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绪论1

第1章 传感器的特性5

1.1 传感器的组成与分类5

1.1.1 传感器的组成5

1.1.2 传感器的分类6

1.2 传感器的基本特性7

1.2.1 静态特性7

1.2.2 动态特性14

思考题与习题16

第2章 热电传感器17

2.1 热电势式测温传感器17

2.1.1 工作原理17

2.1.2 热电偶中引入第三导体19

2.1.3 标准热电极20

2.1.4 热电偶冷端温度误差及其补偿21

2.1.5 常用热电偶的特性23

2.1.6 热电偶的测量电路29

2.2 热电阻式温度传感器33

2.2.1 金属测温电阻器33

2.2.2 半导体热敏电阻器37

2.3 PN结型测温传感器43

2.3.1 温敏二极管及其应用43

2.3.2 温敏晶体管及其应用46

2.4 集成电路温度传感器48

2.4.1 基本原理及PTAT核心电路49

2.4.2 电压输出型51

2.4.3 电流输出型54

2.4.4 可编程集成数字温度传感器55

2.5 热释电式传感器56

2.5.1 热释电效应及其机理56

2.5.2 热释电红外传感器57

2.5.3 热释电探测模块59

2.5.4 典型应用61

2.6 热电传感器应用实例62

思考题与习题64

第3章 应变传感器65

3.1 电阻应变传感器65

3.1.1 应变片的结构和类型65

3.1.2 常用的应变片66

3.2 薄膜应变电阻及传感器67

3.2.1 薄膜分类67

3.2.2 薄膜的工作原理68

3.2.3 薄膜应变传感器的特点69

3.3 电阻应变传感器使用中应注意的一些问题71

3.4 电阻应变传感器应用——起重量限制器73

思考题与习题75

第4章 磁敏传感器76

4.1 磁敏传感器的物理基础——霍尔、磁阻、形状效应76

4.1.1 基础知识76

4.1.2 霍尔效应77

4.1.3 磁阻效应77

4.1.4 形状效应77

4.2 霍尔元件78

4.2.1 霍尔元件的工作原理78

4.2.2 霍尔元件的结构79

4.2.3 基本电路79

4.2.4 电磁特性82

4.2.5 误差分析及误差补偿83

4.3 磁阻元件86

4.3.1 长方形磁阻元件86

4.3.2 科尔宾元件87

4.3.3 平面电极元件87

4.3.4 InSb-NiSb共晶磁阻元件88

4.3.5 曲折形磁阻元件88

4.3.6 磁阻元件的温度补偿89

4.4 磁敏二极管89

4.4.1 磁敏二极管的结构89

4.4.2 磁敏二极管的工作原理90

4.4.3 磁敏二极管的特性91

4.4.4 磁敏二极管的补偿技术93

4.5 磁敏三极管94

4.5.1 磁敏三极管的结构94

4.5.2 磁敏三极管的工作原理95

4.5.3 磁敏三极管的特性95

4.5.4 温度补偿技术97

4.6 磁敏传感器的应用99

4.6.1 霍尔元件的应用99

4.6.2 磁阻元件的应用106

思考题与习题112

第5章 压电传感器113

5.1 压电效应113

5.1.1 石英晶体的压电效应113

5.1.2 压电常数115

5.1.3 压电陶瓷的压电效应116

5.2 压电材料117

5.2.1 压电晶体117

5.2.2 压电陶瓷118

5.2.3 新型压电材料118

5.3 等效电路与测量电路119

5.3.1 等效电路119

5.3.2 测量电路120

5.4 压电传感器及其应用124

5.4.1 压电传感器中压电片的连接124

5.4.2 压电式力传感器125

5.4.3 压电式压力传感器127

5.4.4 压电式加速度传感器128

5.4.5 应用实例133

思考题与习题136

第6章 光纤传感器137

6.1 基础知识137

6.1.1 光纤的结构137

6.1.2 光纤的种类137

6.1.3 光纤的传光原理138

6.1.4 光纤的特性140

6.1.5 光纤的耦合142

6.2 光纤传感器的分类及构成143

6.2.1 分类143

6.2.2 构成部件145

6.3 功能型光纤传感器举例148

6.3.1 相位调制型光纤传感器148

6.3.2 光强调制型光纤传感器150

6.3.3 偏振态调制型光纤传感器151

6.4 非功能型光纤传感器举例152

6.4.1 传输光强调制型光纤传感器152

6.4.2 反射光强调制型光纤传感器154

6.4.3 频率调制型光纤传感器155

6.4.4 光纤液位传感器157

思考题与习题159

第7章 光栅传感器161

7.1 光栅基础161

7.1.1 光栅的分类及结构161

7.1.2 莫尔条纹的原理162

7.1.3 莫尔条纹的特点163

7.2 光栅传感器的工作原理164

7.2.1 光电转换原理164

7.2.2 莫尔条纹测量位移的原理164

7.2.3 辨向原理165

7.3 莫尔条纹细分技术166

7.3.1 细分方法166

7.3.2 光电元件直接细分166

7.3.3 CCD直接细分167

7.3.4 光栅传感器的误差168

7.4 常用光学系统169

7.4.1 透射直读式光路169

7.4.2 反射直读式光路169

7.4.3 反射积分式光路170

思考题与习题170

第8章 光电传感器171

8.1 光电传感器的基本效应171

8.1.1 半导体的粒子特性171

8.1.2 半导体光电效应172

8.2 外光电效应光电器件172

8.2.1 光电管172

8.2.2 光电倍增管173

8.3 光电导效应及光电元件174

8.3.1 光敏电阻的结构及原理174

8.3.2 光敏电阻的特性175

8.4 光电伏特效应及光电元件177

8.4.1 光电导结型光电元件177

8.4.2 光电伏特型光电元件178

8.5 CCD图像传感器180

8.6 应用光路183

8.6.1 反射式184

8.6.2 透射式184

8.6.3 线纹瞄准用光电传感器184

8.6.4 脉冲式光电传感器185

8.7 光电传感器应用187

思考题与习题189

第9章 气、湿敏传感器190

9.1 气敏传感器190

9.1.1 半导体气敏元件的分类及必备条件190

9.1.2 表面控制型电阻式半导体气敏元件191

9.1.3 基于MEMS的新型微结构气敏传感器195

9.1.4 应用举例198

9.2 湿敏传感器199

9.2.1 湿度及其表示199

9.2.2 对湿敏传感器的基本要求200

9.2.3 电阻式湿敏传感器200

9.2.4 陶瓷湿敏传感器201

9.2.5 电容式湿敏传感器202

9.2.6 电解质式湿度传感器204

9.2.7 应用范围及应用实例204

思考题与习题208

第10章 智能传感器209

10.1 智能传感器及无线传感器网络209

10.2 物联网及物联网传感器211

10.3 智能传感器的结构框图212

10.3.1 μP主机模板213

10.3.2 模拟量输入模板214

10.3.3 IEEE-488标准总线模板214

10.3.4 接口模板215

10.4 信号处理与μP接口技术216

10.4.1 传感器输出信号的类型216

10.4.2 传感器输出的模拟信号的处理216

10.5 智能传感器中的数据处理224

10.5.1 查表与搜索224

10.5.2 分段插值法225

10.5.3 曲线拟合修正法226

10.5.4 数字滤波227

10.6 智能传感器的设计227

10.6.1 智能压力传感器的设计思路227

10.6.2 简单智能温度传感器设计实例230

10.6.3 智能有害气体传感器设计235

思考题与习题239

第11章 传感器应用技术240

11.1 信号变换240

11.1.1 电流-电压（I-U）变换器240

11.1.2 电压-电流（U-I）变换器242

11.1.3 交流电压-直流电压（u-U）变换器和交流电流-直流电压（i-U）变换器244

11.1.4 电阻-电压（R-U或Ω-U）变换器245

11.1.5 电容-电压（C-U）变换器246

11.1.6 电压-频率（U-f）变换器（简称VFC）和频率-电压（f-U）变换器（简称FVC）247

11.1.7 电压-脉宽（U-H）变换器250

11.2 驱动电路分析及外围电路器件选择252

11.2.1 驱动电路分析252

11.2.2 外围电路器件选择259

思考题与习题260

第12章 传感器的选择与使用261

12.1 传感器的正确选择261

12.2 传感器的合理使用262

12.2.1 线性化及补偿262

12.2.2 传感器的定标264

12.2.3 电磁兼容问题265

12.2.4 抗干扰技术267

思考题与习题271

附录 国际单位制（SI）的主要单位及其换算272

参考文献277