序
前言
第1章緒論1
1.1傳感器的作用實(shí)例分析1
1.2傳感器的分類5
1.2.1按輸出信號(hào)的類型分類5
1.2.2按傳感器能量源分類5
1.2.3按被測(cè)量分類6
1.2.4按工作原理分類6
1.3傳感器技術(shù)的特點(diǎn)7
1.4傳感器技術(shù)的發(fā)展8
1.4.1新原理、新材料和新工藝的發(fā)展8
1.4.2微型化、集成化、多功能和智能
化的發(fā)展10
1.4.3多傳感器融合與網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展11
1.4.4量子傳感技術(shù)的快速發(fā)展12
1.5本書的特點(diǎn)13
思考題與習(xí)題13
第2章傳感器的特性與評(píng)估15
2.1傳感器的靜態(tài)標(biāo)定15
2.1.1靜態(tài)標(biāo)定條件15
2.1.2傳感器的靜態(tài)特性16
2.2傳感器的主要靜態(tài)性能指標(biāo)17
2.2.1測(cè)量范圍與量程17
2.2.2靜態(tài)靈敏度17
2.2.3分辨力與分辨率17
2.2.4溫漂18
2.2.5時(shí)漂(穩(wěn)定性)18
2.2.6傳感器的測(cè)量誤差19
2.2.7線性度19
2.2.8遲滯21
2.2.9非線性遲滯22
2.2.10重復(fù)性22
2.2.11綜合誤差23
2.3傳感器的動(dòng)態(tài)特性與評(píng)估24
2.3.1傳感器的動(dòng)態(tài)特性方程24
2.3.2傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)及動(dòng)態(tài)
性能指標(biāo)25
2.3.3傳感器的動(dòng)態(tài)標(biāo)定30
2.3.4傳感器的動(dòng)態(tài)模型建立31
2.4傳感器靜態(tài)特性的計(jì)算實(shí)例34
2.4.1傳感器靈敏度的計(jì)算與分析34
2.4.2傳感器分辨力與分辨率的計(jì)算35
2.4.3傳感器主要靜態(tài)性能指標(biāo)的計(jì)算
與評(píng)估35
2.4.4傳感器溫度漂移的計(jì)算39
2.4.5傳感器穩(wěn)定性的計(jì)算39
2.5傳感器動(dòng)態(tài)特性計(jì)算實(shí)例40
2.5.1利用傳感器階躍響應(yīng)建立傳遞
函數(shù)40
2.5.2傳感器幅頻特性的測(cè)試及改進(jìn)41
思考題與習(xí)題43
第3章熱電式傳感器46
3.1概述46
3.1.1溫度的概念46
3.1.2溫標(biāo)46
3.1.3測(cè)溫方法與測(cè)溫儀器的分類47
3.2熱電阻溫度傳感器47
3.2.1金屬熱電阻47
3.2.2半導(dǎo)體熱敏電阻49
3.2.3測(cè)溫電橋電路50
3.3熱電偶53
3.3.1熱電效應(yīng)53
3.3.2熱電偶的工作原理54
3.3.3熱電偶的基本定律54
3.3.4熱電偶的誤差及補(bǔ)償55
3.3.5熱電偶的組成、分類及特點(diǎn)58
3.4半導(dǎo)體溫度傳感器59
3.5非接觸式溫度傳感器60
3.5.1全輻射式溫度傳感器60
3.5.2亮度式溫度傳感器60
3.5.3比色式溫度傳感器61
3.6溫度傳感器的典型實(shí)例62
3.6.1典型的測(cè)溫電橋電路62
3.6.2基于熱電阻的氣體質(zhì)量流量
傳感器63
思考題與習(xí)題64
目錄第4章電位器式傳感器66
4.1基本結(jié)構(gòu)與功能66
4.2線繞式電位器的特性67
4.2.1靈敏度67
4.2.2階梯特性和階梯誤差67
4.2.3分辨率67
4.3非線性電位器68
4.3.1功用68
4.3.2實(shí)現(xiàn)途徑68
4.4電位器的負(fù)載特性及負(fù)載誤差69
4.4.1負(fù)載特性69
4.4.2負(fù)載誤差70
4.4.3減小負(fù)載誤差的措施71
4.5電位器的結(jié)構(gòu)與材料73
4.5.1電阻絲73
4.5.2電刷73
4.5.3骨架74
4.6電位器式傳感器的典型實(shí)例74
4.6.1電位器式壓力傳感器74
4.6.2電位器式加速度傳感器75
思考題與習(xí)題76
第5章應(yīng)變式傳感器78
5.1電阻應(yīng)變片78
5.1.1應(yīng)變式變換原理78
5.1.2應(yīng)變片結(jié)構(gòu)及應(yīng)變效應(yīng)79
5.1.3電阻應(yīng)變片的種類80
5.1.4應(yīng)變片的主要參數(shù)81
5.2應(yīng)變片的溫度誤差及其補(bǔ)償81
5.2.1溫度誤差產(chǎn)生的原因81
5.2.2溫度誤差的補(bǔ)償方法82
5.3電橋電路原理84
5.3.1電橋電路的平衡84
5.3.2電橋電路的不平衡輸出85
5.3.3電橋電路的非線性誤差85
5.3.4四臂受感差動(dòng)電橋電路的
溫度補(bǔ)償87
5.4應(yīng)變式傳感器的典型實(shí)例88
5.4.1應(yīng)變式力傳感器88
5.4.2應(yīng)變式加速度傳感器96
5.4.3應(yīng)變式壓力傳感器97
5.4.4應(yīng)變式轉(zhuǎn)矩傳感器102
思考題與習(xí)題103
第6章硅壓阻式傳感器105
6.1硅壓阻式變換原理105
6.1.1半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)105
6.1.2單晶硅的晶向、晶面的表示106
6.1.3壓阻系數(shù)107
6.2硅壓阻式傳感器的典型實(shí)例110
6.2.1硅壓阻式壓力傳感器110
6.2.2硅壓阻式加速度傳感器115
6.3硅壓阻式傳感器溫度漂移的補(bǔ)償118
思考題與習(xí)題119
第7章電容式傳感器121
7.1電容式敏感元件及特性121
7.1.1電容式敏感元件121
7.1.2變間隙電容式敏感元件121
7.1.3變面積電容式敏感元件122
7.1.4變介電常數(shù)電容式敏感元件123
7.1.5電容式敏感元件的等效電路123
7.2電容式變換元件的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路124
7.2.1運(yùn)算放大器式電路124
7.2.2交流不平衡電橋電路124
7.2.3變壓器式電橋電路124
7.2.4二極管電路125
7.2.5差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路126
7.3電容式傳感器的典型實(shí)例127
7.3.1電容式位移傳感器127
7.3.2電容式壓力傳感器130
7.3.3電容式加速度傳感器131
7.4電容式傳感器的抗干擾問題131
7.4.1溫度變化對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響131
7.4.2溫度變化對(duì)介質(zhì)介電常數(shù)的
影響132
7.4.3絕緣問題132
7.4.4寄生電容的干擾與防止132
思考題與習(xí)題133
第8章變磁路式傳感器135
8.1電感式變換原理及其元件135
8.1.1簡(jiǎn)單電感式變換元件135
8.1.2差動(dòng)電感式變換元件137
8.1.3差動(dòng)變壓器式變換元件138
8.2磁電感應(yīng)式變換原理140
8.3電渦流式變換原理141
8.3.1電渦流效應(yīng)141
8.3.2等效電路分析141
8.3.3信號(hào)轉(zhuǎn)換電路142
8.4霍爾效應(yīng)及元件143
8.4.1霍爾效應(yīng)143
8.4.2霍爾元件144
8.5變磁路式傳感器的典型實(shí)例145
8.5.1差動(dòng)變壓器式加速度傳感器145
8.5.2電磁式振動(dòng)速度傳感器145
8.5.3霍爾式振動(dòng)位移傳感器146
8.5.4差動(dòng)電感式壓力傳感器147
8.5.5磁電式渦輪流量傳感器148
8.5.6基于電渦流式振動(dòng)位移傳感器的
振動(dòng)場(chǎng)測(cè)量149
思考題與習(xí)題149
第9章壓電式傳感器151
9.1主要壓電材料及其特性151
9.1.1石英晶體151
9.1.2壓電陶瓷155
9.1.3聚偏二氟乙烯156
9.1.4壓電元件的等效電路157
9.2壓電元件的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路157
9.2.1電荷放大器與電壓放大器157
9.2.2壓電元件的并聯(lián)與串聯(lián)158
9.3壓電式傳感器的抗干擾問題159
9.3.1環(huán)境溫度的影響159
9.3.2環(huán)境濕度的影響160
9.3.3橫向靈敏度160
9.3.4基座應(yīng)變的影響161
9.3.5聲噪聲的影響161
9.3.6電纜噪聲的影響161
9.3.7接地回路噪聲的影響162
9.4壓電式傳感器的典型實(shí)例162
9.4.1壓電式加速度傳感器162
9.4.2壓電式壓力傳感器164
9.4.3壓電式超聲波流量傳感器165
9.4.4壓電式溫度傳感器166
思考題與習(xí)題167
第10章諧振式傳感器169
10.1諧振狀態(tài)及其評(píng)估169
10.1.1諧振現(xiàn)象169
10.1.2諧振子的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Q值171
10.2閉環(huán)自激系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)172
10.2.1基本結(jié)構(gòu)172
10.2.2閉環(huán)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)條件172
10.3測(cè)量原理及特點(diǎn)173
10.3.1測(cè)量原理173
10.3.2諧振式傳感器的特點(diǎn)174
10.4諧振式傳感器的典型實(shí)例174
10.4.1諧振弦式壓力傳感器174
10.4.2諧振筒式壓力傳感器175
10.4.3諧振膜式壓力傳感器179
10.4.4石英諧振梁式壓力傳感器180
10.4.5諧振式科里奧利直接質(zhì)量流量
傳感器181
10.4.6聲表面波諧振式加速度
傳感器185
思考題與習(xí)題186
第11章光纖傳感器188
11.1光纖及有關(guān)特性188
11.1.1光纖的結(jié)構(gòu)與種類188
11.1.2傳光原理189
11.1.3光纖的集光能力191
11.1.4光纖的傳輸損耗192
11.2光纖傳感器的典型實(shí)例194
11.2.1基于位移測(cè)量的反射式光纖壓力
傳感器194
11.2.2相位調(diào)制光纖壓力傳感器196
11.2.3基于薩格納克干涉儀的光纖角
速度傳感器197
11.2.4頻率調(diào)制光纖血流速度
傳感器199
思考題與習(xí)題200
第12章微機(jī)械傳感器202
12.1概述202
12.1.1微機(jī)械傳感器的發(fā)展202
12.1.2微傳感器中應(yīng)用的材料203
12.1.3微傳感器中應(yīng)用的加工工藝203
12.1.4微傳感器中敏感結(jié)構(gòu)的模型
問題204
12.1.5微傳感器中微弱信號(hào)的處理
問題204
12.2硅微結(jié)構(gòu)諧振式壓力傳感器205
12.2.1熱激勵(lì)硅微結(jié)構(gòu)諧振式壓力
傳感器205
12.2.2差動(dòng)輸出的硅微結(jié)構(gòu)諧振式壓力
傳感器209
12.3其他硅傳感器的典型實(shí)例210
12.3.1硅電容式集成壓力傳感器210
12.3.2硅電容式微機(jī)械加速度
傳感器211
12.3.3硅微機(jī)械陀螺212
12.3.4硅微機(jī)械科里奧利質(zhì)量流量
傳感器213
思考題與習(xí)題215
第13章智能化傳感器及其發(fā)展216
13.1概述216
13.1.1傳感器技術(shù)的智能化216
13.1.2基本傳感器218
13.1.3智能化傳感器中的軟件219
13.2智能化傳感器的典型實(shí)例220
13.2.1智能化差壓傳感器220
13.2.2機(jī)載智能化結(jié)構(gòu)傳感器系統(tǒng)220
13.2.3全向空速智能化傳感器222
13.2.4嵌入式智能化大氣數(shù)據(jù)傳感器
系統(tǒng)223
13.2.5智能化流量傳感器系統(tǒng)224
13.3發(fā)展前景224
思考題與習(xí)題225
參考文獻(xiàn)227