 利用通用接口（USIC）构成的智能温度压力传感器311

9.3.4 人工神经网络智能传感器311

9.3.5 其他智能传感器314

9.4 小结315

9.5 习题315

第10章 传感器特性评价与信号处理316

10.1 传感器的静态特性316

10.1.1 线性度316

10.1.2 灵敏度318

10.1.3 迟滞和重复性318

10.1.4 稳定性和零漂319

10.2 传感器的动态特性319

10.2.1 频率响应特性320

10.2.2 阶跃响应特性322

10.2.3 动态特性的评价323

10.3 传感器的误差及信噪比324

10.3.1 传感器噪声及其减小措施324

10.3.2 传感器的误差325

10.3.3 传感器的信噪比326

10.3.4 传感器低噪声化方法327

10.4 传感器信号处理328

10.5 小结329

10.6 习题329

附录A 传感器实验指导330

A.1 传感器实验规则330

A.1.1 实验预习330

A.1.2 电源330

A.1.3 实验线路330

A.1.4 仪器仪表331

A.1.5 对实验中异常现象的处理331

A.1.6 实验结束整理331

A.1.7 传感器实验报告书写要点331

A.2 传感器实验332

实验1 光敏电阻的特性测试332

实验2 光敏二极管的特性测试334

实验3 光敏三极管的特性测试336

实验4 红外光热释电传感器特性338

实验5 光纤位移传感器静态实验340

实验6 PN结温度传感器测温实验341

实验7 热电偶原理及分度表的应用342

实验8 金属箔式应变片性能——单臂电桥344

实验9 差动变压器（互感式）的性能346

实验10 霍尔传感器的直流激励特性348

实验11 力平衡式传感器——综合实验349

附录B 通用传感器实验仪及实验配置351

B.1 CSY—9XX系列传感器实验仪351

B.1.1 仪器实物外形351

B.1.2 仪器特性352

B.2 CSY—G型光电传感器实验仪355

B.2.1 概述355

B.2.2 仪器主要技术指标355

B.2.3 仪器传感器配置356

B.2.4 仪器实验配量356

B.3 CSY—2000系列传感器实验模块357

B.3.1 基本实验模块358

B.3.2 增强实验模块359

B.3.3 实验配置359

参考文献362