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第1章　传感器技术基础1

1.1 自动测控系统与传感器1

1.1.1 自动测控系统1

1.1.2　传感器2

1.2　传感器的分类3

1.2.1　按被测物理量分类3

1.2.2　按传感器工作原理分类3

1.3　传感器的数学模型5

1.3.1　传感器的静态数学模型5

1.3.2　传感器的动态数学模型6

1.4　传感器的特性与技术指标7

1.4.1　静态特性7

1.4.2　动态特性9

1.5　传感器的材料与制造11

1.5.1　传感器的材料11

1.5.2　传感器制造技术13

1.6　提高传感器性能的方法14

1.6.1　传感器性能指标14

1.6.2　提高性能指标的方法15

1.7　传感器的标定与校准16

1.7.1　标定与校准的方法16

1.7.2　静态标定16

1.7.3　动态标定17

1.8　习题17

第2章　温度传感器18

2.1　温度测量概述18

2.2　热电偶传感器18

2.2.1　热电偶测温原理19

2.2.2　热电偶的结构形式和标准化热电偶21

2.2.3　热电偶测温及参考端温度补偿24

2.3　金属热电阻传感器26

2.3.1　热电阻的温度特性26

2.3.2　热电阻传感器的结构27

2.4　集成温度传感器27

2.4.1 集成温度传感器基本工作原理28

2.4.2　电压输出型集成温度传感器28

2.4.3　电流输出型集成温度传感器28

2.5　半导体热敏电阻29

2.5.1　热敏电阻的（Rt—t）特性29

2.5.2　热敏电阻温度测量非线性修正29

2.6　负温度系数热敏电阻30

2.6.1　负温度系数热敏电阻性能30

2.6.2　负温度系数热敏电阻温度方程31

2.6.3 负温度系数热敏电阻主要特性31

2.7　温度传感器应用实例32

2.7.1　双金属温度传感器的应用32

2.7.2　热敏电阻温度传感器的应用34

2.7.3　晶体管温度传感器的应用35

2.7.4　集成温度传感器应用举例36

2.7.5　家用空调专用温度传感器37

2.7.6　冰箱、冰柜专用温度传感器38

2.7.7　热水器专用温度传感器39

2.7.8　汽车发动机控制系统专用温度传感器40

2.8　实训40

2.9　习题41

第3章　力传感器42

3.1　弹性敏感元件42

3.1.1　弹性敏感元件的特性42

3.1.2　弹性敏感元件的分类43

3.2　电阻应变片传感器46

3.2.1　电阻应变片的工作原理46

3.2.2　电阻应变片的分类46

3.2.3　电阻应变片的测量电路48

3.3　压电传感器49

3.3.1　石英晶体的压电效应49

3.3.2　压电陶瓷的压电效应50

3.3.3　压电式传感器的测量电路51

3.3.4　压电式传感器的结构54

3.3.5　单片集成硅压力传感器54

3.4　电容式传感器55

3.4.1　变极距式电容传感器56

3.4.2　变面积式电容传感器57

3.4.3　变介电常数式电容传感器58

3.4.4　电容式传感器测量电路59

3.5　电感式传感器61

3.5.1　自感式传感器61

3.5.2　测量电路62

3.5.3　互感式传感器63

3.5.4　差动变压器式传感器测量电路65

3.6　力传感器应用实例66

3.6.1　煤气灶电子点火器66

3.6.2　压电式玻璃破碎报警器66

3.6.3　2S5M压力传感器应用电路举例67

3.6.4　指套式电子血压计67

3.6.5　CL-YZ-320型力敏传感器介绍68

3.7 实训69

3.8　习题70

第4章　光电式传感器71

4.1　光电效应71

4.1.1　外光电效应71

4.1.2　内光电效应71

4.1.3　光生伏打效应72

4.2　光电器件72

4.2.1　光电管和光电倍增管72

4.2.2　光敏电阻73

4.2.3　光敏二极管和光敏晶体管74

4.2.4　光电池75

4.2.5　光电元件的特性75

4.2.6　光耦合器件79

4.3　红外线传感器81

4.3.1　概述81

4.3.2　热释电型红外传感器82

4.4　色彩传感器84

4.5 CZG-GD-500系列紫外火焰传感器86

4.6　光纤传感器87

4.6.1　光纤传感元件87

4.6.2　常用光纤传感器89

4.7　光传感器应用实例90

4.7.1 自动照明灯90

4.7.2　光电式数字转速表90

4.7.3　物体长度及运动速度的检测91

4.7.4　红外自动干手器93

4.7.5　手指光反射测量心率方法93

4.7.6　条形码扫描笔94

4.7.7　插卡式电源开关95

4.8　实训95

4.9　习题96

第5章　图像传感器98

5.1　CCD图像传感器98

5.1.1　CCD电荷耦合器件98

5.1.2　CCD图像传感器100

5.1.3　CCD图像传感器的应用101

5.2　CMOS图像传感器102

5.2.1　CMOS型光电转换器件102

5.2.2　CMOS图像传感器103

5.2.3　CMOS图像传感器的应用104

5.3 CCD和CMOS图像传感器应用实例104

5.3.1　月票自动发售机104

5.3.2　数字摄像机105

5.3.3　数码相机105

5.3.4　彩信手机106

5.3.5　计算机摄像头107

5.3.6　光纤内窥镜107

5.4　实训108

5.5 习题108

第6章　霍尔传感器及其他磁传感器109

6.1　霍尔传感器工作原理109

6.1.1　霍尔效应109

6.1.2　霍尔元件的主要技术参数111

6.2　霍尔传感器112

6.2.1　霍尔开关集成传感器112

6.2.2　霍尔线性集成传感器113

6.3　其他磁传感器113

6.3.1　磁阻元件113

6.3.2　磁敏二极管114

6.3.3　磁敏晶体管115

6.4　霍尔传感器及其他磁传感器应用实例116

6.4.1　霍尔汽车无触点点火器116

6.4.2　霍尔无刷直流电动机117

6.4.3　自动供水装置117

6.5　实训119

6.6　习题119

第7章　位移传感器121

7.1　机械位移传感器121

7.1.1　电位器式位移传感器121

7.1.2　电容式位移传感器122

7.1.3　螺线管式电感位移传感器123

7.1.4　差动变压器123

7.2　光栅位移传感器124

7.2.1　莫尔条纹124

7.2.2　光栅位移传感器的结构及工作原理125

7.2.3　光栅位移传感器的应用125

7.3　磁栅位移传感器125

7.4　接近传感器126

7.4.1　电容式接近传感器127

7.4.2　电感式接近传感器127

7.4.3　热释电红外传感器接近电路127

7.5　转速传感器128

7.5.1　磁电式转速传感器128

7.5.2　光电式转速传感器129

7.6　多普勒传感器130

7.6.1　多普勒效应130

7.6.2　多普勒雷达测速131

7.7　液位传感器131

7.7.1　导电式水位传感器131

7.7.2　压差式液位传感器132

7.8　流量及流速传感器133

7.8.1　电磁式流量传感器134

7.8.2　涡轮式流速传感器135

7.9　实训136

7.10　习题137

第8章　气体和湿度传感器138

8.1　气体传感器138

8.1.1　半导体气体传感器139

8.1.2　固体电解质式气体传感器140

8.1.3　接触燃烧式气体传感器140

8.1.4　电化学式气体传感器141

8.1.5　集成型气体传感器141

8.1.6　气体传感器的应用142

8.1.7　烟雾传感器143

8.2　湿度传感器143

8.2.1　概述143

8.2.2　陶瓷型湿度传感器145

8.2.3　有机高分子湿度传感器146

8.2.4　半导体型湿度传感器147

8.2.5　含水量检测148

8.3　气体和湿度传感器的应用149

8.3.1　气体报警器149

8.3.2　自动空气净化换气扇149

8.3.3　自动去湿装置149

8.3.4　录像机结露报警控制电路150

8.3.5　气体报警器与控制器电路150

8.4　实训151

8.5　习题152

第9章　生物、波、机器人、指纹传感器153

9.1　生物传感器153

9.1.1　概述153

9.1.2　生物传感器的工作原理及结构154

9.2　微波传感器158

9.2.1　概述158

9.2.2　微波传感器及其分类159

9.2.3　微波传感器的优点及存在的问题159

9.2.4　微波传感器的应用——微波温度传感器159

9.3　超声波传感器160

9.3.1　超声波传感器的物理基础160

9.3.2　超声波换能器及耦合技术162

9.3.3　超声波传感器的应用164

9.4　机器人传感器167

9.4.1　机器人与传感器167

9.4.2　机器人传感器的分类167

9.4.3　触觉传感器168

9.4.4　接近觉传感器170

9.4.5　视觉传感器171

9.4.6　听觉、嗅觉、味觉及其他传感器173

9.5　指纹传感器175

9.5.1　指纹识别技术175

9.5.2　指纹传感器176

9.6　实训178

9.7　习题178

第10章　传感器接口电路180

10.1　传感器输出信号的处理方法180

10.1.1　输出信号的特点180

10.1.2　输出信号的处理方法181

10.2　传感器信号检测电路181

10.2.1　检测电路的形式181

10.2.2　常用电路182

10.3　传感器和微型计算机的连接187

10.3.1 检测信号在输入微型计算机前的处理187

10.3.2　模—数转换电路188

10.3.3　电压—频率转换电路190

10.4　传感器接口电路应用实例191

10.5　实训192

10.6　习题193

第11章　智能传感器194

11.1　智能传感器概述194

11.1.1　智能传感器的功能194

11.1.2　智能传感器的层次结构195

11.1.3　智能传感器的实现196

11.2　计算型智能传感器197

11.2.1　计算型智能传感器的构成方式197

11.2.2　计算型智能传感器的基本结构197

11.3　特殊材料型智能传感器200

11.4　几何结构型智能传感器200

11.5　智能传感器实例201

11.5.1　智能压力传感器201

11.5.2　气象参数测试仪201

11.5.3　汽车制动性能检测仪202

11.5.4　轮速智能传感器203

11.5.5　车载信息系统204

11.6　多传感器融合系统205

11.6.1　多传感器融合205

11.6.2　数据融合206

11.6.3　多传感器融合系统的应用206

11.7　模糊传感器207

11.7.1　模糊语言和模糊传感器207

11.7.2　模糊传感器的结构及实现方法207

11.7.3　模糊传感器的应用208

11.8　微机电系统209

11.8.1　微机电系统的特点209

11.8.2　声表面波叉指换能器210

11.8.3　叉指换能器振荡器式微传感器210

11.8.4　反射波阵列式微加速度传感器211

11.8.5　微加速度传感器和微陀螺仪组合212

11.9　实训213

11.10　习题213

第12章　传感器网络215

12.1　传感器网络概述215

12.1.1　传感器网络的作用215

12.1.2　传感器网络的结构216

12.2　传感器网络信息交换体系217

12.3 OSI开放系统互连参考模型218

12.3.1　OSI参考模型的层次结构218

12.3.2　OSI参考模型各层规范的功能219

12.4　传感器网络通信协议220

12.4.1　汽车协议及其应用221

12.4.2　工业网络协议223

12.4.3　办公室与楼宇自动化网络协议224

12.4.4　家庭自动化网络协议225

12.5　无线传感器网络226

12.5.1　无线传感器网络的结构226

12.5.2　传感器节点的设计228

12.5.3　无线传感器网络的应用229

12.6　实训230

12.7　习题230

参考文献232