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第1部分 传感器技术基础 3

第1章 绪论 3

1.1 传感器的基本概念 3

1.2 传感器的作用和地位 4

1.3 传感器技术的发展 5

1.4 本课程的特点和目的 7

思考与设计 8

第2章 传感器技术概述 9

2.1 传感器的组成和分类 9

2.1.1 传感器的一般组成 9

2.1.2 传感器的分类 10

2.1.3 对传感器的基本性能要求 14

2.2 传感器的基本特性 15

2.2.1 传感器的数学模型 15

2.2.2 传感器的静态特性与指标 21

2.2.3 传感器的动态特性与指标 26

2.2.4 传感器的标定和校准 31

2.2.5 传感器的选用原则 34

2.2.6 传感器不失真测量条件 35

2.3 常用信号调理电路 37

2.3.1 测量电桥 38

2.3.2 信号放大电路 42

2.3.3 信号转换电路 50

2.3.4 滤波电路 54

2.3.5 调制解调电路 60

思考与设计 65

第2部分 传统传感器原理与应用 69

第3章 电参量型传感器 69

3.1 电阻式传感器 69

3.1.1 电位器式传感器 69

3.1.2 电阻应变式传感器 73

3.1.3 热电阻传感器 78

3.1.4 电阻输出型半导体传感器 84

3.2 电感式传感器 92

3.2.1 自感式传感器 92

3.2.2 互感式传感器 97

3.2.3 电涡流传感器 102

3.3 电容式传感器 107

3.3.1 变极距型电容传感器 108

3.3.2 变面积型电容传感器 111

3.3.3 变介质型电容传感器 114

3.3.4 应用中存在的问题和改进措施 116

3.4 电参量型传感器测量电路 118

3.4.1 测量电路功能框图 118

3.4.2 设计示例 119

思考与设计 121

第4章 电量型传感器 125

4.1 电压输出型传感器 125

4.1.1 磁电式传感器 125

4.1.2 压磁式传感器 132

4.1.3 霍尔式传感器 136

4.1.4 热电偶传感器 141

4.2 电荷输出型传感器 148

4.2.1 压电式传感器 148

4.2.2 集成温度传感器AD590 156

4.3 电量型传感器测量电路 158

4.3.1 测量电路功能框图 159

4.3.2 设计示例 159

思考与设计 161

第3部分 现代传感器原理与应用 167

第5章 光电式传感器 167

5.1 概述 167

5.2 光电式传感器的组成 168

5.2.1 光源 169

5.2.2 光电器件 171

5.3 光电式传感器及其应用 177

5.3.1 模拟式光电传感器 177

5.3.2 脉冲式光电传感器 179

5.4 新型光电器件 182

5.4.1 光位置敏感器件 182

5.4.2 固态图像传感器 182

5.4.3 半导体色敏器件 183

思考与设计 184

第6章 光纤式传感器 187

6.1 概述 187

6.2 光纤波导原理 188

6.2.1 光的全反射原理 188

6.2.2 光纤的结构和传光原理 188

6.2.3 光纤的分类 189

6.2.4 光纤的主要参数 190

6.3 光纤式传感器的组成和分类 191

6.3.1 光纤式传感器的组成 191

6.3.2 光纤式传感器的分类 191

6.4 光纤式传感器的应用 194

6.5 应用案例 195

6.5.1 光纤振动测量仪 195

6.5.2 光纤温度开关 196

6.5.3 光纤涡流流量计 197

思考与设计 198

第7章 数字式传感器 199

7.1 感应同步器 199

7.1.1 结构和类型 199

7.1.2 工作原理 201

7.1.3 应用特性 204

7.1.4 应用案例 205

7.2 编码器 206

7.2.1 绝对编码器 207

7.2.2 增量编码器 209

7.2.3 应用特性 210

7.2.4 应用案例 211

7.3 光栅传感器 212

7.3.1 结构和类型 212

7.3.2 工作原理 213

7.3.3 应用特性 218

7.3.4 应用案例 218

7.4 磁栅传感器 220

7.4.1 磁栅 220

7.4.2 磁头 221

7.4.3 信号处理方式 223

7.4.4 应用特性 224

7.4.5 应用案例 224

7.5 容栅传感器 225

7.5.1 结构和类型 226

7.5.2 工作原理 226

7.5.3 信号处理方式 227

7.5.4 应用特性 229

7.5.5 应用案例 229

7.6 谐振式传感器 230

7.6.1 RC频率式传感器 230

7.6.2 石英晶体频率式传感器 230

7.6.3 弹性振体频率式传感器 231

7.6.4 应用案例 233

思考与设计 236

第8章 波与射线式传感器 237

8.1 超声波传感器 237

8.1.1 超声波传感器的结构 237

8.1.2 超声波传感器的基本原理 238

8.1.3 超声波传感器的基本特性 239

8.1.4 超声波传感器专用器件 241

8.2 微波传感器 245

8.2.1 微波的性质与特点 245

8.2.2 微波传感器原理 245

8.2.3 微波传感器的分类与特点 246

8.2.4 微波传感器的应用 247

8.3 红外线传感器 250

8.3.1 红外线概述 250

8.3.2 红外线传感器的工作原理 251

8.3.3 红外线传感器应用电路 255

8.3.4 红外线防盗报警器 257

8.4 激光传感器 258

8.4.1 激光产生机理 258

8.4.2 激光特性 259

8.4.3 激光器的类型 260

8.4.4 激光传感器的应用 260

8.5 核辐射传感器 263

8.5.1 核辐射粒子 263

8.5.2 辐射源的特性 264

8.5.3 核辐射传感器原理 266

思考与设计 268

第9章 其他新型传感器 269

9.1 生物传感器 269

9.1.1 生物传感器的工作原理和分类 269

9.1.2 生物传感技术的分子识别原理 270

9.1.3 酶传感器 272

9.1.4 微生物传感器 273

9.1.5 免疫传感器 275

9.2 机器人传感器 276

9.2.1 视觉传感器 276

9.2.2 听觉传感器 278

9.2.3 接触觉传感器 279

9.2.4 压觉传感器 280

9.3 微机电传感器 281

9.3.1 微传感器 281

9.3.2 微机电传感器的基础理论和技术基础 281

9.3.3 几种典型的微机电传感器 283

9.4 智能传感器 287

9.4.1 智能传感器基础 287

9.4.2 智能传感器的结构和功能 288

9.4.3 智能传感器的硬件结构 289

9.4.4 智能传感器的软件设计 289

思考与设计 292

参考文献 293