传感器原理及应用（第3版）

前言
第1章　概述1
1.1　传感器的作用和地位1
1.1.1　什么是传感器1
1.1.2　传感器的作用2
1.2　传感器现状和发展趋势3
1.2.1　传感器现状3
1.2.2　传感器的发展4
1.3　传感器的定义、组成、分类及图形符号5
1.3.1　传感器定义5
1.3.2　传感器组成6
1.3.3　传感器分类6
1.3.4　传感器图形符号与命名7
思考题8
第2章　传感器的基本特性9
2.1　传感器的静态特性9
2.1.1　线性度10
2.1.2　迟滞特性11
2.1.3　重复性12
2.1.4　灵敏度12
2.1.5　漂移和稳定性13
2.1.6　分辨率和阈值13
2.2　传感器的动态特性14
2.2.1　传感器动态误差14
2.2.2　传递函数15
2.2.3　一阶传感器系统17
2.2.4　二阶传感器系统19
2.3　传感器的校准21
思考题22
第3章　电阻式传感器23
3.1　金属丝电阻应变片23
3.1.1　金属丝电阻应变片结构和种类23
3.1.2　金属丝电阻应变片工作原理24
3.1.3　金属丝电阻应变片的主要特性25
3.2　电阻应变片测量电路27
3.2.1　直流电桥28
3.2.2　交流电桥30
3.2.3　电阻应变仪原理32
3.2.4　相敏检波电路34
3.3　电阻式传感器的应用35
3.3.1　测力与称重传感器35
3.3.2　膜片式压力传感器37
3.3.3　应变式加速度传感器38
3.3.4　电子秤39
3.4　半导体压阻式传感器40
3.4.1　压阻效应40
3.4.2　压阻式传感器41
思考题42
第4章　电容式传感器44
4.1　电容式传感器概述44
4.1.1　工作原理44
4.1.2　结构类型44
4.2　电容式传感器的输出特性45
4.2.1　变极距型45
4.2.2　平板变面积型47
4.2.3　变介电常数型48
4.3　测量电路49
4.3.1　电容式传感器等效电路49
4.3.2　转换电路50
4.4　应用举例54
4.4.1　压差式电容压力传感器55
4.4.2　电容测厚仪56
4.4.3　电容传声器测声56
4.5　电容式集成传感器57
4.5.1　硅电容式集成传感器57
4.5.2　新型电容式指纹传感器59
思考题62
第5章　电感式传感器63
5.1　变磁阻式传感器（自感式）63
5.1.1　工作原理63
5.1.2　输出特性64
5.1.3　差动变间隙式传感器结构原理65
5.1.4　测量转换电路65
5.1.5　变磁阻式传感器的应用67
5.2　差动变压器式传感器（互感式）68
5.2.1　螺线管式差动变压器工作原理68
5.2.2　基本特性69
5.2.3　零点残余电压70
5.2.4　测量电路71
5.2.5　应用举例72
5.3　电涡流式传感器73
5.3.1　工作原理73
5.3.2　等效电路分析73
5.3.3　涡流的分布和强度74
5.3.4　测量电路75
5.3.5　电涡流传感器的应用77
思考题79
第6章　磁电、磁敏式传感器80
6.1　磁电感应式传感器（电动式）80
6.1.1　工作原理和结构形式80
6.1.2　基本特性81
6.1.3　测量电路82
6.1.4　应用83
6.2　霍尔传感器84
6.2.1　霍尔效应85
6.2.2　霍尔元件86
6.2.3　霍尔元件的应用87
6.2.4　集成霍尔传感器89
6.3　磁敏元件91
6.3.1　磁敏电阻器91
6.3.2　磁敏晶体管95
思考题98
第7章　压电元件与超声波传感器99
7.1　压电效应99
7.1.1　正压电效应99
7.1.2　逆压电效应99
7.2　压电材料100
7.2.1　石英晶体100
7.2.2　压电陶瓷101
7.2.3　聚偏氟乙烯压电材料103
7.3　测量电路103
7.3.1　压电元件结构103
7.3.2　压电传感器等效电路104
7.3.3　压电传感器测量电路105
7.4　压电传感器的应用107
7.4.1　压电加速度计传感器108
7.4.2　压电式玻璃破碎报警器108
7.4.3　压电引信108
7.5　超声波传感器109
7.5.1　超声波及其物理性质109
7.5.2　超声波传感器结构原理111
7.5.3　超声波传感器的应用112
思考题118
第8章　光电效应及光电器件119
8.1　光电效应119
8.1.1　外光电效应119
8.1.2　内光电效应120
8.2　光电器件121
8.2.1　光电管121
8.2.2　光电倍增管121
8.2.3　光敏电阻123
8.2.4　光敏二极管和光敏三极管125
8.2.5　光电池128
8.2.6　其他特性的光电器件130
8.2.7　半导体色敏传感器131
8.3　光电器件应用实例132
8.3.1　遥控器检测电路132
8.3.2　光敏电阻脉搏测量计132
8.3.3　光电鼠标133
8.3.4　光电开关用于智能电动小车134
8.3.5　红外报警器135
8.4　光栅式传感器136
8.4.1　莫尔条纹136
8.4.2　光栅测量装置138
思考题140
第9章　新型光敏传感器142
9.1　新型固态光敏传感器142
9.1.1　普通光敏器件阵列142
9.1.2　PSD光敏位置传感器144
9.1.3　SSPD自扫描光敏二极管阵列145
9.2　CCD148
9.2.1　CCD工作原理及特性148
9.2.2　CCD器件151
9.2.3　CCD传感器的应用155
9.3　光纤传感器157
9.3.1　光纤的结构和传光原理158
9.3.2　几个重要参数158
9.3.3　光波调制技术160
9.3.4　光纤传感器的应用163
思考题166
第10章　半导体式化学传感器168
10.1　气敏传感器168
10.1.1　电阻型半导体气敏传感器169
10.1.2　非电阻型半导体气敏器件172
10.1.3　气敏传感器的应用173
10.2　湿敏传感器176
10.2.1　湿度及其表示方法176
10.2.2　氯化锂湿敏电阻177
10.2.3　半导体陶瓷湿敏电阻178
10.2.4　湿度传感器的特性参数178
10.2.5　湿度传感器的应用179
10.3　离子敏传感器181
10.3.1　MOSFET场效应晶体管181
10.3.2　离子敏传感器工作原理182
10.3.3　离子敏传感器测量电路182
10.3.4　离子敏传感器的应用182
思考题183
第11章　射线式传感器184
11.1　核辐射物理基础184
11.1.1　放射性同位素185
11.1.2　核辐射与物质间的相互作用185
11.2　射线式传感器186
11.2.1　辐射源187
11.2.2　核辐射探测器187
11.3　射线式传感器的应用192
11.3.1　测厚192
11.3.2　物位测量193
11.3.3　烟雾报警器（电离室）193
11.3.4　探伤194
11.3.5　X射线荧光分析仪194
11.3.6　CT技术195
11.3.7　核子秤197
思考题197
第12章　热电式传感器198
12.1　温度传感器的分类及温标198
12.1.1　温度传感器分类方法198
12.1.2　温度单位199
12.2　热电偶199
12.2.1　工作原理和热电效应199
12.2.2　热电偶基本定律202
12.2.3　热电偶的分类和结构203
12.2.4　热电偶测量电路及应用204
12.3　热电阻与热敏电阻205
12.3.1　热电阻205
12.3.2　热敏电阻206
12.3.3　应用举例207
12.4　集成温度传感器208
12.4.1　测温原理208
12.4.2　PTAT信号输出方式209
12.5　红外传感器211
12.5.1　红外辐射211
12.5.2　红外探测器212
12.5.3　红外传感器的应用214
思考题217
第13章　生物传感器219
13.1　概述219
13.1.1　生物传感器的工作原理219
13.1.2　生物传感器的分类221
13.1.3　生物传感器的特点221
13.2　酶传感器222
13.2.1　酶的特性222
13.2.2　酶传感器的结构及原理222
13.2.3　酶的固化技术224
13.2.4　酶传感器的应用225
13.3　免疫传感器226
13.3.1　免疫传感器的基本原理226
13.3.2　抗体的固定228
13.3.3　免疫传感器的应用229
13.4　微生物传感器229
13.4.1　微生物传感器的原理230
13.4.2　微生物的固定化231
13.4.3　微生物传感器的应用231
13.5　其他常见生物传感器及应用233
13.5.1　血糖测试仪233
13.5.2　水源监测光纤阵列传感器235
思考题236
第14章　集成智能传感器237
14.1　概述237
14.1.1　基本特点237
14.1.2　发展趋势238
14.1.3　主要产品240
14.2　单片智能温度传感器240
14.2.1　基于1-Wire总线的DS18B20型智能温度传感器240
14.2.2　基于SMBus的MAX6654型智能温度传感器243
14.3　集成湿度传感器244
14.3.1　HM1500/HM1520型电压输出式集成湿度传感器245
14.3.2　SHT10型数字湿度/温度传感器247
14.4　单片硅压力传感器249
14.4.1　MPX2100/4100/5100/5700系列集成硅压力传感器249
14.4.2　ST3000系列智能压力传感器251
14.5　单片集成磁场传感器253
14.5.1　HMC系列集成磁场传感器253
14.5.2　AD22151型线性输出集成磁场传感器256
思考题258
第15章　无线传感器网络与物联网259
15.1　物联网概述259
15.1.1　物联网的体系结构259
15.1.2　支持物联网发展的技术261
15.2　无线传感器网络261
15.2.1　智能传感器与无线传感器262
15.2.2　无线传感网络的概念263
15.2.3　无线传感网络技术264
15.3　典型行业应用的物联网传感器266
15.3.1　周界防护物联网传感器266
15.3.2　智能家居物联网传感器268
15.3.3　环境监测物联网传感器269
15.3.4　PPT系列网络化智能压力传感器269
思考题273
第16章　实验指南与综合练习274
16.1　传感器实验274
16.1.1　基本实验275
16.1.2　设计型实验287
16.1.3　综合性工程实验291
16.2　综合练习299
16.2.1　填空299
16.2.2　选择填空300
16.2.3　分析与计算301
16.2.4　简述题303
参考文献305